澳大利亞煤層氣采氣機理再認識

馬麗 呂國棟

摘 要：煤層氣開發已經在全世界范圍內得到廣泛開展。但煤層氣的開采機理依然存在一些質疑，其研究明顯滯后于生產實踐。本文以澳大利亞Surat盆地T氣田為例，說明煤層氣的富集和構造位置有一定的相關性。動態分析結果表明，位于構造高部位的煤層氣井更早見氣，該氣田生產的煤層氣不僅僅是靠原地解析擴散，也可能存在構造低部位煤層解析氣運移到構造高部位的自由氣，因此構造高部位表現出類似常規氣藏受蓋層封隔成藏的特征。這種現象明顯相悖于經典的“排水-降壓-解吸-擴散-滲流”采氣機理。氣田高部位產層壓力不降反升再次證明從低部位過來的自由氣向高部位運移而維持住壓力甚至升高。隨著對澳大利亞煤層氣開采機理的加深，儲層從過去認為的封閉體系到目前的開放體系，使得非常規能源煤層氣的產量預測更加符合實際。也為日后煤層氣開采提供了強有力的科學依據。

前言

澳大利亞是世界上煤層氣開發技術較為成熟的國家之一，其煤層氣工業主要集中在東澳大利亞的新南威爾士州和昆士蘭州，近年來澳大利亞煤層氣的探明儲量增長迅速[1，2]。煤層氣將成為昆士蘭州最重要的新型能源和未來的主力能源之一。我國中石油，中石化和中海油三大石油公司先后進軍澳大利亞的煤層氣領域，首選開發Bowen-Surat盆地，因此有必要對煤層氣采出機理進行研究[3]。

一澳大利亞煤層氣開采特征

澳大利亞早期煤層氣勘探以博文（Bowen）等中煤階含煤盆地為主要目標，隨著認識的不斷加深，勘探目標逐漸轉向蘇拉特（Surat）等低煤階盆地，并很快取得突破。Surat盆地成熟度和含氣量均較低（鏡質體反射率介于0.44%至0.56%），多為生物成因，侏羅系Walloon組煤層單層厚度薄，一般不足2米，但平均滲透率高。滲透率高的原因是該煤層中發育大量裂縫，背斜頂部在局部應力場作用下產生了多方向裂縫系統，而且多向裂縫恰好止于煤層頂底界面，對頂部蓋層沒有造成任何破壞。

澳大利亞煤層氣開采原則是一般先開發甜點區[4]。在開采初期，由于對煤田地質條件認識不足，認為有煤的地方就應該有煤層氣，所以在開發前期三維地震，壓力測試，構造特征以及斷層描述等工作沒有做深入研究，均采用多層合采，利用最簡單的裸眼完井方式。所以也默認煤層氣都是按典型產出模式排水-降壓-解吸-擴散-滲流-采氣。早期開發原則是盡可能早開井讓多數井先排水降壓，時間為幾個月到兩年不等。本文將以Surat盆地T氣田為例，針對澳大利亞煤層氣產氣機理做深入研究[5]。

二 T氣田煤層氣開發歷程

T氣田位于Surat盆地Walloon煤層，Walloon亞群兩大煤層組構造繼承性發展，斷層較少，向斜東北部構造較高，以至于地層逐漸消失，向斜西南部構造等高線逐漸下降，形成構造坳陷。Walloon煤層包含三層，從上到下依次是UJ、 LJ煤層組及TCM煤層組，煤層都較薄，連續性及測量展布較差，厚度變化大，埋深主要在200-750米；UJ 、LJ含氣飽和度在50-70%，TCM飽和度較低僅有20-30%，平面及縱向非均質性很嚴重；初始含氣量3-7方/天，隨著煤層深度的加深，LJ及TCM層含氣量相對比UJ高；滲透率普遍較高，平均滲透率1110毫達西，T氣田滲透率高達3達西。南部與其他作業公司的K氣田相鄰。

