中国煤层气储层特征及开发技术探讨_刘贻军

作者简介:刘贻军,1968年生,博士;主要从事石油天然气、煤层气的地质研究和区域评价工作,以及煤层气储层特性和开发潜力研究;已公开发表论文十余篇。地址:(100011)北京东城区安外大街甲88号。电话:(010)64298881。

中国煤层气储层特征及开发技术探讨

刘贻军 娄建青

(中联煤层气有限责任公司)

刘贻军等.中国煤层气储层特征及开发技术探讨.天然气工业,2004;24(1):68~71

摘 要 中国煤层气储层具有独特性,由于成煤期后构造破坏强烈,构造煤发育,所以具有煤层气储层低含气饱和度、低渗透率以及低压力的/三低0特性;煤层气储层的原地应力比较大;目前的煤层气开发以中、高阶煤为主;中、高阶煤具有非常强烈的非均质性。针对中国煤层气储层的基本特性,文章提出了煤层气的开发技术,主要包括/动中之静0概念在煤层气选区评价中的应用;研究了煤层气储层封盖条件,主要包括煤层气储层的区域盖层研究和地下水动力学研究;煤层气储层保护研究,主要是指在煤层气钻井和完井工程作业过程中对煤层气储层所造成的伤害进行预防并使伤害程度最小化;煤层气储层增产措施研究,指建立有效的原地应力释放区、井间干扰效果明显、提高储层的导流能力以及有效压差;加快煤层气解吸速率和提高解吸量的研究。

主题词 中国 煤成气 储集层特征 开发 技术

我国的煤层气研究始于80年代初,而煤层气地面钻井的勘探和开发始于90年代初,至2001年底已完成煤层气勘探和先导性开发试验井210余口,形成了十多个煤层气先导性开发试验井组,获得了探明地质储量。目前,煤层气的研究11~102

和勘探、开发非常活跃。

从目前煤层气勘探和开发的情况来看,尽管有些煤层气单井的日产气量峰值超过10000m 3

,但是煤层气单井和先导性开发井网的稳定日产气量普遍低。如何预测煤层气的高渗富集区,以及提高煤层气单井稳定日产气量和增大煤层气井网的井间干扰效果,这是我国目前煤层气开发的关键之所在。笔者通过分析我国煤层气储层特点,结合美国煤层气开发的成功经验,有针对性地提出在未采区进行地面垂直钻井开发煤层气的关键技术。

中国煤层气储层特征

在借鉴美国煤层气勘探开发理论和经验,总结我国近二十年来取得的煤层气研究、勘探、先导性开发试验等实践经验基础上,总结出了我国煤层气储层的基本关键特点。

1.成煤期后构造破坏强烈,使煤的原生结构遭到严重破坏,构造煤发育,严重阻碍了煤层气的解吸,并且难以有效实施储层的增产措施

中国的含煤盆地具有复杂的演化史和变形史,

构造样式多样、盆地原型众多、后期改造严重。含煤盆地在中、新生代经历了印支、燕山和喜山三大构造运动,在中、西部受特提斯构造体系域控制,在东部受环西太平洋构造体系域的控制1112。在中-西

部主要为前陆盆地演化阶段,构造变形以台阶状逆

断层及其相关褶皱为特征;中部以克拉通内坳陷为

主体;东部以裂谷盆地发育为主体,伴有强烈的岩浆活动。其中对煤层气的形成和保存起关键作用的是燕山运动,这一阶段是中国煤层气的主要生气期,也是控制煤变质程度的主要阶段。

因此,在美国没有经过强烈构造变形的含煤原型盆地发展起来的煤层气勘探、开发理论和技术,不完全适用于中国复杂原型的含煤盆地,需要找到适合我国复杂含煤盆地煤层气开发的理论和技术。

2.煤层气储层低含气饱和度、低渗透率、低压力的/三低0特性极大地制约了煤层气的开发含气饱和度、渗透性和储层压力是控制煤层气可采性的最重要地质参数,/三低0是影响我国煤层气单井和先导性开发试验井组稳定日产气量低的最重要因素。如何解决/三低0的制约是当前煤层气研究和开发的关键。

3.煤层气储层的原地应力比较大

煤层气储层的原地应力比较大,阻碍了裂隙的发育以及割理和裂隙之间的连通,降低了储层的渗透性,影响排水采气效果。我国鄂尔多斯盆地东缘

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开发试采 天 然 气 工 业 2004年1月

河东地区原地应力比较低,储层渗透性比较好,而滇东黔西地区原地应力比较高,导致储层渗透性比较低。

4.中阶煤和高阶煤是目前我国煤层气勘探和开发的主要煤阶

我国低阶煤(褐煤和长焰煤等)和高阶煤(贫煤和无烟煤)的煤层气资源量占全国煤层气资源总量的2/3以上,而中阶煤(气煤、肥煤、焦煤和瘦煤)的煤层气资源量仅占1/3或更少162。开发高阶煤和低阶煤煤层气资源潜力巨大,而且在沁水盆地勘探、开发高阶煤(无烟煤)煤层气已取得非常宝贵的经验,获得了比较理想的成果,同时也在探索低阶煤区煤层气的开发。

