貴州煤層氣地質特點與勘探開發對策分析

陳興祥，鄧 宇

（貴州天然氣能源投資股份有限公司，貴州貴陽 550081）

近些年貴州不斷提高煤氣層勘探開發的速度，在六盤水和畢節等地突破煤氣層工業發展，提高了煤氣層企業的經營信心，并且引起全國的關注。貴州煤層氣資源主要儲存在晚二疊系龍潭組和長興組，貴州煤層氣資源量居于全國第二。在“十三五”發展期間，貴州省政府提出“氣化貴州”的發展目標，明確貴州能源產業的重點是煤層氣，并且計劃在省內建設兩到三個煤氣層開發示范基地，因此需要客觀地認識貴州煤層氣地質特點，結合貴州煤層氣地質特征提出合適的煤層氣窺探開發技術。因此本文分析了貴州煤層氣地質特點，并且通過貴州煤層氣開發工程總結適合貴州煤層氣地質特點的勘探開發對策，指明貴州煤層氣開發工作的技術方向，為貴州煤層氣勘探開發提供參考依據。

1 貴州煤層氣地質條件特征

貴州煤層氣形成期在晚二疊世龍潭期，在我國南方地區，貴州煤層氣資源占據較大的優勢，在構造演化過程中經過多起發展，發生了強烈的分異，在沉積發展過程中發生了海陸交互和平面分異等，因此導致貴州煤層氣地質條件比較鮮明。通過了解貴州煤層氣的地質特點，可以制定出科學的勘探開發措施，同時可以提高貴州煤層氣勘探開發技術的針對性。

1.1 一弱

龍潭組含煤地層具有較差的富水性，地下水缺乏動力，整體流量比較少。煤礦床的補給水源通常是降雨，因此當地的水文地質條件非常簡單。通常是在碎屑巖地層中存在煤層。煤層和灰巖以及地表水之間具有相對隔水層。斷層帶和破碎帶具有較弱的富水性和導水性，無法形成水力聯系通道，煤層和地表水之間不存在水力聯系。這一特征是因為貴州煤層氣具有較高含氣量，如選用常規技術不利于開采貴州煤層氣。

1.2 兩多

貴州煤層氣具有較多的空氣構造類型和煤層層數。在后期改造工作的影響下，貴州煤層氣不斷被分割，形成多個獨立次級向斜單元。貴州煤層氣總體構造特征是向斜控氣。針對整個區域，貴州六盤水煤田主要類型是隔槽和隔擋式褶曲，斷層具有多樣性的性質，并且已經嚴重破壞現有的煤層結構。織納煤田的主要類型為短軸式褶曲，整體結構非常簡單，并且完好地保存煤層結構。上二疊一共具有8～58層的煤，其中可以開采的是1～24層，因為聚煤期大地構造背景存在制約作用，導致貴州煤層氣不同于其他地區的地質條件，因此需要提出新的思路和方法開發煤層氣。

1.3 三高

貴州煤層氣資源豐度比較高，具有較高的含氣量和地應力以及儲層壓力。煤層具有較高的含氣量和資源豐度，說明貴州煤層氣具有豐富的資源，儲層能量非常大，貴州煤層氣具有較高的儲層壓力和地應力，說明當地滲透率比較低，等效煤儲層處于欠壓的狀態。

1.4 四大

四大指的是貴州煤氣層資源量和煤級變化，以及煤層滲透性變化、地質條件垂向變化比較大，貴州地區煤層氣資源量非常高，在全國煤層氣資源總量中占據18%以上，占據華南地區總量的63%以上。貴州地區的主要煤炭資源為變質煙煤——高煤級煤，同時還產出肥煤——無煙煤等，整體煤級呈現帶狀分布，這是構造條件帶來的結果，含煤地層的地下流體缺乏交換，因此不同煤層群具有獨立的煤層氣系統。

2 貴州煤氣層開采工藝的適應性

2.1 連續油管壓裂工藝技術

當前在煤氣層開車帶過程中廣泛利用連續油管壓裂工藝技術，這項技術的成本比較低，同時具有較高的工作效率，排量非常大，并且具有較高的產量。連續油管壓裂工藝技術利用連續油管，注入支撐劑和壓裂液，對于儲層實施壓裂改造。

在煤層層數較多的煤層適合利用連續油管壓裂工藝技術，可以分層壓裂薄煤層的小井眼。貴州龍潭組煤層具有較弱的富水性，并且層次較多，煤炭埋藏比較淺，因此適合利用連續油管壓裂工藝技術。

2.2 水力壓裂工藝技術

水力壓裂工藝技術可以實現煤氣層增產目標，最經濟實用的方案是組合利用清潔壓裂液和活性水壓裂液以及石英砂。活性水壓裂液包括助排劑和氯化鉀以及清水，如果煤層氣處于背斜部位，在利用活性水壓裂施工過程中，需要合理設置施工參數，前置液量比較少，施工排量和砂比濃度都要較低，此外要利用較多的攜砂液量。如果煤氣處于向斜部位，并且煤儲層具有較高的滲透率，在施工中需要利用段賽技術。如果煤儲層具有較低的滲透率，需要利用中高砂比的施工方式。

壓裂用支撐劑具有較多的石英砂，石英砂的相對密度為2.65左右，體積密度在1.70g/cm3左右，整體價格非常低，同時具有較低的抗壓強度和硬度，因此適用于淺層中低層煤層壓裂工作，此外可以組合利用粗砂和中砂以及粉砂。

