沁水盆地煤層氣勘探開發回顧與展望

趙賢正

(副總經理, 中國石油華北油田分公司)

發展新能源是保障國家能源安全的一項戰略舉措, 而開發煤層氣是中國石油貫徹落實國務院關于改善能源結構、加強安全環保等重要指示精神, 履行經濟、政治和社會責任, 實現科學發展的實際行動。按照《中國石油新能源業務“十一五”發展規劃》中提出的“以積極態度, 集中力量, 以山西沁水盆地煤層氣田規模開發為主, 穩妥、有序、有效推動煤層氣開發, 努力為經濟社會發展提供更清潔、更經濟的能源保障”的指示精神, 華北油田公司把加快煤層氣勘探開發、增強自主創新能力, 作為推進公司健康發展的重要序列之一, 并對煤層氣勘探開發工作提出了明確的工作目標、工作思路和“三步走”發展戰略, 努力推動煤層氣勘探開發的大發展。

沁水盆地總面積2．7 萬km2, 煤層氣總資源量為3．97 萬億m3, 占全國總量的10．8%, 其中1000以淺的煤層氣資源量為1．9 萬億m3。目前投入商業開發的區域主要位于沁水盆地南部中國石油礦權區, 面積5169km2, 煤層氣資源量1．08 萬億m3。

沁水盆地以油氣為目的的勘探工作始于1957年, 大致可劃分為五個階段：

第一階段 (1957～1975 年) ： 以古生界為對象的石油地質普查階段, 此階段進行了1∶20 萬區域地質調查及石油地質普查, 1962 年由山西省地質局212 隊在灣里構造完成的第一口石油勘探井灣1井, 該階段未發現油氣藏, 其結論是缺乏生烴條件。

第二階段 (1976～1979 年) ： 晉中斷陷上第三系石油普查階段; 在以古生界為對象石油地質普查失利后, 又轉向鄰區晉中斷陷上第三系進行石油普查。先后鉆井19 口, 經鉆探未見油氣顯示。

第三階段 (1980～1993 年) ： 以沁水盆地上古生界煤成氣為目的的普查階段。煤成氣普查勘探主要在盆地中一北部進行, 目的是尋找常規圈閉氣藏, 重點對局部構造進行詳查和鉆探, 共施工9 口探井, 僅陽1 井獲工業氣流。

第四階段 (1994～2004 年) ： 包括整個沁水盆地和以晉城、陽泉地區為核心進行的綜合評價、富氣條件和選區研究階段。1994 年以來, 中國石油天然氣總公司新區事業部煤層氣勘探項目經理部、晉城礦務局、中聯煤層氣有限責任公司三個單位對沁水盆地開展了煤層氣勘探和開發試驗評價。該階段取得比較大的突破, 其中晉城礦務局與美國IMC公司合作, 1994 年在潘莊井田施工潘2 井, 1995～1998 年又分別施工潘1、3、4、5、6、7 井, 并進行井組試采開發試驗, 基本獲得成功。中聯煤層氣有限責任公司于1997～1999 年, 在工區及周圍先后施工煤層氣參數井和試驗井6 口 (TL - 002、TL- 003、TL - 004、TL - 006、TL - 007、TL - 008) ,并對大部分井進行了排采試驗,其中, TL - 003、TL- 006 井情況較好。中國石油天然氣總公司新區事業部煤層氣勘探項目經理部, 于1997 年在樊莊區施工晉試1 井, 壓裂后排采, 日產氣量最高達4200 方。1998～1999 年, 在樊莊區完成晉試1 井組—晉1- 1、1- 2、1- 3、1- 4、1- 5 共5 口井和晉試2、3、4 三口評價井, 在鄭莊區完成晉試6 評價井和晉試5 預探井的鉆探, 并對晉試1 井組進行試采, 取得成功。2000 年又對晉試2、3、4、5、6 井分別進行了試采, 均獲得成功, 日產氣量在3000方左右。

第五階段 (2005～現今) ： 沁水盆地南部煤層氣的規模開發階段。從2004 年7 月開始, 由華北油田公司負責沁水煤層氣田的勘探開發工作, 2005年12 月15 日, 以樊莊區塊煤層氣羽狀水平井晉平2 井組的開鉆為標志, 拉開了煤層氣田大規模開發建設的序幕。經過短短五年多時間, 完成了以煤層氣中央處理廠投產為標志的樊莊區塊6 億m3產能建設, 探明了我國第一個具有千億立方米大型、整裝、高豐度、高階煤煤層氣田, 建成中國第一個數字化、規模化煤層氣田示范工程。依托西氣東輸主干線在國內率先實現大規模的煤層氣管網外輸, 并實現了商業化運營。煤層氣開發由建設期轉入生產管理與產能建設并存期, 由大規模投入期轉入效益回報期。

