侯淞譯

(中石油煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100028)

1 引言

煤層氣作為一種非常規(guī)能源，自20 世紀(jì) 90 年代初引進(jìn)美國(guó)地面開(kāi)發(fā)煤層氣技術(shù)，正式開(kāi)啟我國(guó)煤層氣地面開(kāi)發(fā)，并逐步進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化勘探、開(kāi)發(fā)的軌道。隨著國(guó)家對(duì)煤層氣( 煤礦瓦斯) 開(kāi)發(fā)更加重視和支持，在煤層氣地面開(kāi)發(fā)和井下抽采方面形成了一批適宜我國(guó)煤層氣資源條件的關(guān)鍵技術(shù)。從2005年開(kāi)始我國(guó)煤層氣探明儲(chǔ)量和產(chǎn)量一直處于穩(wěn)步上升的趨勢(shì)。2016年我國(guó)煤層氣探明儲(chǔ)量呈穩(wěn)步增長(zhǎng)，煤層氣產(chǎn)量出現(xiàn)了穩(wěn)中下降的趨勢(shì)。其中的原因，一方面，是受天然氣氣價(jià)下調(diào)的影響，國(guó)內(nèi)對(duì)煤層氣需求量下降，從而導(dǎo)致近年來(lái)對(duì)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)投入明顯降低；另一方面，一些煤層氣項(xiàng)目單井產(chǎn)量較低，影響了投資者的信心。筆者通過(guò)我國(guó)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的調(diào)研，闡述我國(guó)煤層氣近年來(lái)勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)展，提出煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中面臨的問(wèn)題。

2 我國(guó)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

我國(guó)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)經(jīng)歷了20 多年的探索和發(fā)展，已初步建成沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣兩大產(chǎn)業(yè)發(fā)展基地，全國(guó)主要的勘探開(kāi)發(fā)投資也集中在這兩大盆地。我國(guó)煤層氣探明儲(chǔ)量的穩(wěn)步增長(zhǎng)，產(chǎn)量穩(wěn)中有降。

(1)2016年儲(chǔ)量大幅增長(zhǎng)

2016年我國(guó)煤層氣探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)較大，新增566.58億m3，截止2016年底全國(guó)煤層氣探明儲(chǔ)量已達(dá)到6859億m3，比上年增長(zhǎng)9%。2016年新增探明儲(chǔ)量主要分布在馬必東、夏店、成莊、大寧-吉縣、韓城北和筠連等區(qū)塊，整體呈現(xiàn)滾動(dòng)勘探為主，勘探開(kāi)發(fā)一體化，南方首次獲得三大特點(diǎn)。如韓城北區(qū)塊就是建立在韓城區(qū)塊開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上向周邊部署勘探的成果，形成鮮明的滾動(dòng)勘探模式；而大寧吉縣和夏店區(qū)塊則勘探開(kāi)發(fā)同步進(jìn)行，形成勘探開(kāi)發(fā)一體化的模式。

沁水盆地探明儲(chǔ)量4872億m3，占全國(guó)累計(jì)探明儲(chǔ)量的70.92%，鄂爾多斯東緣1810億m3，占全國(guó)累計(jì)探明儲(chǔ)量的26.35%。2016年全國(guó)新增探明儲(chǔ)量中，沁水盆地159.67億m3，占27.71%，鄂爾多斯東緣322.61億m3，占全國(guó)新增儲(chǔ)量的56%；

(2)煤層氣產(chǎn)量穩(wěn)中有降

受到低油價(jià)和天然氣氣價(jià)下調(diào)的影響，煤層氣產(chǎn)量成穩(wěn)中下降的趨勢(shì)，2016年煤層氣產(chǎn)量168.51億m3，其中地面開(kāi)發(fā)44.96億m3，井下抽采123.55億m3?？偖a(chǎn)量較2015年下降了3.49億m3，同比下降0.2%，其中地面開(kāi)發(fā)比2015上升0.96億m3，同比上漲2.2%，井下抽采比2015下降4.45億m3，同比下降3.5%。2016年煤層氣利用量80億m3，其中地面開(kāi)發(fā)利用率84%，井下抽采利用率34%。

