龍海岑，馬 曙

(1. 貴州烏江能源集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550081；2. 中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116；3. 貴州能源產(chǎn)業(yè)研究院有限公司，貴州 貴陽 550025)

0 引言

國家提出“碳中和、碳達(dá)峰”戰(zhàn)略目標(biāo)，大大加快了新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及清潔能源的開發(fā)利用。煤層氣作為清潔能源的一種，是國家實(shí)施降碳減排的戰(zhàn)略資源，其大規(guī)模的開發(fā)利用，能有效調(diào)整能源格局，促進(jìn)生態(tài)綠色發(fā)展。《中共中央國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》指出：“加快構(gòu)建清潔低碳安全高效能源體系”、“加快推進(jìn)頁巖氣、煤層氣、致密油氣等非常規(guī)油氣資源規(guī)模化開發(fā)”?！秶鴦?wù)院關(guān)于支持貴州在新時(shí)代西部大開發(fā)上闖新路的意見》中將貴州定位為“全國重要的能源基地”，要求加強(qiáng)天然氣和石油勘查勘探力度，推進(jìn)頁巖氣、煤層氣等非常規(guī)油氣資源的勘探、開發(fā)和綜合利用。近年來，貴州省提出了“氣化貴州”戰(zhàn)略目標(biāo)，在2019-2020年陸續(xù)出臺(tái)《省人民政府辦公廳關(guān)于印發(fā)貴州省天然氣“縣縣通”行動(dòng)方案的通知》、《關(guān)于支持貴州烏江能源集團(tuán)有限責(zé)任有限公司做大做強(qiáng)非常規(guī)天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)施方案》、《關(guān)于貴州省“十四五”期間非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)目標(biāo)分解通知》等一系列指導(dǎo)意見，旨在加快推進(jìn)全省煤層氣勘探開發(fā)利用進(jìn)程，為全省提供充足氣源，保障國家能源安全?！顿F州省國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》明確指出，大力發(fā)展基礎(chǔ)能源和清潔高效電力產(chǎn)業(yè)，支持加快頁巖氣、煤層氣等資源的開發(fā)利用。截至目前，貴州省具有各類煤層氣井近300口，排采井約110口，盤江煤電集團(tuán)、貴州煤田地質(zhì)局、貴州省煤層氣頁巖氣工程技術(shù)研究中心和貴州烏江集團(tuán)、中石化、中石油、中聯(lián)、亞加和格瑞克等單位參與了勘探開發(fā)。

貴州煤礦井下瓦斯抽采技術(shù)有穿層鉆孔預(yù)抽、順層鉆孔預(yù)抽、卸壓瓦斯抽采等方式，技術(shù)方法和現(xiàn)場運(yùn)用已相對成熟。地面抽采方式[1-3]主要有地面直井抽采和定向井抽采，其中地面直井分為垂直井和地面采動(dòng)區(qū)井，定向井又可分為水平井、羽狀水平井、叢式井、“U”型井等，目前還屬于探索實(shí)踐階段。各類方式也有不同的用途，影響煤礦瓦斯地面抽采方式的因素主要包括地形條件、地質(zhì)條件及鉆井工藝等。以地面抽采為例，貴州地區(qū)前期開展大量相關(guān)工作不斷地實(shí)踐、探索，在地面抽采技術(shù)在選區(qū)選井選層、鉆完井、壓裂、排采工程等方面適應(yīng)性逐步增強(qiáng)[4-8]。例如，(1)在選區(qū)選井選層方面，“多層次逐級優(yōu)選”的甜點(diǎn)區(qū)優(yōu)選評價(jià)技術(shù)、高地應(yīng)力煤體結(jié)構(gòu)測井定量表征技術(shù)等地質(zhì)綜合評價(jià)技術(shù)，使得煤層氣選區(qū)選井選層針對性和成功率大幅提升；(2)在鉆完井方面，按照不同的漏失類型，研究了針對性的堵漏處理方案，鉆完井時(shí)效、建井周期和井身質(zhì)量均有大幅提升；(3)在壓裂工藝技術(shù)方面，采取暫堵轉(zhuǎn)向、多次加砂、限流壓裂、帶壓射孔聯(lián)作等體積壓裂工藝技術(shù)，壓裂裂縫長度增加了30%，影響范圍增加40%，壓裂效果顯著提升；(4)在排采工藝技術(shù)方面，采用排采強(qiáng)度定量確定方法、不停產(chǎn)帶壓洗泵技術(shù)、“九點(diǎn)八段法”等精細(xì)化排采技術(shù)，提升了煤層氣井排采的科學(xué)性，單井抽采量穩(wěn)步提升。

