我国煤层气储层研究现状及发展趋势_蔚远江

我国煤层气储层研究现状及发展趋势

蔚远江　杨　起　刘大锰　黄文辉

(中国地质大学能源系,北京,100083)

摘　要:

通过对煤层气储层描述及储层评价、煤储层分布、预测及选区评价、煤储层研究方法及实验技术等方面的系统评述后认

为,我国目前已基本掌握了煤储层地质特征研究和地质评价选区技术、煤层气储层工程技术和储层模拟软件系统,并在煤层气储层研究方面有所突破。但我国煤储层的构造复杂,煤层多强烈变形、煤层结构常呈碎粒状及糜棱状等,煤储层多为贫煤和无烟煤,呈“三低一高”(煤层压力较低、煤层渗透率低、在水压裂等强化措施下形成的常规破裂裂缝所占比例低;煤层普遍具有较高的吸附力)的物性特征,且变质程度偏高,高煤级煤(贫煤—无烟煤)占49%,独具“中国特色”。进而讨论了当前我国煤层气储层研究急待解决的8个方面的科技问题和难点,指出了在21世纪初叶我国煤层气储层研究的7大发展趋势。

关键词:煤层气;储层;评价;预测

中图分类号:P618.11 文献标识码:A 文章编号:1000-7849(2001)01-0056-05 煤层气(或称煤层甲烷)是指与煤同生共体以甲烷为主要成分、主要以吸附状态赋存在煤层之中,可从地面上进行采收的非常规天然气。它是一种洁净的气态燃料和化工原料,在我国的开发程度较低。煤层气的排采利用除去了煤层中的瓦斯气体,可减少煤矿开采中的灾害,减少因甲烷向大气中排放而产生的温室效应所造成的环境污染,是变害为宝的新型能源矿种。据初步预测[1,2],我国煤层气资源量为(30～35)×1012m 3,几乎相当于我国天然气的远景资源量;而在煤层埋深为300～1500m 范围内煤层气总资源量约为25×1012m 3,具有很大的开发、利用潜力。

我国煤层气勘探起步较晚,目前正处于地质选区及早期探采试验阶段,开始由预探评价向区域勘探过渡。截止1999年10月底,全国累积实施煤层气钻井157口¹,主要分布在华北区、东北区和南方区,尤以华北区为多,而西北区较少,滇藏区尚无煤层气探井。由于在引进美国开发煤层气经验的初始阶段未能认真比较中国和美国煤层气地质条件的差异,对煤层气成藏的控制因素、储层分布和预测、选区及目标评价研究还不够深入,加之勘探工艺技术跟不上,致使煤层气探井的成功率低,未能形成规模生产和商业开发。

归根结底,煤层气是聚集在煤储层之中的非常规天然气,故加强煤层气储层研究,对这种自生、自

储型的非常规天然气展开攻关已势在必行。笔者试

图在整理大量文献、资料的基础上,综述我国煤层气储层的研究现状,并对其在21世纪初叶的发展趋势做一初步展望。

1　煤层气储层研究现状

对于煤层气储层研究,国外以美国为代表已形成一套较为成熟的、先进的煤层气地质理论、方法和技术。在预测评价阶段,这些理论、方法和技术的引进和借鉴曾很好地推动了我国煤层气勘探工作的发展。具体表现为如下几个方面。1.1　煤层气储层描述及储层评价

参照国外煤层气储层研究理论和方法,国内强调煤层气储层宏观、微观特征相结合的研究,提出采用煤层气地质学与储层工程相结合、静态与动态研究相结合的方法,根据煤层气储层的特点和研究内容,分基础地质、煤岩学、吸附储集、储层物性及流体(水)等5个特征描述煤层气储层的基本特征[3],其中吸附储集和储层物性特征是模型的核心。其最终目的是提供定量化的储层地质模型,并计算煤层气的地质储量。

苏伏义[4]

提出了进行煤层气储层评价所需的参数及其组合,主要包括:¹煤层气储层赋存状态及煤

第20卷　第1期2001年 3月

地质科技情报

Geolog ical Science and Technolog y Information

Vol.20　No.1M ar.

　2001

a ¹

中国海洋石油勘探开发研究中心信息部.我国煤层气产业发展目标[Z ].信息周讯,1999,(45):3-4

　收稿日期:2000-07-11 编辑:禹华珍

基金项目:国土资源部地调局项目“西北地区煤层气资源综合评价”(20001010182003)

作者简介:蔚远江,男,1966年9月生,讲师,主要从事储层沉积学、地球化学、盆地分析、煤层气等方面的科研和教学工作

岩参数;º煤层气储集特征参数;»煤层气储层物性参数;¼流体特征参数;½生产排采参数。将其进一步组合为煤层展布特征参数、煤岩煤质特征参数、储层物性参数、储层吸附储集特征参数、储层流体特征参数、储层物理特征参数、储层排采生产参数共7大类49项参数,并依据煤岩参数、储层条件及储集特性参数、物性参数等3大类12项参数的特征提出了煤层气储层参数评价标准。上述参数通常由地质调查、实验室测试、试井、测井和排采实验等方法确定。

