淺談煤層氣勘查井位設(shè)計原則

陳毓翯 白曉麗 董穎

(遼寧省地質(zhì)學會,遼寧沈陽 110000)

淺談煤層氣勘查井位設(shè)計原則

陳毓翯 白曉麗 董穎

(遼寧省地質(zhì)學會,遼寧沈陽 110000)

合理的井位設(shè)計是煤層氣資源勘探開發(fā)的基礎(chǔ),不僅能夠降低勘探開發(fā)成本、取得良好的工程效果,保障煤層氣開發(fā)的順利實施,并且可以大幅度提高煤層氣井產(chǎn)能與經(jīng)濟效益。本文主要是結(jié)合筆者的工作經(jīng)驗,對煤層氣勘探有利區(qū)評價參數(shù)和井位設(shè)計原則進行了分析和探討,以供與業(yè)內(nèi)人士之間的交流學習。

煤層氣 井位 有利區(qū)

1 引言

煤層氣勘查井位設(shè)計的首要步驟是確定研究區(qū)的煤層氣資源勘探有利區(qū),因此煤層氣選區(qū)評價是進行井位設(shè)計的前提,是煤層氣開發(fā)規(guī)劃的重要內(nèi)容,直接關(guān)系到未來氣井產(chǎn)能以及煤層氣開發(fā)的經(jīng)濟性。現(xiàn)將國內(nèi)煤層氣選區(qū)評價參數(shù)及原則闡述如下。

2 選區(qū)評價的重要參數(shù)分類

煤層氣的富集成藏條件和采氣方式與常規(guī)油氣以及固體煤不同,其選區(qū)評價參數(shù)也有其特殊性。對煤層氣開采選區(qū)評價參數(shù)進行量化分類,不僅有利于選區(qū)的對比分析,而且可使評價原則進一步規(guī)范化。針對煤層氣選區(qū)評價重要參數(shù)分類闡述如下。

2.1 資源類型參數(shù)

資源量是構(gòu)成煤層氣開發(fā)利用的物質(zhì)基礎(chǔ)。只有具備一定厚度、一定分布面積、一定含氣量,分布較穩(wěn)定的煤層才能提供具有開發(fā)價值的煤層氣資源。

(1)煤層厚度:含氣量相同情況下,隨著煤層厚度增大,煤層氣資源量、產(chǎn)層厚度也增加,利于煤層氣的儲集、產(chǎn)出。煤層太薄,資源豐度和產(chǎn)氣量將達不到經(jīng)濟開發(fā)的要求,應(yīng)排除在選區(qū)之外。(2)含煤面積和煤層穩(wěn)定性:含煤面積大,煤層分布穩(wěn)定,則資源的分布穩(wěn)定,對煤層氣勘探開發(fā)有利。選區(qū)評價要求含煤面積達到部署一套開發(fā)井網(wǎng)所需的面積,且主要煤層在該面積內(nèi)穩(wěn)定分布。(3)含氣量:實際工作中,主要是采取對煤心進行直接測定獲得。這種測定方法相對簡單,測定結(jié)果也相對準確。含氣量越高,煤層氣地質(zhì)條件越優(yōu)越。(4)含氣飽和度:實測含氣量是煤心解吸得到的含氣量,理論含氣量是吸附等溫線上與原始地層壓力對應(yīng)的含氣量。飽和度越高,煤層氣資源越富集。(5)資源量豐度:資源豐度指單位面積內(nèi)的煤層氣資源數(shù)量,資源豐度越高,越有利于煤層氣的產(chǎn)出。(6)地解比:臨界解吸壓力愈接近原始地層壓力,高產(chǎn)富集條件逾優(yōu)越。

2.2 滲透性類型參數(shù)

(1)孔隙半徑:孔隙半徑小于0.1μm的小孔和微孔發(fā)育的煤巖熱演化程度高,生氣量大,內(nèi)表面大,一般含氣飽和度高。(2)滲透率:滲透率是衡量煤層氣開發(fā)難易程度的重要指標,對于含氣煤層的采收率和產(chǎn)量起決定性作用。煤層滲透率越大,氣井的泄氣范圍就越寬闊,產(chǎn)量也就越高。(3)地應(yīng)力:地應(yīng)力是影響滲透性的主要地質(zhì)因素之一,地應(yīng)力越高,對煤層滲透性越不利。(4)自然裂縫特征:煤層滲透率主要是由割理、構(gòu)造裂隙等裂縫系統(tǒng)提供。發(fā)育密度大、延伸長、張開度寬、無充填的裂縫對滲透率有利。

2.3 吸附/解吸特征類型參數(shù)

煤層吸附/解吸特征參數(shù),是一組由煤巖等溫吸附線、含氣量、儲層壓力聯(lián)用的參數(shù)。包括蘭氏體積、蘭氏壓力、臨界解吸壓力、含氣飽和度等。通常蘭氏體積越大、蘭氏壓力越小,反映煤對甲烷的吸附能力越強。臨界解吸壓力是煤層氣地質(zhì)評價中的一項關(guān)鍵參數(shù),它與煤儲層壓力的比值(即臨界解吸壓力/煤儲層壓力)反映煤層的含氣飽和度,該比值越高,說明煤層的含氣飽和度越高,對煤層氣的開發(fā)越有利。