從當(dāng)前全國瓦斯地面抽采情況來看，貴州地面抽采還存在單井成本高、抽采量較低等問題。要進(jìn)一步提升地面瓦斯抽采效果，還需進(jìn)一步研究探索適應(yīng)貴州山區(qū)地形和復(fù)雜地質(zhì)條件的地面水平井抽采技術(shù)、優(yōu)快鉆完井、壓裂工藝等，以及與煤礦開采相結(jié)合的瓦斯地面抽采達(dá)標(biāo)評判技術(shù)方法等。本文在此背景之下，以貴州六盤水花樂井田(“比德-牛場區(qū)塊”)為例，結(jié)合前期的勘探成果及天然氣能投公司開采數(shù)據(jù)，立足于資源的可采性評價(jià)，開展影響煤層氣可采性的主控因素、多煤層疊置儲(chǔ)層精細(xì)識(shí)別研究，系統(tǒng)分析煤層的分布與穩(wěn)定性、煤層氣的保存條件與含氣性、煤層的滲透性規(guī)律等，開展多層合采產(chǎn)能影響因素的敏感性分析，最終優(yōu)選出瓦斯綜合治理的壓裂位置與層位等關(guān)鍵參數(shù)，為后續(xù)壓裂工作奠定基礎(chǔ)。

1 區(qū)塊瓦斯抽采現(xiàn)狀

貴州煤層氣(煤礦瓦斯)資源十分豐富，根據(jù)《貴州省煤層氣資源潛力預(yù)測與評價(jià)》(2012年)，全省煤層氣資源量[9-10]為30561.86億m3，平均資源豐度為1.12億m3/km2。主要集中在六盤水、織納、黔北三個(gè)煤田，共28290.21億m3，占全省煤層氣地質(zhì)資源總量的92.57%。其中，以六盤水煤田最高，為13895.26億m3，占全省地質(zhì)總資源量的45.47%，資源豐度2.26億m3/km2。2020年，六盤水地區(qū)煤礦井下瓦斯抽采量達(dá)13.57億m3、利用量7.10億m3、利用率52.30%；累計(jì)實(shí)施地面瓦斯抽采鉆井188口，其中壓裂排采井56口，2020年產(chǎn)量約700萬m3。六盤水位于貴州省西部、云貴高原一、二級臺(tái)地斜坡上，與昆明、成都、重慶、貴陽、南寧五個(gè)省會(huì)城市的距離約為300～500 km。市境東鄰安順市，南連黔西南布依族苗族自治州，西接云南省曲靖市，北毗畢節(jié)市，總面積9965 km2。比德向斜位于六盤水市水城縣境內(nèi)，向斜面積約810 km2(圖1左圖)，按行政區(qū)域進(jìn)一步劃分為三個(gè)小區(qū)塊，其中：比德區(qū)塊位于水城縣比德鎮(zhèn)境內(nèi)，面積約為89 km2；牛場區(qū)塊位于六枝特區(qū)牛場鎮(zhèn)境內(nèi)，面積約為88 km2；新場區(qū)塊于六枝特區(qū)新場鎮(zhèn)境內(nèi)，面積約為155 km2。本區(qū)做過大量煤礦勘查工作，共有地質(zhì)鉆孔約300個(gè)，目前煤層氣公司勘探開發(fā)位于比德區(qū)塊及牛場區(qū)塊(圖1右圖)。

圖1 比德向斜煤層氣開發(fā)區(qū)塊圖

1.1 井田區(qū)域情況

化樂井田位于六盤水煤田六枝礦區(qū)黑塘礦區(qū)，地處貴州省六盤水市水城區(qū)比德鄉(xiāng)、化樂鎮(zhèn)及六枝特區(qū)新場鄉(xiāng)、牛場鄉(xiāng)境內(nèi)?；瘶肪飬^(qū)域地形為中高山地形，位于比德次向斜西南翼中段，總體為一單斜構(gòu)造，井田構(gòu)造復(fù)雜程度屬中等類型，主要開采區(qū)域一般在15°左右，地層傾角向核部逐漸變緩，褶曲不發(fā)育，局部發(fā)育正斷層，呈南西～北東向展布。井田區(qū)域地質(zhì)情況如圖2所示。

