中國石油數字化規模化煤層氣田示范工程

周榮學 劉慶昌

中國石油華北油田公司

中國石油數字化規模化煤層氣田示范工程

周榮學 劉慶昌

中國石油華北油田公司

周榮學等.中國石油數字化規模化煤層氣田示范工程.天然氣工業,2010,30(6):7-10.

中國石油華北油田公司1991年開始涉足煤層氣勘探開發業務,經歷了煤層氣地質研究選區、直井小井組開發先導試驗、羽狀水平井開發先導試驗和數字化規模化開發4個階段,經過長期不懈努力和大規模投入,率先在國內建成了數字化規模化煤層氣田示范工程。該示范工程以復雜山地、全覆蓋和全過程自動化監控系統為主要特征,實現了規模化生產和商業化運營,所產煤層氣通過處理中心和外輸管道進入“西氣東輸”干網。該公司在煤層氣勘探開發技術、地面工程低成本優化設計等方面積累了豐富經驗,在踐行采煤采氣一體化、解決礦權重疊問題等方面創造了多種有效模式;編制了煤層氣業務中長期發展規劃,在勘探開發、科技攻關、市場利用、對外合作等方面確立了發展目標;不斷擴大現有煤層氣田生產規模、積極開拓下游市場建設,促進了山西省地方經濟的發展,實現了互利雙贏。

煤層氣田 數字化 規模化 示范工程 中國石油華北油田公司 山西省

中國石油華北油田公司(以下簡稱華北油田)從1991年起涉足煤層氣業務,參與原中國石油天然氣總公司的煤層氣資源評價和區塊優選,在河北省大城縣開辟了煤層氣開采試驗區,為下一步擴展煤層氣業務積累了地質研究經驗、儲備了勘探開發技術。2004年,華北油田接手晉東南沁水煤層氣田的勘探開發工作,積極貫徹中國石油天然氣股份有限公司建設綜合性國際能源公司發展戰略,把加快煤層氣、地熱等新能源開發列入油田持續穩健發展的主要措施之一。2006年成立了沁南煤層氣勘探開發指揮部,并在山西晉城市注冊成立了煤層氣勘探開發分公司,以華北油田勘探開發研究院、物探研究院、采油工藝研究院為技術支撐,集中了華北油田各專業400余名員工實施大規模勘探開發。

1 示范工程概況

華北油田在沁水盆地南部的煤層氣區塊包括鄭莊、樊莊、沁南、馬必、成莊、鄭村和夏店7個區塊,跨晉城、長治和臨汾3市,礦權總面積達5646km2,探明地質儲量為844×108m3,控制和預測地質儲量為4967×108m3,具備了建成年產量50×108m3的資源基礎(圖1)。經過3年的勘探開發建設,2009年建成中國第一個數字化規模化煤層氣田示范工程,取得了下述6個方面的成績。

1.1 勘探開發成效顯著

在樊莊—鄭莊區塊實施二維地震勘探測線124條計1285km,至2009年,累計探明地質儲量844×108m3。2010年底,樊莊—鄭莊區塊累計探明煤層氣儲量將超過1000×108m3,邁進世界級(千億立方米)商業性大型煤層氣田行列。樊莊區塊6×108m3產能建設全面完成,累計鉆直井454口,壓裂投產437口;羽狀水平井鉆井、投產45口;建成6座集氣站、43km集氣干線、483口單井采氣管線、2座35kV變電站、23km35kV電力線路。目前日產煤層氣超過70×104m3(圖2)。

1.2 以煤層氣處理中心為標志的系統工程投產,外輸管網與“西氣東輸”干網實現對接

以煤層氣處理中心為標志的配套工程建成投產(圖3),從根本上解決了制約煤層氣外輸和利用的瓶頸問題,依托“西氣東輸”干網可以順利實現煤層氣上輸和下載,將為“氣化山西”發揮積極作用。自2009年9月10日處理中心向“西氣東輸”干網供氣,目前累計完成商品量在1.2×108m3,日外輸氣量在100×104m3以上。

圖1 礦權區塊圖

圖2 煤層氣生產曲線圖

圖3 煤層氣處理中心全景圖

1.3 建成復雜山地、全覆蓋、全過程自動化監控系統,運行平穩正常

自動化監控系統于2008年5月開工建設,2009年10月主體工程完工。完成了51km通訊光纜、10座通信基站建設,實現了重點井、集氣站、處理中心系統的生產數據采集、圖像監測、遠程控制;實現了35kV變電站及其供配電線路,10kV開閉所遙視、遙測、遙調;實現變電所單井、集氣站無人值守。通過設在晉城的遠程調度中心可實現單井、集氣站、變電所、處理中心的生產參數監測和生產指揮。

1.4 勘探開發技術認識不斷深化

建立了沁水氣田煤層氣成藏模式,認為本區煤層氣藏為受巖漿熱成因形成的承壓水封堵煤層氣藏,其富集程度主要受儲層條件和保存條件的影響;形成了區塊尺度煤層氣富集高滲地質控制理論(圖4),認為沁南煤層原生孔隙割理系統決定了煤層滲透性的大小,構造背景和斷層發育程度明顯控制煤層含氣性;形成了5項配套工藝技術,包括山地淺層二維地震采集和精細解釋、富集高滲區地質預測與井位部署、羽狀水平井及配套工藝、適用性舉升工藝和智能排采控制。