2016年全國(guó)地面開(kāi)發(fā)煤層氣產(chǎn)量44.96億m3，其中沁水盆地30.88億m3，占全煤層氣產(chǎn)量的75%，鄂爾多斯東緣10.41億m3，占煤層氣總產(chǎn)量的23.15%。煤層氣地面開(kāi)發(fā)產(chǎn)量持續(xù)保持穩(wěn)定增長(zhǎng)。2006～2010 年是煤層氣產(chǎn)量快速增長(zhǎng)時(shí)期，2012～2016年由于油價(jià)低迷、氣價(jià)下調(diào)等因素的影響，導(dǎo)致投資規(guī)模的減少，產(chǎn)量增長(zhǎng)放緩。

3 我國(guó)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)展

我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已初步建成沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣兩大產(chǎn)業(yè)發(fā)展基地，根據(jù)儲(chǔ)層特性的不同，形成了高階煤煤層氣、中低階煤煤層氣、低階煤煤層氣、深部煤層氣、高應(yīng)力多煤層煤層氣等多樣式的開(kāi)發(fā)方式。

3.1 高階煤煤層氣

我國(guó)高階煤層氣主要分布在沁水盆地以柿莊南區(qū)塊和樊莊-鄭莊區(qū)塊為代表，采用直井和水平井為開(kāi)發(fā)的主要方式。近些年針對(duì)低產(chǎn)低效井采取一系列改造措施，取得了明顯增產(chǎn)效果。

(1)水平井

多分支水平井在地質(zhì)條件合適地區(qū)，是一種高效鉆完井技術(shù)。產(chǎn)量相較直井高幾倍，同時(shí)可以縮減鉆前和地面管線的投入成本。沁水盆地南部高階煤煤層氣就是通過(guò)水平井實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)型升級(jí)，促進(jìn)了煤層氣產(chǎn)銷(xiāo)量穩(wěn)步增長(zhǎng)。其中潘莊區(qū)塊，早期以多分支水平井為主體開(kāi)發(fā)技術(shù)，目前以單分支水平井為主要開(kāi)發(fā)技術(shù)，并采用玻璃鋼篩管和鋼制篩管完井，年產(chǎn)量達(dá)到5.06億m3，累計(jì)產(chǎn)氣18.7億m3。多分支水平井最高時(shí)單井平均日產(chǎn)氣量達(dá)到28000m3；單支水平井平均單井日產(chǎn)氣量達(dá)到10700m3。

樊莊區(qū)塊以多分支水平主，單井日產(chǎn)氣0.5～6.3萬(wàn)m3。近年基于裸眼多分支水平井梳導(dǎo)模式，探索了水平井增產(chǎn)技術(shù)，形成了可改造、可維護(hù)水平井鉆完井技術(shù)。試驗(yàn)結(jié)果，增產(chǎn)見(jiàn)效率和產(chǎn)量提升十分明顯。

(2)直井

高階煤煤層氣直井開(kāi)發(fā)以沁水盆地柿莊南區(qū)塊和樊莊-鄭莊區(qū)塊為代表。柿莊南區(qū)塊現(xiàn)已建成年產(chǎn)能6億m3的高階煤開(kāi)發(fā)示范基地，日產(chǎn)量達(dá)到60萬(wàn)m3。近年柿莊南區(qū)塊直井低產(chǎn)井提產(chǎn)增產(chǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)的新課題，主要措施是針對(duì)低產(chǎn)井進(jìn)行了一系列增產(chǎn)改造技術(shù)，如憋壓洗井、氮?dú)饨舛略囼?yàn)、水力射流泵排采都取得了較好的效果。樊莊-鄭莊區(qū)塊，對(duì)200多口低產(chǎn)井實(shí)施多段加砂壓裂工藝、頂板壓裂工藝、水力噴射造穴等增產(chǎn)措施，使得產(chǎn)量成倍上升。

3.2 中低階煤煤層氣(鄂爾多斯盆地東緣)

經(jīng)過(guò)多年探索，我國(guó)中低階煤煤層氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)體系已成型，促進(jìn)了鄂爾多斯盆地東緣煤層氣產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)，推動(dòng)了國(guó)內(nèi)中低階煤層氣的發(fā)展。中低階煤煤層氣主要以保德區(qū)塊、柳林區(qū)塊和韓城區(qū)塊為代表。中低階煤煤層氣在技術(shù)方面大力推廣叢式井、低傷害完井、水平井篩管完井、可控破膠清潔壓裂液、高效支撐壓裂等技術(shù)，開(kāi)發(fā)建產(chǎn)成效突出。同時(shí)針對(duì)老區(qū)低產(chǎn)井，通過(guò)加深地質(zhì)工程認(rèn)識(shí)，提出加密井網(wǎng)、補(bǔ)層壓裂、重復(fù)壓裂等改造措施。