化樂煤礦規(guī)劃生產(chǎn)能力300萬t/a，分兩期開拓，已經(jīng)建成投產(chǎn)的礦井有化樂煤礦(一期)，規(guī)模90萬t/a，主要可采煤層11層，屬近距離突出煤層群，各煤層均具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，2021年礦井絕對瓦斯涌出量43.46 m3/min，相對瓦斯涌出量77.23 m3/t，瓦斯嚴(yán)重威脅到礦井建設(shè)和安全生產(chǎn)。目前，在化樂井田(比德-牛場區(qū)塊)范圍內(nèi)，已實(shí)施瓦斯抽采地面井多座?；瘶访旱V(一期)首采的2號(hào)煤層破壞類型Ⅲ～Ⅳ、煤的堅(jiān)固性系數(shù)為0.20～0.34、瓦斯壓力0.42～1.90 MPa、瓦斯含量6.43～11.57 m3/t。首采區(qū)主要采用穿層、順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯，從實(shí)際抽采情況來看，抽采效果并不理想，主要原因是煤層松軟、透氣性差，導(dǎo)致瓦斯治理難度大、抽掘采失衡問題。地勘資源顯示，化樂煤礦(二期)范圍內(nèi)可采煤層的瓦斯含量為1.38～46.22 cm3/g·r，平均12.62 cm3/g·r，各煤層均為富甲烷煤層。根據(jù)瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果，二期工程南二盤區(qū)投產(chǎn)初期開采2號(hào)煤層時(shí)，絕對瓦斯涌出量76.95 m3/min，相對瓦斯涌出量39.96 m3/t。因此，化樂煤礦(二期)范圍同樣面臨瓦斯治理難題。

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》(2022年)和《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》(2019年)，首采區(qū)煤層瓦斯含量大于12 m3/t的突出區(qū)域進(jìn)行地面鉆井抽采。因此，無論按照相關(guān)規(guī)定要求，還是從化樂煤礦瓦斯治理實(shí)際需要出發(fā)，單憑井下瓦斯抽采方式難以從根本上解決化樂煤礦瓦斯問題，需結(jié)合地面鉆井抽采和礦井開拓部署，探索井上下聯(lián)合抽采模式。

1.2 煤層特點(diǎn)及煤厚變化

本區(qū)煤層具有典型“三高”、“三低”特征?！叭摺保好簩拥碾娮杪手禐橹懈咧担瑪?shù)值變化范圍大。雙側(cè)向的數(shù)值在幾十歐姆米到幾千歐姆米，部分煤層在高成熟度和變質(zhì)情況下，煤層電阻率低值。煤層雙側(cè)向存在明顯正差異。煤層的中子孔隙度比較大，一般為40%～60%，與圍巖的孔隙度有明顯區(qū)別。煤層的聲波時(shí)差一般大于100 μs/ft，與圍巖的聲波時(shí)差差別明顯?！叭汀保好簩拥淖匀毁ゑR值低，一般在20～70 API。煤的體積密度一般小于1.75 g/cm3，其值和圍巖的體積密度(>2.3 g/cm3)具有明顯的區(qū)別，因此可用體積密度測井曲線確定煤層厚度、評價(jià)煤質(zhì)及確定煤層中的夾矸。煤層的光電吸收截面指數(shù)值低。此外，煤層的井徑曲線經(jīng)常很大，擴(kuò)徑明顯。

煤層厚度變化具有一定特點(diǎn)，以主力煤層某5、某32為例，主力層某5煤總體由自北西向南東呈帶狀展布，并逐步減薄，煤層厚度一般為7.0～10.0 m，厚值區(qū)可達(dá)10.0～14.5 m；主力層某32煤層總體分布穩(wěn)定，西南部厚度較大，厚度分布在8～12 m，厚值區(qū)可達(dá)10.0～12.0 m。

圖3 煤厚度等值線圖

1.3 煤層氣儲(chǔ)量基本情況

根據(jù)煤層氣地質(zhì)綜合評價(jià)，比德-牛場區(qū)塊煤層氣有利區(qū)面積65.25 km2，煤層氣資源量242.56億m3，平均資源豐度3.72億m3/km2，如圖4所示，為某煤層有利區(qū)評價(jià)圖。其中：I類有利區(qū)面積93.89 km2，煤層氣資源量153.52億m3；II類面積44.95 km2，煤層氣資源量89.04億m3。研究區(qū)主力煤層預(yù)計(jì)探明煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量面積31.3 km2，探明地質(zhì)儲(chǔ)量133.24億m3，技術(shù)可采儲(chǔ)量60.57億m3。因此，比德、牛場區(qū)塊整體上顯示較好的勘探潛力。