圖4 區塊尺度煤層氣富集高滲地質理論圖

1.5 積極推進對外合作,努力實現互利雙贏

華北油田在建設數字化規模化煤層氣田過程中,嚴格遵守國家和山西省的有關法律、法規和政策規定,主動向省、市、縣三級政府匯報工作,將企業發展自覺融入地方經濟,積極履行社會責任,營造企地和諧環境。同時,積極主動尋求與業內其他企業開展合作,實現優勢互補、和諧共贏。先后與山西能源集團、潞安集團、蘭花集團、晉煤集團、山西省煤運總公司、國投晉城公司等煤炭企業簽訂了合作協議,形成了多種各具特色的合作模式,有效解決了礦權重疊問題,采氣采煤更為科學合理,避免了無序競爭,實現了合作共贏。

1.6 安全環保工作卓有成效

華北油田以創建資源節約型和環境友好型企業為目標,在沁南煤層氣勘探開發過程中,以“環境美學”為目標,加大投資力度,把保障安全、保護生態環境、節約自然資源,作為各項工作的重中之重,堅持不懈地走安全發展、清潔發展、節約發展之路。在項目可研、設計、施工各階段均委托國家和當地有關單位進行安全評估和環保評估工作,采取措施,杜絕了安全環保事故的發生。

2 經驗與認識

在國家新能源扶持政策創造的良好環境和各級政府以及相關能源企業的支持和推動下,華北油田集中各方資源,匯聚各界力量,發揮自身優勢,經過長期不懈努力和大規模投入,綜合研究與現場試驗并舉,常規作業與風險探索兼顧,在晉東南建成了國內第一個數字化、規模化煤層氣田。

2.1 煤層氣開發既可取得經濟效益,又能降低碳排放,減少煤礦安全事故

煤層氣地面抽排既可減少烴排放,又可減少碳排放,每抽采1×108m3煤層氣,可減少碳排放120×104t。此外,煤層氣地面抽采是降低高瓦斯煤礦安全事故的有效預防措施。國家規定,只有煤層氣含量低于6m3/t煤時才能開采煤礦,要將沁水煤田煤層氣含量由15～20m3/t降低到國家規定指標,只有依靠地面抽采。

2.2 石油公司開發煤層氣具有獨特優勢

實踐證明,石油公司在開發煤層氣方面具備獨特優勢。煤層氣地面抽采方式與天然氣開發類似,所用的鉆井、壓裂、排采、管輸等系列技術均來自石油天然氣行業的主體勘探開發技術。石油公司以強大的人才、資金、技術、市場和裝備優勢,可以在較短時間內完成煤層氣勘探開發技術的儲備和創新,開創煤層氣產業科研與生產有機融合、上下游一體化的蓬勃發展局面,成為中國煤層氣產業的領跑者。

2.3 煤層氣開發應重視基礎研究和技術創新

華北油田重視煤層氣地質條件的基礎研究工作,重視工藝改進和技術創新,不斷深化地質認識,認真研究生產中出現的問題與矛盾,積極尋找應對措施,初步掌握了煤層氣勘探開發配套技術;在生產實踐中提升了高滲富集區優選、井筒工藝應用、羽狀水平井井位優選、煤層鉆井液保護、煤層適應性壓裂改造、地面工程集約化建設等方面的能力。能力的提升促進了勘探開發建設的有效開展。

2.4 煤層氣開發建設必須嚴格按程序辦事,規范運作

在煤層氣開發過程中,認真進行各種評價和辦理審核手續,不僅是遵守國家和地方政府法律法規、依法進行生產經營活動的具體表現,也是創造順利的施工環境、保證工程質量、實現清潔安全生產的必由之路。要熟悉相關法律法規和有關機構的辦事程序,照章辦理。要加強項目前期工作,超前規劃、早定方案,統籌考慮各種審批手續,全面系統準備有關材料。華北油田在樊莊產能建設前期及過程中辦理了安全、環境保護、水土保持、防洪、選址等共計20余項評價和審核。

2.5 煤層氣行業的健康有序發展需要合作雙贏

煤層氣是煤炭的伴生氣,國務院要求“先采氣后采煤、采煤采氣一體化”。應按照科學發展觀與建立和諧礦區的思維,處理煤層氣企業與煤炭企業在發展中的矛盾,共同履行大型國有企業所承擔的經濟、社會、政治責任。煤層氣產業的健康發展需要石油、煤炭兩個行業與社會各界的共同努力。華北油田沁水煤層氣礦權與眾多煤炭企業礦權重疊,只有真誠合作、統籌規劃、科學部署、規范實施,才能建立起良好的合作環境,才能實現建設大型、整裝煤層氣田的發展規劃。