2.4 水文地質(zhì)類型參數(shù)

水文地質(zhì)條件對煤層氣開發(fā)的影響較為復(fù)雜,難以用簡單參數(shù)的形式表達水文條件的影響。通常采用綜合分析的方法綜合評價水文地質(zhì)條件的優(yōu)劣。

(1)地層含水性:煤層及其附近地層含水性強,鉆孔涌水量過大,對煤層的排水降壓和煤層氣的解吸產(chǎn)出不利;水壓頭高時,對煤層氣保存和滲透性有利,欠壓時相對不利。(2)地層水化學特征:水的礦化度過高,超過排放標準或含有某些有害元素時,為避免對環(huán)境的污染,就要對產(chǎn)出水進行處理,從而增大煤層氣的開采成本。(3)煤層特征類型參數(shù)此參數(shù)是煤巖所固有的特性,包括煤級(煤巖的演化程度)、灰份含量、煤巖類型、煤巖結(jié)構(gòu)等參數(shù)。

3 煤層氣勘探地質(zhì)選區(qū)評價的原則

國外煤層氣勘探在選區(qū)評價上充分考慮地質(zhì)條件、資源量、供氣環(huán)境及下游工程、投資效益等因素;在目標評價上充分考慮構(gòu)造、煤層埋深、含氣量與含氣飽和度、滲透率等條件。根據(jù)中國煤層氣高產(chǎn)富集特點,參考國外煤層氣選區(qū)評價經(jīng)驗,對中國煤層氣選區(qū)提出如下評價原則。

(1)處于盆地斜坡或埋藏適中的向斜區(qū),構(gòu)造活動為高應(yīng)力背景下相對低應(yīng)力區(qū)。地應(yīng)力一般小于100Mpa。(2)煤層分布廣,面積大,主力煤層分布穩(wěn)定,煤層氣遠景資源量大于100×108m3,資源豐度應(yīng)在中等以上(大于0.5×108m3/km2)。(3)可采煤層埋深500～1500m最佳,避開強水循環(huán)甲烷風化帶和低解吸率的煤層滲透帶。(4)單井煤層總厚度大于10m,煤層內(nèi)單層厚度大0.6m。總厚度小于3m的煤層一般不具備商業(yè)性開采價值;總厚度為3～10m的煤層分布區(qū)煤層氣穩(wěn)產(chǎn)期短,開采經(jīng)濟價值不高;就單一煤層而言,單層厚度應(yīng)大于0.6m,才具有與上、下煤層分層壓裂合采的經(jīng)濟價值。(5)煤層頂?shù)装逵写笥?0m、封閉性好的直接蓋層,并有一套厚度大、分布穩(wěn)定的區(qū)域性蓋層,煤層段內(nèi)無大含水層。(6)煤層含氣量大于8m3/t,鏡質(zhì)組一般含量大于70%。國內(nèi)外已開發(fā)的煤層氣氣田主力區(qū)塊平均含氣量均超過15m3/t(較高含氣量級別),而低含氣量(小于8m3/t)地區(qū)單井產(chǎn)氣量一般小于1500m3/d,無商業(yè)性開采價值。(7)煤層氣可解吸率在70%以上,含氣飽和度大于50%。一些煤層氣高產(chǎn)富集區(qū)塊均為高飽和度氣藏:圣胡安盆地為90～98%,黑勇士盆地為92～99%,沁水煤層氣田為85～95%,鄂爾多斯盆地東部柳林地區(qū)局部為80%。中等飽和氣藏穩(wěn)產(chǎn)效果差,產(chǎn)氣量低,地解壓差大,開采成本高。如沁水盆地東部屯留地區(qū),河北大城地區(qū)。低飽和氣藏一般無工業(yè)開采價值。(8)地解比高,臨界解吸壓力接近原始地層壓力,比值＞0.6最佳。一些煤層氣高產(chǎn)富集區(qū)塊均為高飽和度、高地解比;中等飽和度氣藏不僅穩(wěn)產(chǎn)效果差、產(chǎn)氣量低,且因地解壓差大而開采成本高;低飽和度氣藏一般無商業(yè)性開采價值,如沁水盆地屯留地區(qū),含氣飽和度僅為26%～70%。(9)煤層氣探區(qū)地形相對平緩,交通相對方便,修路平場工作量較小。不僅現(xiàn)在勘探施工條件好,而且將來的開發(fā)和生產(chǎn)期也容易形成規(guī)模,節(jié)省成本。

4 結(jié)語

中國已有煤層氣選區(qū)的評價標準主要針對中煤階煤層制定,但不同煤階煤層吸附性、滲透性、機械性質(zhì)等存在明顯差異,產(chǎn)氣規(guī)律也有所不同,對應(yīng)的開發(fā)技術(shù)也不同,因此現(xiàn)行標準使低煤階和高煤階煤層的煤層氣的選區(qū)評價受到制約。在具體選區(qū)中,不同地區(qū)的影響因素不同,選區(qū)評價時考慮的條件亦有所側(cè)重。因此,在具體應(yīng)用以上各項普遍原則時,需要靈活掌握,具體問題具體分析,建立適合中國目前技術(shù)條件下煤層氣選區(qū)的評價標準,以便更好的完成選區(qū)評價工作。

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