圖4 某煤層有利區(qū)評價(jià)圖

2 地面抽采影響因素分析

實(shí)踐表明，煤層氣的資源基礎(chǔ)和采出條件是單井產(chǎn)量的主控因素。通過對比德-牛場區(qū)塊煤層氣地質(zhì)特征再認(rèn)識(shí)及開發(fā)特征分析等分析，總結(jié)分析了影響煤層氣井產(chǎn)量的主要因素。

2.1 主力層認(rèn)識(shí)與產(chǎn)量關(guān)系分析

壓裂改造作為煤層氣單井增產(chǎn)的主要工程技術(shù)措施，六盤水地區(qū)煤層氣井均經(jīng)過儲(chǔ)層壓裂改造后投產(chǎn)排采，但是獲取商業(yè)氣流量的前提是對目標(biāo)主力供氣煤層進(jìn)行壓裂改造，所以煤層地質(zhì)評價(jià)和壓裂選層是影響單井產(chǎn)氣量高低的重要因素。六盤水地區(qū)煤系地層為古生界二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M煤層，煤層經(jīng)歷過多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，煤體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)造煤極其發(fā)育，縱向上發(fā)育多套煤層，例如大河邊區(qū)塊龍?zhí)督M發(fā)育10-15層煤，比德—牛場區(qū)塊龍?zhí)督M發(fā)育30余層煤。多煤層的疊置給主力煤層的優(yōu)選帶來很大的困難。

比德-牛場區(qū)塊煤層氣井一般采取多煤層合層開采的方式進(jìn)行生產(chǎn)，煤層氣單井投產(chǎn)的層位不同，項(xiàng)目建設(shè)初期，對煤層主力貢獻(xiàn)層的有效數(shù)據(jù)有限，主力產(chǎn)氣層的分析評價(jià)不足，導(dǎo)致壓裂投產(chǎn)不同煤層組合的單井之間產(chǎn)氣量差異較大。通過不同層位的實(shí)際生產(chǎn)曲線可以看出改造煤層的選擇對于產(chǎn)氣量具有重要的影響，對于多煤層疊置情況，非主力煤層的選擇投產(chǎn)往往會(huì)導(dǎo)致煤層氣單井低產(chǎn)，所以分析研究并優(yōu)選主力煤層是解決此問題的關(guān)鍵措施。另外，對于多煤層疊置地層，由于上下煤層層數(shù)較多，并且深度跨度大，如果同時(shí)開采兩套煤層將會(huì)導(dǎo)致上下煤層解吸條件的巨大差異，不能高效進(jìn)行合層開采。因此，需要通過對現(xiàn)有排采井的資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行深入研究，落實(shí)煤層氣主力貢獻(xiàn)層，并評估其生產(chǎn)潛能，通過針對性的壓裂改造和排采生產(chǎn)來提高非主力產(chǎn)層低產(chǎn)井的產(chǎn)氣能力。

2.2 煤層物性與產(chǎn)量關(guān)系分析

煤層孔隙度是煤儲(chǔ)層的重要參數(shù)之一，煤層的有效孔隙度主要為割理孔隙度。割理孔隙度直接與煤的絕對滲透率有關(guān)，是滲透率量級的控制因素，也是控制煤層產(chǎn)氣率、采收率以及生產(chǎn)年限的主要參數(shù)。通過統(tǒng)計(jì)比德區(qū)塊龍?zhí)督M上段煤層的平均孔隙度、煤層最大峰值孔隙度，編制平均孔隙度、煤層最大峰值孔隙度平面展布圖，與單井累產(chǎn)氣量疊合分析孔隙度與產(chǎn)量的關(guān)系。

結(jié)果顯示，產(chǎn)量與孔隙度有一定相關(guān)性，沿某1井、某2井等發(fā)育南北向低孔隙條帶，在低孔隙帶上的井累產(chǎn)氣量小，高孔隙區(qū)井累產(chǎn)氣量高。在未壓裂的某3井、某4井及某5井位于低孔隙區(qū)，可能為下一步壓裂施工的風(fēng)險(xiǎn)井位。此外，通過孔隙度與累計(jì)產(chǎn)量交匯分析也可以看出，孔隙度與累產(chǎn)氣量具有一定正相關(guān)特征(圖5)。