（一）T氣田氣田動態分析

從T氣田整體開發歷史看，該氣田2003-2005年陸續投產，整體排水期在2-4年，2007年正式投入開發，平均單井產氣0.97 MMcf/d，平均單井產能很高。

根據在產100余口井統計，平均單井累計產氣2.17Bcf，應用遞減曲線法預測，平均單井可采儲量為3.25Bcf，預測單井的生產期多為10年以上。經濟極限50Mcf/d。測壓結果分析：自從2013年以來，發現T氣田中部Condamine河一直有氣泡涌出，幾年內沒有查清原因。為此研究者對歷史DST測試數據進行統計，發現UJ層壓力隨深度幾乎保持不變，而只有相對較深的TCM層位壓力降的多。早些年認為UJ壓力維持不變是因為上部與砂巖層springbok水體相連補充能量導致壓力保持不變。而后利用動液面和套壓折算的井底壓力，縱觀整個T氣田的壓力分布來看，南部壓力降的比較多（200-300psi），而北部壓力反而上升。顯而易見，這種壓力上升的現象與煤層氣排水降壓的經典理論截然不符。究其原因，從T氣田構造看，東北部處于構造高部位，推測北部的氣來自南部低部位煤層脫附產生的自由氣運移過去的。為此，在2015年又鉆4口觀測井來獲取單層壓力，數據顯示上兩層UJ和LJ壓力幾乎保持不變，而TCM層卻保持一定的靜水壓力梯度。可見上面兩層壓力保持不變的原因就是從UJ和LJ空間內充斥著自由氣，此處的氣正是從下面運移過去的。從而推翻了高部位上部水體連接理論。

三 產氣機理的解釋

為此，需要重新認識煤層氣采氣產出機理，煤巖中的裂縫類型很多，如果沒有良好的蓋層，裂縫就會成為散失氣體的通道散失掉，甚至逃逸到地面。項目早期，大部分新井開井排水降壓一段時間后，然后進行關井處理，此舉動恰恰形成了一個良好的“蓋層”。所以對于一個關井系統來說，每口井及相鄰煤層是一個獨立的開放系統，氣水流度差異導致氣向上運移，水向下運移；由于TCM層含氣飽和度很低而且又與水體相連，所以靠壓力降脫附出來的氣很少，基本只產水；而LJ層不連續降壓較快，當壓力降到臨界脫附壓力以下很快脫氣，加之西南部低東北高構造特征，從相鄰氣田（南部K氣田）漂移過來一部分氣，所以此處生成的氣是LJ的脫附氣和自由氣運移的共同結果，氣體會繼續向上漂移，使得頂層UJ富集程度越來越高，導致壓力不降甚至升高，T氣田部分單井初產異常高的原因終于得到解釋。

四 結論與建議

1.對于T氣田來講，煤層氣開采特征與并不完全依照那種經典的降壓脫氣模式，缺乏一定的實踐驗證。上部層位UJ及LJ壓力保持平穩或者反而上升認為單井初期產氣高包括低部位南部相鄰的K氣田運移的自由氣和LJ脫附的氣。

2.有必要進一步研究富集氣的儲集機理，是斷層隔阻亦或是尖滅起到封堵作用。

3.有必要進一步進行分層測試，壓力與單層產出氣的關系，以及單層內脫附氣與自由氣比重需要進一步測量與研究。

4.Bowen盆地甜點區是否也有類似自由氣的運移值得研究。

參考文獻

[1]楊福忠，祝厚勤等.澳大利亞煤層氣地質特征及勘探技術

[2]謝治國， 馬勝利.澳大利亞煤層氣制LNG項目開發及其面臨的挑戰[天然氣與LNG]2010.07（48-56）

[3]李志華，李勝利，于興河.澳洲Bowen-Surat盆地煤層氣富集規律及主控因素[煤田地質與勘探]2014.12，29-30

[4]王磊.澳大利亞Surat盆地煤層氣特征.2015.06[內蒙古石油化工]，11-13

[5]煤層氣的開采機理研究.[巖性油氣藏]2011.08，9-11

[6]S. Scott，Revised geology and coal seam gas characteristics of theWalloon Subgroup –Surat Basin， Queensland PESA Eastern Australasian Basins Symposium II，Adelaide， 19–22 September， 2004