我国现已研制开发了进行煤储层标定和评价的测井技术系列和相应的计算处理程序[5～9]。目前,测井被认为是最具前途的一种手段,一旦用煤芯数据标定了测井记录数据,技术人员就可以单独使用测井记录数据精确估计补充井的储层特性。现在,测井资料已用来精确确定煤层厚度和煤的工业分析值,估算煤层气含量和渗透率,帮助确定吸附等温曲线的精度。

结合评价选区(或盆地)对我国煤储层的储集特征进行了初步研究。孙斌等[2]从煤的吸附性、物性、含气性、煤层埋深与煤储层物性4方面讨论了我国煤对煤层气储集性能的影响。叶建平等[10]利用90年代以来全国煤层气钻井的大部分试井渗透率资料,客观地评价了我国主要煤层气聚集区(带)煤储层渗透性的状况,研究了中国煤层渗透率的主要影响因素。杨起等[11]通过对华北和美国煤层气地质条件的对比,基于华北煤变质特点,指出区域岩浆热变质有利于提高煤层气含量和渗透率,并对其作用机理进行了初步探讨。此外,在运用构造应力分析预测煤层裂隙、煤储层孔隙—裂隙特征等方面也取得了一些成果。

煤层气储层模拟技术正处于一个蓬勃发展的时期。煤层气储层模拟技术主要可用于预测煤层气井的产量,提供煤层气开发设计的重要参数,通过历史拟合重新描述煤储层,确定最终的经济采收率,发现和诊断煤层气井在生产过程中出现的问题[12]。目前美国已拥有比较成熟的具有工业标准的煤层气储层模拟软件[9]。我国煤炭科学研究院西安分院、原新星石油公司华北石油局、北京石油勘探开发科学研究院廊坊分院、中国煤田地质总局第一勘探局煤层气研究所等单位先后从美国引进了COM ETPC-3D、COA LGAS、COM ET2三种储层模拟软件,并应用于煤层气勘探开发的生产和科研之中,取得了良好的效果。

总体来看,原新星石油公司华北石油局和北京石油勘探开发科学研究院廊坊分院由于介入早,地域优和对外合作多,相对具有整体领先的技术优势。中联煤层气公司、中国煤田地质局、中国地质大学、煤炭科学研究院西安分院及中国矿业大学等有关科研院所、高校和生产单位也进行了许多基础研究和应用研究。

1.2　煤层气储层分布、预测及选区评价

我国现已初步查明了国内煤层气资源及其分布状况[1,2,13]。张新民等[14]根据煤层甲烷的生成及赋存条件,结合瓦斯突出程度对我国主要含煤区作了系统评价。以构造区划分为基础,参考经济发展等因素,可将我国煤层气资源分为5个区:华北区、西北区、东北区、南方区和滇藏区。以前两者为最主要,其中华北区煤层气资源量占全国煤层气资源总量的57%,西北区占33%,华南区占8%,东北区占2%。按资源区划分以华北区为最好,按成煤期划分以石炭纪—二叠纪(C—P)和早—中侏罗世(J1-2)为最好。大于1万亿m3的煤层气区有7个,即鄂尔多斯盆地、沁水盆地、豫西—豫东含煤区、吐哈盆地、准噶尔盆地、三塘湖盆地及滇黔桂(含川南)地区(六盘水含煤区)。

通过借鉴国外经验,不少的学者和专家提出了对选区评价的认识和看法[8,9],提出了大区评价和目标评价的主要参考原则,但尚无一个普遍认可的统一标准。他们对煤层气赋存和产出的主要地质控制因素进行了较深入的研究,总结提出了我国煤层气评价选区的思路、程序和方法。基本的思路是通过对含煤区的地质背景、煤层特征、煤资源量、煤层含气性、煤层气资源量、煤层气饱和度、煤储层渗透率等的研究,寻找煤层气的高富集区和高渗区。目前,已在河东煤田的柳林地区、沁水盆地的晋城和潘庄地区、陕西吴堡、河北大城、安徽淮南、淮北等试验区获得了突破,并发现了我国第一个大型煤层气田——沁水煤层气大气田。

1.3　煤层气储层的研究方法及实验技术

煤储层孔隙—裂隙系统是煤储层研究的主要内容之一,适用于煤储层渗透性评估。国外在这方面已取得突破性进展[9],我国煤储层孔隙—裂隙系统的研究正在展开,采用的几种方法各有所长。目前实际可用的方法均基于煤岩学分析,依据实际观测研究,获取早期预测信息。许多学者强调[5,15,16]在露头、煤芯及矿井中煤储层孔隙—裂隙系统的宏观研究和室内的微观有机岩石学研究、孔隙—裂隙微区研究相结合的重要性,这有助于查明孔隙—裂隙系统的类型、分布、展布方向、几何形态、组合关系、连通性、开放性及其对煤储层吸、脱附特性和渗透率的影响。

煤层气储层实验技术是煤层气勘探开发试验的关键和难点[17,18]。原新星石油公司华北石油局和北

57

第1期蔚远江等:我国煤层气储层研究现状及发展趋势