圖5 上煤組煤層孔隙度平均值與單井累產(chǎn)氣量交匯圖

2.3 煤層含氣量與產(chǎn)量關(guān)系分析

含氣量是指煤中實(shí)際儲(chǔ)存的氣體含量，它與實(shí)驗(yàn)室測得的吸附等溫線確定的含氣量不同。由于煤層的儲(chǔ)集機(jī)理和常規(guī)天然氣不同，因此利用測井方法計(jì)算含氣量就不像解釋常規(guī)天然氣那樣容易。利用測井方法直接判斷煤層中是否含氣、含氣多少是不可能的。煤層的孔隙度很低(一般小于5%)，孔隙被水充滿，游離氣和溶解氣甚少，主要是吸附氣，所以無法利用測井方法直接判斷煤層中是否含氣及含氣多少。但是，在某一區(qū)域內(nèi)煤層含氣量與測井曲線具有一定的關(guān)系，可以利用測井曲線計(jì)算煤巖成分和煤層含氣量。比德-牛場區(qū)塊實(shí)驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)可作為重要參考，整體上，本區(qū)各煤層含氣量具有明顯差異，上煤組各煤層含氣量一般為11.77～16.55 m3/t，平均14.16 m3/t，下煤組各煤層含氣量一般為10.89～24.75 m3/t，平均17.82 m3/t(圖6)。

圖6 比德-牛場區(qū)塊煤層含氣量直方統(tǒng)計(jì)圖

由于實(shí)測含氣量數(shù)據(jù)點(diǎn)太少，本次研究主要根據(jù)測井解釋含氣量為作為分析數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計(jì)比德區(qū)塊龍?zhí)督M上段煤層的平均含氣量編制平均含氣量平面展布圖，與單井累產(chǎn)氣量疊合分析含氣量與產(chǎn)量的關(guān)系，從疊合圖上可以看出，產(chǎn)量與含氣量具有一定相關(guān)性。此外，通過含氣量與累計(jì)產(chǎn)量交匯分析也可以看出，煤層含氣量與累產(chǎn)氣量具有一定正相關(guān)特征(圖7)。

圖7 上煤組煤層含氣量平均值與單井累產(chǎn)氣量交匯圖

2.4 煤層壓裂改造與產(chǎn)量關(guān)系分析

煤層壓裂改造可有效地將井孔與煤層天然裂隙連通起來，從而在排水采氣時(shí)，更廣泛地分配井孔附近的壓降，增加產(chǎn)能，增大氣體解吸速率。因此，在煤層氣勘探開發(fā)中，壓裂改造作為一種重要的強(qiáng)化措施，已得到普遍應(yīng)用，勘探開發(fā)實(shí)踐表明，壓裂改造程度影響后期煤層氣排采。

本次研究通過統(tǒng)計(jì)各井的壓裂支撐劑用量，分別與單井累計(jì)產(chǎn)氣量、單井最大日產(chǎn)氣量、單井當(dāng)前日產(chǎn)氣量進(jìn)行交匯分析，可以看出，產(chǎn)氣量隨加砂量增大而增大(圖8、圖9、圖10)。因此在后期壓裂施工中，需要最大限度提高支撐劑用量以確保后期排采效果。

圖8 單井撐劑用量與單井最高日產(chǎn)氣量交匯圖

圖9 單井撐劑用量與單井累計(jì)產(chǎn)氣量交匯圖

圖10 單井撐劑用量與當(dāng)前單井日產(chǎn)氣量交匯圖

此外，本區(qū)煤層氣井多為合層壓裂，對主力層改造針對性不強(qiáng)也會(huì)影響單井產(chǎn)量。為了降低壓裂作業(yè)成本往往采取投球?qū)娱g暫堵兩層合壓工藝，采用尼龍球作為層間暫堵轉(zhuǎn)向材料，但是由于傳統(tǒng)尼龍球坐封受排量和球體密度影響，封堵效率較低，即使投球之后也可能無法達(dá)到層間轉(zhuǎn)向的目的，投球之后壓裂液仍然進(jìn)入低應(yīng)力薄弱煤層，使得另外一層無法達(dá)到充分改造的目的。同時(shí)，兩種產(chǎn)氣量和井底壓力數(shù)據(jù)證明單獨(dú)多個(gè)改造主力煤層具有很強(qiáng)的針對性，改造效果更充分。