3 華北油田煤層氣業務中長期規劃

據中國石油沁水盆地煤層氣業務發展規劃和華北油田發展要求,結合山西沁水盆地煤層氣產業發展形勢,華北油田編制了煤層氣業務發展“十二五”規劃,在勘探開發、科技攻關、市場利用、對外合作等方面確立了發展目標,明確了工作思路,制定了具體措施。

3.1 勘探與評價

計劃部署精細二維地震測線3500km,鉆井388口,探明煤層氣地質儲量3065×108m3,夯實50×108m3年產量的物質基礎。

3.2 產能建設

計劃部署羽狀水平井371口,配套建設集輸管網和電力系統,新建產能19×108m3,加上樊莊已建產能6×108m3,累計建產能25×108m3。

3.3 科技攻關

以國家煤層氣科技重大專項和中石油示范工程為平臺,加強公司內部研究力量,同時,擴大和深化外部科研協作,在煤層氣富集規律、高中階煤層滲透性改造、低成本鉆井工藝、集成化模塊式地面工程設計等方面開展深度研究和項目攻關,力爭在“十二五”末,形成具有自主知識產權的煤層氣地質研究成果和先進適用的低成本開發技術系列。

3.4 下游市場開發

計劃2015年煤層氣產量達到20×108m3,在滿足當地用氣的情況下,余氣進入“西氣東輸”管道。在沁南所產煤層氣不能滿足當地工業及民用需求時,可以在中石油的統一調度下,利用“西氣東輸”聯絡線,以管道天然氣向當地返輸。華北油田長期穩定向北京市、天津市、河北省等供應城市燃氣,具備了豐富的燃氣管網經營經驗,和中油(香港)聯合成立了華港燃氣公司,并已在香港掛牌上市,愿意在互利共贏的基礎上,依托已建天然氣和煤層氣輸送管網,參與山西燃氣管網建設和運營,為山西省經濟社會發展做出積極貢獻。

4 結束語

華北油田在較短時間內,優質高效建成了國內第一個數字化規模化煤層氣田,并與國家“西氣東輸”管道對接,成功實現了煤層氣上下游一體化商業運營。可以說,數字化規模化煤層氣田的建成,既是中國石油天然氣股份有限公司國際化綜合性能源公司發展戰略的一個里程碑,也是中國煤層氣產業日趨壯大、進入商業化生產啟動階段的一個重要標志。

山西沁水盆地煤層氣資源豐富,省內以及周邊地區能源需求旺盛。華北油田將長期立足山西,發揮自身優勢,繼續加大投入,擴大現有煤層氣田生產規模,開拓下游市場建設,為山西省當地經濟和社會發展作出貢獻。同時,華北油田將繼續堅持互利共贏,不斷拓展與相關能源企業的合作領域,創新合作方式,加大合作力度,深入貫徹國家采煤采氣一體化政策,促進煤層氣行業的健康有序發展。

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.06.002

Zhou Rongxue,senior engineer,was born in1964.He holds an M.Sc.degree,being engaged in coalbed methane services,multipurpose development services,oil&gas transportation and sales,domestic&foreign gas market,etc.

Add:Renqiu,Hebei062552,P.R.China

Tel:+86-317-2755757 E-mail:zhourx@petrochina.com.cn

A demonstration project of PetroChina’s digitalized scale coalbed methane gas fields

Zhou Rongxue,Liu Qingchang
(North China Oilf ield Company,PetroChina,Renqiu,Hebei062552,China)

Since starting E&P of coalbed methane in1991,the PetroChina’s North China Oilfield Company has experienced four periods of CBM project development,including geological study of the selected area,pilot tests by small vertical wells,pilot tests by pinnate horizontal multilateral wells,and digitalized scale exploitation.Having made longstanding and unremitting efforts,this company has taken the lead in completing the demonstration project of a digitalized scale CBM gas field in China.In this project,a special automatic monitoring system,which can be used in complex mountainous regions with a full-area coverage during the whole development process,is adopted to achieve scale production and commercialized operation,and the produced CBM gas has entered into the West-East gas arterial pipelines through the processing centre and multi-purpose station pipelines.This company has gained a wealth of experience in E&P technologies and optimized design of low-cost ground engineering work,etc.from this CBM project,and has made achievements in coal and gas co-exploitation and solution of the overlapping mining rights.Moreover,this company has made medium-and long-term planning of CBM projects,setting goals in many aspects of E&P,scientific&technological problem tackling,market utilization,and external cooperation,etc.Following this developing trend,this company takes its advantage to increase its input,expand the production scale of the present CBM gas field,and develop the downstream markets.In this way,it will promote the development of local economy and society in Shanxi province.

coalbed methane gas field,digitalization,large scale,demonstration project,Shanxi

book=7,ebook=213

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.06.002

2010-06-02 編輯 趙 勤)

周榮學,1964年生,高級工程師,工程碩士,全國設備管理優秀工作者;現任中國石油華北油田公司副總經理,負責華北油田煤層氣業務、多元開發業務、油氣運銷和國內外市場等工作;兼任山西省煤層氣行業協會副會長。地址:(062552)河北省任丘市會戰道中國石油華北油田公司。電話:(0317)2755757。E-mail:zhourx@petrochina.com.cn

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE6,pp.7-10,6/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)