保德區(qū)塊建立了中低煤階富集機(jī)制及模式，現(xiàn)已建成7.7億m3的中低階煤煤層氣開(kāi)發(fā)示范基地，也是我國(guó)首個(gè)“同溝敷設(shè)、氣水分輸、集中處理”的中低階煤煤層氣田，日產(chǎn)量達(dá)到155萬(wàn)m3，單井平均日產(chǎn)氣量達(dá)到2300m3，年生產(chǎn)能力5.5億m3。

柳林示范區(qū)位于鄂爾多斯盆地東緣的中部，為適應(yīng)柳林黃土塬復(fù)雜地貌條件及山西組3+4號(hào)和5號(hào)煤層合采，首創(chuàng)了斜井連通的多煤層多分支水平井鉆井和完井技術(shù)。有效提高了單井產(chǎn)量，降低了單井成本。

韓城區(qū)塊在沒(méi)有中階煤煤層氣開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的情況下，邊建產(chǎn)、邊摸索、邊深化、邊提高，經(jīng)過(guò)持續(xù)不斷努力，區(qū)塊產(chǎn)氣井680口，最高日產(chǎn)氣量52萬(wàn)m3，建成我國(guó)首個(gè)中高階煤煤層氣開(kāi)發(fā)區(qū)。近年針對(duì)韓城區(qū)塊開(kāi)發(fā)井井網(wǎng)不夠完善、長(zhǎng)排低產(chǎn)井較多等突出問(wèn)題，深化地質(zhì)和工程認(rèn)識(shí)，提出完善開(kāi)發(fā)井網(wǎng)、改進(jìn)儲(chǔ)層改造新工藝、推廣補(bǔ)層壓裂等增產(chǎn)措施，有效的提高低產(chǎn)井產(chǎn)量。其中2013年底至2016年，先后對(duì)59口井進(jìn)行補(bǔ)層壓裂，補(bǔ)層后平均產(chǎn)氣量由213m3上升到1176m3，但由于是在老區(qū)進(jìn)行壓裂作業(yè)，在壓裂過(guò)程中壓穿和波及鄰井的幾率極大，對(duì)壓裂工藝和壓裂施工挑戰(zhàn)極大。

3.3 低階煤煤層氣

國(guó)內(nèi)低階煤層氣資源量豐富，達(dá)10.3萬(wàn)億m3，占全國(guó)煤層氣總資源量的35%，開(kāi)發(fā)潛力巨大。但我國(guó)低階煤層氣開(kāi)發(fā)面臨著地質(zhì)條件復(fù)雜，不同構(gòu)造演化背景煤層氣富集機(jī)制差異大的困境。在勘探開(kāi)發(fā)方面主要面臨三大技術(shù)問(wèn)題：一是低階煤層氣主要為生物成因氣，生物氣生氣機(jī)理和潛力不明；二是基于中高階煤含氣量測(cè)試方法不適合低階煤層；三是國(guó)內(nèi)低階煤層滲透率低，國(guó)外低階煤層氣開(kāi)發(fā)技術(shù)不適合。

近年來(lái)在依托國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)等科研攻關(guān)，開(kāi)展煤層氣成因、含氣量測(cè)試、成藏主控因素、低階煤儲(chǔ)層改造工藝等研究，初步形成了我國(guó)“低階煤層氣富集理論”，指導(dǎo)了新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣、庫(kù)拜盆地和內(nèi)蒙古二連盆地低階煤煤層氣勘探，并取得顯著成果。

準(zhǔn)噶爾盆地南緣建成了低階煤煤層氣開(kāi)發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)，代表了煤層氣開(kāi)發(fā)一個(gè)新領(lǐng)域的誕生。其中阜康先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)鉆井116口，產(chǎn)氣井92口，日產(chǎn)量為21萬(wàn)m3，最高單井產(chǎn)量3000m3/d；烏魯木齊河西先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)鉆井23口，產(chǎn)氣井9口，產(chǎn)氣量1.2萬(wàn)m3/d，單井日產(chǎn)氣量最高超過(guò)4600m3/d。