因此，在后期壓裂施工中，對于上下相鄰的兩層煤巖，為了盡最大程度科學(xué)挖掘其潛力，需要根據(jù)兩層煤的供氣能力、相距的距離、井下單層壓裂的風(fēng)險(xiǎn)、單井整體壓裂的經(jīng)濟(jì)性來多方論證是否進(jìn)行合層。如果進(jìn)行合層壓裂，尼龍球暫堵合層壓裂工藝的有效性不強(qiáng)，需進(jìn)一步改進(jìn)壓裂工藝，開展可溶材料層間暫堵合層壓裂工藝，并且優(yōu)化壓裂參數(shù)，在壓裂規(guī)模上需比單獨(dú)改造一層的規(guī)模要提升，以對兩層進(jìn)行有效改造，進(jìn)一步挖掘兩層的潛力。

3 煤儲(chǔ)層精細(xì)探測及選層分析

通過上述分析可知，壓裂目標(biāo)層位的準(zhǔn)確選擇是開展壓裂工作的關(guān)鍵。因此，以煤儲(chǔ)層的精細(xì)探測和選擇為例，對目標(biāo)區(qū)塊地層進(jìn)行精細(xì)探測，并對比優(yōu)化選取最佳儲(chǔ)層。本區(qū)龍?zhí)督M主要由碎屑巖組成，含煤35層，地層平均厚度347.7m，依據(jù)巖性、巖相自下而上劃分為三段。地層劃分與對比是油氣藏地質(zhì)特征研究工作的基礎(chǔ)，是描述儲(chǔ)層形態(tài)及其參數(shù)空間分布特征的前提，地層的合理劃分與對比是油氣藏描述中由單井評價(jià)到多井評價(jià)的重要程序。只有合理地劃分層組，才能正確地揭示多油層的層間非均質(zhì)性，也只有建立正確的等時(shí)對比地層格架，才能在全區(qū)范圍內(nèi)統(tǒng)一層組的劃分、解釋各級層組儲(chǔ)層的空間變化規(guī)律。

根據(jù)目前比德-牛場區(qū)塊開采層位，本次技術(shù)可行性研究主力層鎖定為龍?zhí)督M上段，根據(jù)標(biāo)志層特征、旋回特征、測井相特征及煤層發(fā)育特征，將龍?zhí)督M上段劃分為6個(gè)小層，單層厚度9～28 m(圖11)。

圖11 比德-牛場區(qū)塊龍?zhí)督M上段小層劃分剖面

小層劃分是本次技術(shù)可行性研究的基礎(chǔ)，是深入認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層、氣層發(fā)育規(guī)律的基礎(chǔ)工作。在上小層劃分的基礎(chǔ)上，以12條骨架剖面為基礎(chǔ)(圖12)，采用“五對比”法完成比德-牛場區(qū)塊68口井6個(gè)小層對比。

為充分了解煤層氣開發(fā)動(dòng)態(tài)特征，提高氣藏采收率，必須開展煤儲(chǔ)層的分布研究，明確儲(chǔ)量控制及動(dòng)用狀況。比德-牛場區(qū)塊主力開采煤層為龍?zhí)督M上段煤層，其次為下段煤層，煤層縱向相互疊置，平面交錯(cuò)展布?；凇皩游豢刂品ā?、“等高程法”、“測井相法”、“產(chǎn)能判別法”等對比方法(圖13)，在小層格架的基礎(chǔ)上，開展了上段重點(diǎn)煤儲(chǔ)層精細(xì)對比研究。

從煤層對比剖面13圖上可以看出，比德-牛場區(qū)塊龍?zhí)督M上段(上煤組)煤層橫向變化較大，單層厚度最大的6#也并非穩(wěn)定發(fā)育，多口井尖滅、變薄或分叉，7#煤層多層薄層煤層與砂泥巖互層沉積，因而更穩(wěn)定，可作為煤層對比的標(biāo)志層。

圖12 比德—牛場區(qū)塊小層對比骨架剖面分布圖

4 壓裂選井選層及產(chǎn)能預(yù)測

4.1 煤層氣儲(chǔ)層評價(jià)及煤層篩選

根據(jù)貴州煤層氣公司研究結(jié)果，比德-牛場區(qū)塊龍?zhí)督M煤層評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要考慮資源性(煤厚、含氣量等)、電性(電阻率、視密度等)、地質(zhì)條件(埋深等)及煤體結(jié)構(gòu)4個(gè)方面參數(shù)，并設(shè)置相關(guān)權(quán)重。