沁水盆地為高階煤發育區, 氣藏具有低壓、低滲、低飽和、非均質性強的特征, 開采難度大。目前由于我國煤層氣勘探開發尚處于起步階段, 技術儲備不足。為加快煤層氣業務的快速發展, 針對沁水盆地煤層氣開發過程中面臨的地質理論、開采方式、增產工藝、排采技術等關鍵難題進行攻關。通過以“創新地質認識、攻克瓶頸技術、提高單井產量、形成配套系列”為工作目標, 成立專門研究和生產機構, 吸收各個專業的技術人才, 通力合作,采取“邊研究、邊試驗、邊應用、邊完善”的模式開展技術攻關和現場試驗, 先后承擔了國家《山西沁水盆地煤層氣水平井開發示范工程》重大科技專項以及“973”項目, 中國石油《沁水盆地高階煤煤層氣勘探開發關鍵技術研究》、《煤層氣開采先導試驗基地》等重大科技專項, 持續開展技術攻關,并將研究取得的新成果、新認識及時應用到現場試驗, 取得了很好的效果, 為煤層氣的高效勘探開發提供堅強的技術保障。

通過研究和實踐, 主要在以下四個方面取得了突破并獲得重要的認識： 一是建立沁水煤層氣田富集成藏模式, 形成山地淺層煤層二維地震精細解釋、煤儲層物性核磁共振分析技術, 建立一套多層次評價指標體系及富集高滲儲層預測方法, 揭示地下水滯留區構造翼部富集高產規律, 為沁水南部煤層氣田的高效勘探開發提供理論基礎。二是明確了煤層氣井產能控制因素, 地質條件、工程技術和排采控制是影響單井產量的三大主要因素, 直井和水平井的產能主要受壓裂效果和水平分支產狀的制約。三是形成煤層氣井位、井網、井距、井型等開發方式優化技術, 明確了最優井型及設計指標。四是揭示了煤層氣直井、水平井排采規律, 提出了排采控制原則, 并實現排采井的智能調控。

應用煤層氣勘探開發地質認識和配套技術研究, 優選出鄭莊里必、東大兩個有利建產區塊, 完成鄭莊9 億m3產能建設方案編制; 提出了水平井設計以及井型優選、井網、井距優化方案; 創新形成了低產井解堵和防煤灰、防卡泵工藝技術; 實現了煤層氣井的智能排采控制。新增煤層氣探明儲量700 億m3, 煤層氣日產量由2009 年9 月投產時的50 萬m3提高到2010 年11 月份的130 萬m3。并為沁水盆地煤層氣的高效開發提供堅強的技術支撐。

通過產學研用有機結合, 實現了攻關目標, 取得重要的理論和技術創新, 應用效果十分顯著, 目前已經取得了三項理論成果和五項配套技術, 獲得三項實用新型專利, 參加發布企業標準一項。

沁水盆地高階煤煤層氣勘探開發, 推動了華北油田新能源新領域的突破, 為華北油田乃至中國石油加快轉變發展方式開辟了一條新路。“十二五”及未來一段時間, 華北油田將認真按照國務院和集團公司要求, 堅持不懈的以建設華北油田公司“七大序列”特別是建好煤層氣業務領先增長序列為契機, 努力推進煤層氣勘探開發技術水平再上新臺階, 重點是在煤層氣的資源評價、煤層氣富集高產規律、煤層氣不同井型井網優化和規模應用、煤層氣增產技術和煤層氣排采技術方面取得更多、更大的成果, 為今后更大規模開展煤層氣勘探開發提供理論和生產指導。

2010 年底華北油田沁水盆地累計探明煤層氣地質儲量達到1070 億m3, 已成為中國石油上市十年來發現的第13 個千億立方米級天然氣田之一,“十二五”末我們將努力實現探明儲量3000 億m3以上, 實現建成生產能力40 億m3以上的宏偉目標。

經過多年的勘探和開發實踐認為： 常規能源的短缺是推動煤層氣發展的客觀要求; 清潔能源的需求是推動煤層氣發展的大勢所趨; 政策扶持和資金投入是推動煤層氣產業化發展的先決條件; 技術進步是實現煤層氣規模高效開發的根本保障。