塔北庫(kù)拜盆地鉆井30余口，直井最高產(chǎn)氣量4720m3/d，水平井日產(chǎn)氣量超過(guò)6000m3。

在二連盆地吉爾嘎郎圖低煤階煤層氣勘探也取得重要進(jìn)展，其中吉煤4井應(yīng)用填砂分層、低濃度瓜膠壓裂技術(shù)，首次在該區(qū)取得重大突破，證實(shí)低含氣量、厚煤層的低煤階可以獲得煤層氣工業(yè)氣流，開(kāi)辟了我國(guó)10萬(wàn)億m3低煤階煤層氣資源勘探開(kāi)發(fā)新領(lǐng)域。

3.4 深部煤層氣

我國(guó)深部煤層氣資源巨大，但由于深部煤層氣儲(chǔ)層應(yīng)力大、壓力高，壓裂工藝比較復(fù)雜，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)過(guò)程中面臨大量技術(shù)挑戰(zhàn)。研究表明，深部煤層物性變化很大，在沁水盆地，小于650m，煤儲(chǔ)層物性相對(duì)較好，650～1000m是一個(gè)物性過(guò)渡區(qū)，大于1000m埋深，滲透率等物性條件將變差，因此深部煤層氣存在儲(chǔ)層物性轉(zhuǎn)換帶。因此，深部煤層氣開(kāi)發(fā)需要探索適應(yīng)性技術(shù)。經(jīng)過(guò)近年技術(shù)攻關(guān)，我國(guó)深部煤層氣開(kāi)發(fā)分別在延川南、柿莊北區(qū)塊、鄭莊里必區(qū)塊取得了巨大進(jìn)展。

延川南氣田鉆井886口井，單井平均深度1336m，按照“選區(qū)評(píng)價(jià)、單井突破、小井組先導(dǎo)試驗(yàn)、大井組先導(dǎo)試驗(yàn)、整體開(kāi)發(fā)”的思路，加強(qiáng)自動(dòng)化排采技術(shù)，精細(xì)化生產(chǎn)管理，最終完成了5億m3產(chǎn)能建設(shè)，成為我國(guó)深部煤層氣開(kāi)發(fā)范例。

柿莊北區(qū)塊3號(hào)煤層埋深1000m左右，研發(fā)試驗(yàn)了多井同步水力壓裂技術(shù)，試驗(yàn)結(jié)果，井組產(chǎn)氣量快速提升，極大地縮短排采產(chǎn)氣周期，提高了深部煤層氣開(kāi)發(fā)技術(shù)水平。

鄭莊里必區(qū)塊開(kāi)發(fā)目標(biāo)煤層是3號(hào)煤層，埋深1000m。通過(guò)叢式水平井部署技術(shù)、叢式水平井連續(xù)油管拖動(dòng)水力噴射分段壓裂技術(shù)和射流泵+智能化排采系統(tǒng)技術(shù)的有效組合，成為該區(qū)塊深部煤層氣開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，支撐了2.6億m3煤層氣產(chǎn)能建設(shè)。鄭莊里必區(qū)塊投產(chǎn)4口分段壓裂水平井，單井平均日產(chǎn)氣量5100～16100m3/d，最高單井日產(chǎn)氣量達(dá)25300m3/d。

3.5 高應(yīng)力多煤層煤層氣

近年來(lái)，貴州地區(qū)針對(duì)多層疊置煤層多家公司和科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究和開(kāi)發(fā)試驗(yàn)工作。在地質(zhì)認(rèn)識(shí)方面，滇東黔西地區(qū)煤層層數(shù)多、煤體結(jié)構(gòu)多樣、弱含水、沉積旋回多等地質(zhì)特征。提出了多層疊置獨(dú)立含煤層氣系統(tǒng)，研究發(fā)現(xiàn)，織金地區(qū)上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M單一煤層甲烷平均含量及相鄰主煤層之間含氣量梯度均呈波動(dòng)式變化，煤層埋深-壓力系數(shù)關(guān)系在垂向上分為截然不同的兩套系統(tǒng)，層序地層格架中二級(jí)層序與含氣量梯度的獨(dú)立分段高度吻合。由此揭示，含煤地層地下流體在不同主煤層之間總體上缺乏交換，導(dǎo)致不同煤層群之間的煤層氣系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立。針對(duì)這些特征，制定小層射孔、分煤層段壓裂完井措施，多層疊置含煤層氣系統(tǒng)遞進(jìn)排采理念，有效指導(dǎo)了貴州地區(qū)煤層氣完井和生產(chǎn)。