根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，對比德-牛場未壓裂井煤層進(jìn)行綜合評價(jià)，從排名前5(Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層)出現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明(圖14)，比德區(qū)塊Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層為2#、3-1#、5-1#、6-1#煤層，牛場區(qū)塊Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層煤層為2#、3-2#、5-1#、5-2#、6#煤層，為下一步壓裂的重點(diǎn)目標(biāo)層。

4.2 選井選層及產(chǎn)能預(yù)測

根據(jù)孔隙度平面分布、含氣量平面分布及煤層平面分布特征，確立了比德區(qū)塊壓裂首選井臺(tái)。根據(jù)井臺(tái)煤層對比、儲(chǔ)層評價(jià)結(jié)果，確立了相關(guān)選壓煤層。以圖15為例，某6井選壓2#、3-1#、5#煤層，某8井、某X8井選壓2#、3-2#、5#煤層，某X6井選壓2#、3-1#、3-2#、5#煤層。

由上述方法確立的部分結(jié)果為：某6井：選壓2#、3-1#、5-1#煤層，儲(chǔ)層評價(jià)為Ⅰ類，3-1#煤層垂厚1.4 m，為Ⅰ類煤儲(chǔ)層，5-1#煤層垂厚2 m，儲(chǔ)層評價(jià)為Ⅰ類煤儲(chǔ)層。某8井：選壓2#、3-2#、5#煤層，儲(chǔ)層評價(jià)為Ⅰ類，3-2#煤層垂厚1.5 m，為Ⅱ類煤儲(chǔ)層，5#煤層垂厚1.4 m，儲(chǔ)層評價(jià)為Ⅱ類煤儲(chǔ)層。某X8井：選壓2#、3-2#、5#煤層，儲(chǔ)層垂直厚度分別為1.8 m、1.3 m、1.5 m，儲(chǔ)層評價(jià)均為Ⅰ類儲(chǔ)層。某X6井：選壓2#、3-1#、3-2#、5#煤層，儲(chǔ)層評價(jià)為Ⅰ類，3-1#、3-2#煤層累積垂厚1.58 m，以為Ⅰ類煤儲(chǔ)層為主，5#煤層垂厚2.7 m，儲(chǔ)層評價(jià)為Ⅱ類煤儲(chǔ)層。

根據(jù)選層結(jié)果，每口井壓裂3段3-4套煤層，根據(jù)已排采井生產(chǎn)特征，預(yù)測壓裂后排水期平均為2個(gè)月，產(chǎn)氣上升期4個(gè)月，穩(wěn)產(chǎn)期5年，快速遞減期1年，年遞減率40%，緩慢遞減期3年，遞減率15%，生命周期10年，按采收率20%計(jì)算，單井平均最高產(chǎn)能1094.2 m3/d，單井平均產(chǎn)能870 m3/d。

5 地面瓦斯抽采實(shí)踐

5.1 比德區(qū)塊地面瓦斯抽采現(xiàn)狀

化樂煤礦(一期)-比德區(qū)塊現(xiàn)有瓦斯抽采地面井32口，其中生產(chǎn)井17口，平均抽采量6800 m3/d，單井平均400 m3/d。已累計(jì)抽采969.6萬m3，單井平均57萬m3(抽采4～5年)。

比德區(qū)塊煤層氣藏開發(fā)階段處于開發(fā)前期，產(chǎn)量處于穩(wěn)定或上升，經(jīng)歷“試采評價(jià)期-小規(guī)模建產(chǎn)-穩(wěn)產(chǎn)期”三個(gè)階段。前期該區(qū)塊主要以勘探上煤組為主，整體平均單井產(chǎn)氣量在200～700 m3/d左右，其余井整體產(chǎn)氣水平偏低，但目前各井井底流壓普遍在0.6～1.2 MPa，產(chǎn)氣能力尚未完全釋放，整體排采尚處于階梯提產(chǎn)階段，部分井后期還有一定的提產(chǎn)空間。井組整體見氣時(shí)間在60～85天之間，返排率較高(平均50%左右)，儲(chǔ)層滲透性較好，壓后裂縫支撐有效期較長。區(qū)域上煤組發(fā)育煤層分布穩(wěn)定且埋深較淺，具備較好的勘探開發(fā)潛力。

圖13 龍?zhí)督M煤層對比剖面圖

圖14 比德區(qū)塊14口井Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層出現(xiàn)頻率圖