中阶煤虽然在我国煤层气资源总量中所占的分量比较低,但它主要位于华北石炭)二叠纪和华南二叠纪赋煤地层中,主要分布在华北地台中西部的鄂尔多斯盆地东南缘的河东煤田和渭北煤田、华北地台东南部的两淮煤田、以及华南的上扬子地台的滇东黔西地区,煤层气地质条件好,是我国目前煤层气勘探、开发最活跃的地区。

因此,开发中阶煤煤层气可以借鉴美国煤层气开发的成功经验,开发高阶煤煤层气可以参考美国的经验,主要依靠自力更生。

5.煤储层具有非常强烈的非均质性

煤层气储层的非均质性主要指在小范围内煤层气储层特性发生改变,即含气性、渗透性、压力系统等发生变化。由沉积特征控制的煤层本身以及由构造特征控制的小规模构造边界是造成煤层气储层非均质性的两个主要因素:沉积特征控制包括对煤层厚度、煤质、煤阶等煤层气储层参数的控制,这些参数的变化可以导致煤层气储层的非均质性出现。构造特性主要是指在成煤期后由于构造运动在煤层气储层内部以及贯穿邻层形成了小型断层,也包括一些大的节理系统,这些构成了小规模构造边界。主要因为煤层气储层与常规砂岩储层相比,厚度很小,敏感性很强,这些小型构造边界能够引起渗透性、含水性和压力系统的改变。

煤层气储层的非均质性导致同一煤层在一小范围内的储层特性发生改变,引起井网的井间干扰效应降低,在有限的开发范围内不能够形成有效的压降漏斗,达不到预期的干扰效果,使井网内单井产量相差很大,在沁南地区表现的比较明显。

中国煤层气开发技术

1./动中之静0概念及其应用

我国的含煤盆地在成煤期后遭到严重破坏,支离破碎,在此背景下寻找构造活动相对比较稳定的区块是煤层气选区评价的关键。由此发展了/动中之静0概念,在活动区内寻找相对稳定的区块。

/动中之静0概念:在进行含煤盆地煤层气资源评价研究时,以大地构造学、区域地层学、沉积地质学和层序地层学为指导,结合盆地分析手段,首先进行区域地质研究,掌握成煤前、成煤期和成煤后区域构造和沉积演化以及地层展布特性,在此基础上,运用沉积学、高分辨率层序地层学、构造地质学等研究含煤盆地内部成煤前、成煤期和成煤后的沉积特性、地层叠合及空间展布以及构造演化,着重了解成煤期和成煤后的沉积、地层和构造特性,详细研究和划分影响煤层气基本地质参数的构造期次,并关注主要构造期次和影响范围,以及由此产生的主要断裂和褶皱的基本特性。通过上述分析,在比较活动的含煤盆地内可以发现相对比较稳定的、煤层气基本地质参数比较好的区块。

2.煤层气储层封盖条件研究

主要包括两方面的内容:第一是煤层气储层的区域盖层研究;第二是地下水动力学研究。煤层气储层的区域盖层是煤层气能否被保存的最关键因素之一。通过研究煤层气储层的直接顶板和区域盖层的岩性特征、厚度和区域展布,寻找煤层气开发最有利的分布区。

地下水运动对煤层气储层含气性的影响很大,美国水压型煤层气藏是重要的、开发最成功的煤层气藏类型。

当煤储层处于或邻近地表补给区时,由于大气降水或(和)地表水系沿裂隙向煤储层深部运移,将溶解于水中的煤层气带走,造成煤层气的散失。当煤储层处于地下水的径流区和排泄区时,由于地下水的流动将溶解于水中的煤层气带走,造成煤层气的散失,煤储层的含气量降低。地下水流量越大,煤层气散失量也越多。而当煤储层处于地下水的滞留区或贫水区时,地下水仅仅影响煤层气在煤储层中的平衡状态,有利于煤层气的保存和富集。

因此,在地下水滞留区或贫水区,煤储层的含气量高。

3.煤层气开发工程技术研究

主要包括煤层气储层保护研究、增产措施研究、煤层气解吸速率和解吸量研究等。

(1)煤层气储层保护研究

煤层气储层保护研究主要是指在煤层气钻井和

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第24卷第1期天然气工业开发试采