在應(yīng)用技術(shù)方面，在織金-納雍和六盤(pán)水地區(qū)，按煤層組分組壓裂，選擇部分層段射孔的完井方式，煤層氣井獲得高產(chǎn)。在織金納雍地區(qū)試驗(yàn)了短半徑水平井，最高獲得5000多m3的單井日產(chǎn)氣量。近年來(lái)，試驗(yàn)了連續(xù)油管分段壓裂技術(shù)、層間轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)、縫內(nèi)多級(jí)轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)，促進(jìn)了黔西地區(qū)煤層氣單井產(chǎn)量的提高和勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)展。

其中在土城向斜鉆直井9口，按煤層組分組壓裂，平均產(chǎn)量達(dá)到1400m3/d，最高達(dá)到2700m3/d。在六盤(pán)水楊梅樹(shù)向斜，楊煤參1井穩(wěn)定產(chǎn)量3600m3/d，最高產(chǎn)量4100m3/d。在織納煤田阿弓向斜，完成2口煤層氣參數(shù)試驗(yàn)井，多煤層段壓裂，文1-01井達(dá)到2860m3/d，文2-01井為1670m3/d。另外，自去年以來(lái)，地方公司加大了貴州煤層氣開(kāi)發(fā)力度，在遵義、畢節(jié)、六盤(pán)水等地區(qū)累計(jì)鉆井100多口投產(chǎn)井中最高產(chǎn)量達(dá)到4650m3/d。

3.6 煤系氣綜合開(kāi)發(fā)

在鄂爾多斯盆地東緣深部，煤系地層砂巖層段是非常有利的勘探開(kāi)發(fā)層系。近年由于致密砂巖氣勘探開(kāi)發(fā)成效顯著，使得致密砂巖氣、煤層氣合采研究和試驗(yàn)成為熱點(diǎn)。同時(shí)由于儲(chǔ)層分類(lèi)和產(chǎn)量預(yù)測(cè)、分壓合采、煤系地層中致密砂巖氣和煤層氣合采等技術(shù)的發(fā)展，使得煤系氣綜合開(kāi)發(fā)成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。大寧-吉縣、石樓西、三交北、臨興、神府都已加大煤系地層中煤系氣的勘探開(kāi)發(fā)力度。

石樓西、大寧-吉縣區(qū)塊通過(guò)致密氣煤層氣綜合開(kāi)發(fā)，制定了1200m以淺，主要開(kāi)發(fā)煤層氣；1200米以深，主要實(shí)施煤系地層立體勘探開(kāi)發(fā)的策略，試采效果良好。其中石樓西區(qū)塊，探明儲(chǔ)量1275.71億m3，建產(chǎn)能5億m3，日產(chǎn)量達(dá)到300萬(wàn)m3。大寧吉縣區(qū)塊探明儲(chǔ)量242億m3，建產(chǎn)能5億m3，試采階段日產(chǎn)量達(dá)到105萬(wàn)m3。

臨興區(qū)塊儲(chǔ)層有著氣層發(fā)育層數(shù)多,氣層厚度較大，深度淺，物性條件較好等特點(diǎn)。通過(guò)致密氣煤層氣綜合勘探，已建立先導(dǎo)性試驗(yàn)區(qū)，進(jìn)入試采階段和小規(guī)模生產(chǎn)階段。

4 結(jié)論

煤層氣勘探方向從沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣向西北準(zhǔn)噶爾盆地南緣以及滇東黔西地區(qū)擴(kuò)展、從高階煤向中低階煤延伸，低階煤煤層氣勘探開(kāi)發(fā)突破，充分展示了我國(guó)煤層氣資源勘探潛力。

技術(shù)創(chuàng)新是推動(dòng)煤層氣井產(chǎn)量提高的原動(dòng)力。高效的勘探技術(shù)深化了地質(zhì)認(rèn)識(shí)和甜點(diǎn)的優(yōu)選。層段壓裂開(kāi)采技術(shù)、水平井分段壓裂開(kāi)采技術(shù)等為多煤層、深煤層煤層氣開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支撐。精細(xì)化智能化排采技術(shù)保障了煤層氣井的高效生產(chǎn)。目前煤層氣開(kāi)發(fā)的工作重點(diǎn)已由大規(guī)模開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)向低產(chǎn)井的提產(chǎn)增產(chǎn)工作。

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