圖15 某6井-某X6井?dāng)M壓煤層對比剖面圖

該區(qū)塊主要以開采上煤組3#、5#、6#煤為主，由于隱伏小斷層較發(fā)育，導(dǎo)致局部煤巖結(jié)構(gòu)較為破碎。單井主要壓裂兩段，一段采取多層合壓的方式，加砂強(qiáng)度一般不大于8 m3/m，總液量規(guī)模較小，施工壓力整體在12～18 MPa?？傮w儲(chǔ)層改造針對性較差，加砂規(guī)模偏低，壓裂施工曲線及測井解釋結(jié)果顯示煤巖結(jié)構(gòu)較為破碎。綜上，考慮井組整體井底流壓偏高，部分井尚有一定的提產(chǎn)空間，預(yù)計(jì)后期平均單井產(chǎn)氣量300～1000 m3/d。

5.2 地面瓦斯抽采效果分析

(1) 單井地面抽采量還具有提升空間。當(dāng)前生產(chǎn)井單井抽采量大于500 m3/d的占比32%；單井累計(jì)抽采量大于50萬m3的占比55.3%。各井井底流壓普遍在0.6～1.2 MPa，產(chǎn)氣能力尚未完全釋放，整體抽采尚處于提產(chǎn)階段，未來具有一定提升空間。

(2) 地面抽采對降低煤層瓦斯含量的起到了作用。以某1井臺(tái)為例(如圖16所示，中心圓為某1井臺(tái)，四周為其他井臺(tái))，地面井間距平均為146 m，井臺(tái)控制面積約0.5 km2，主要壓裂抽采28、30、32號(hào)煤層，瓦斯含量一般為9.47～14.92 m3/t，通過近5年時(shí)間累計(jì)抽采432萬m3。經(jīng)估算，控制范圍內(nèi)噸煤瓦斯含量平均下降約為2 m3/t。由于瓦斯抽采不均衡性，鉆孔周邊較近區(qū)域和邊緣區(qū)域瓦斯含量下降程度會(huì)有較大區(qū)別?？傮w來看，經(jīng)過近5年地面抽采，煤層原始瓦斯含量有明顯下降，還需進(jìn)一步提高單井抽采效果，并通過合理開拓部署來延長地面抽采時(shí)間，實(shí)現(xiàn)地面抽采效果最大化。

圖16 單個(gè)井臺(tái)地面瓦斯抽采控制范圍示意圖

(3) 井上下瓦斯抽采規(guī)模對比。2021年，化樂煤礦井下瓦斯抽采量約為1100萬m3，地面瓦斯抽采量達(dá)到了900萬m3。井下瓦斯抽采受井下巷道限制，可提升空間不大；地面抽采井還有部分未壓裂抽采，且還有其他可部署區(qū)域，具有較好提升空間。因此，結(jié)合實(shí)際情況來看，井下瓦斯抽采是解決化樂煤礦生產(chǎn)中的瓦斯問題，而地面抽采是實(shí)現(xiàn)中長期“抽掘采”平衡的重要手段。

6 結(jié)論

(1) 貴州化樂井田具有煤層松軟、透氣性差的特點(diǎn)，導(dǎo)致瓦斯治理難度大、抽掘采失衡。利用地面瓦斯抽采取得了一定效果，未來還有大幅提升空間。這是貴州地區(qū)長遠(yuǎn)解決煤礦瓦斯問題的有效途徑和發(fā)展趨勢。

(2) 通過對比德-牛場區(qū)塊開采層位的對比分析，確定比德-牛場區(qū)塊龍?zhí)督M上段(上煤組)7#煤層作為煤層對比的標(biāo)志層，這為后續(xù)的地層劃分等工作奠定了基礎(chǔ)。

(3) 通過現(xiàn)場對比分析，確立了影響地面瓦斯抽采的主控因素，包括壓裂主力層、煤層物性、含氣量以及壓裂改造技術(shù)等?，F(xiàn)場實(shí)踐及試驗(yàn)對比表明，上述因素直接影響著產(chǎn)氣量的高低。

(4) 比德-牛場區(qū)塊龍?zhí)督M煤層建立了完善的壓裂地質(zhì)選層選井評價(jià)體系。其評價(jià)評價(jià)指標(biāo)包括資源性(煤厚、含氣量等)、電性(電阻率、視密度等)、地質(zhì)條件(埋深等)及煤體結(jié)構(gòu)4個(gè)方面參數(shù)。通過設(shè)置相關(guān)權(quán)重，根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，對比德-牛場未壓裂井煤層進(jìn)行綜合評價(jià)，獲得良好的效果。