2.3 N2泡沫加砂壓裂工藝技術

在低壓和低滲的地層中適合利用N2泡沫加砂壓裂工藝技術，N2泡沫加砂壓裂工藝技術主要包括氮氣和液體以及表面活性劑等。N2泡沫加砂壓裂工藝技術利用誘生裂縫排液，不會破壞儲層。在施工中利用的液量比較少，不會引發煤層污染問題。N2泡沫加砂壓裂工藝技術的濾失比較小，比較容易制造長而寬的裂縫。此外具有很強的攜砂和懸砂能力。煤層氣具有較快的解吸速度。但是N2泡沫加砂壓裂工藝技術具有較高的成本，要求地層溫度在31℃以上，同時很難控制泡沫質量。因為貴州織納煤田部分向斜煤層，因為地層溫度在40℃以上，因此適合利用N2泡沫加砂壓裂工藝技術。

2.4 叢式井壓裂工藝技術

叢式井井身結構包括4口井，需要結合井網部署方式，控制靶心偏移距離在150～170m，在目的層形成井網。為了保障泵工作正常性，需要控制井斜角在250°以內。開發叢式井的過程中主要是利用煤層壓裂技術和空氣鉆井技術。在投產叢式井之前，需要經過壓裂工序，根據工作要求控制壓裂液的規模和加砂量。織納煤田中南部保存完好的煤層原生態結構，同時具有復雜的地貌，地形被嚴重切割，同時具有較大的高差，因此有利于利用叢式井壓裂工藝技術，可以滿足地質條件需求。

3 貴州煤層氣勘探開發戰略

在我國煤層氣產業發展過程中，貴州省占據重要地位。為了更好地勘探開發貴州煤層氣，需要加強煤氣層開發，降低煤礦瓦斯事故發生率，需要結合貴州煤層氣地質條件制定科學的勘探開發方案。

3.1 明確貴州煤層氣資源潛力

首先需要選用先進的評價方法，提取勘探資料中有關貴州煤層氣的地質信息，明確貴州煤層氣資源的數量和質量等，從而可以客觀地評價貴州煤層氣資源特性。其次需要分析貴州煤層氣含氣性和滲透性等，確定貴州煤層氣的關鍵地質控制因素，根據成藏效應精細的預測煤層氣富集高滲地帶，從而確定貴州煤層氣的勘探方向。最后需要評價貴州煤層氣的可采性，結合構造應力場和地下水動力場以及煤層巖石力學性質等方面，明確貴州煤層氣的開發地質條件，從而可以合理選配貴州煤層氣開發工藝技術。

3.2 各種煤層氣開發技術的適應性

我國不斷引進國外先進的煤層氣開發技術，但是應用效果存在較大的差異性，因此需要分析貴州煤層氣開發技術的適應性。首先需要考慮先進技術是否適合貴州煤層氣地質條件，其次需要考慮技術是否可以滿足貴州煤層氣資源開發需求。為了有效開發貴州煤層氣資源，需要加強自主研發合適的技術。因此分析開發技術的適應性，不僅需要結合貴州煤層氣結構的特征，還要結合貴州省特殊地質條件，結合區塊煤層氣地質條件，總結前期煤層氣勘探開發實驗經驗，對比分析不同技術的開發勘探效果，從而制定適合貴州煤層氣的技術方案。

3.3 合理制定貴州煤層氣資源勘探開發的戰略規劃

根據貴州省全省的能源結構，統籌規劃貴州煤層氣勘探方向和開發模式等。分類分級貴州煤層氣地質選區。根據貴州煤層氣地面開發情況，綜合分析經濟性和技術性等因素，確定煤氣層分期勘探的方向。結合技術適應性分析結果和地質選取結果，參考資源開發經驗，建立貴州針對性的煤層氣開發模式，明確貴州煤層氣開發步驟，結合資源分布情況，制定貴州煤層氣利用方案。

結合貴州工作成果，因為織納煤田整體地質條件比其他地區要好一些，可以開發為基地，因此可以將其作為貴州煤層氣勘探開發的主要發展區域。在貴州煤層氣開發過程中可以借鑒晉城開發模式，結合利用礦井長鉆孔順層密集抽采和圍繞東區域地面規模性預抽采方式，在開采區域利用地面直井和叢式井組，保障煤層氣綜合集輸效果。六盤水煤田可以利用淮南模式，利用遠距離保護層采動卸壓，利用礦井瓦斯抽采方式，結合地面抽采技術，有效抽采采動區煤層氣。利用上述實踐，可以分析不同煤層氣開采技術的適應性，總結適合貴州省條件的開發模式。

3.4 判斷地質條件的適應性

近些年相關部門致力于引進煤層氣挖掘措施。但是很多地塊的煤層氣綜合挖掘效果并不理想，這是因為當地地質要素不適合全方位的開發煤層氣，為了改變工作現狀，相關部門需要關注當地地質的適應性，根據地質要素制定針對性的開發規劃。同時需要在全省角度擬定煤層氣的勘探規劃，符合煤層氣的開發目標。此外需要結合地質選取，擬定響應的開發模式和勘探煤層氣方向，確定煤層氣相應的開發步驟，結合綜合分布特征優化貴州煤層氣開發效果。

4 結束語

貴州煤層氣地質條件非常復雜，勘探開發起步較晚，很多地質資料來源于煤礦地質鉆孔分析，未開展大面積的二維或三維地震勘探，地質資料分析有待進一步加深。另外，貴州煤層氣勘探受阻于礦權劃分，目前主要是省內烏江能源集團，盤江煤電集團在做煤層氣勘探，雖然中石化在畢節織金做了一些勘探，但整體勘探進展有限，國內主要煤層氣勘探企業仍無法參與貴州煤層氣勘探開發工作，導致貴州煤層氣整體勘探進度緩慢。貴州未來煤層氣勘探開發需要制定科學的開發戰略方案，需要走捷徑路線。必須結合貴州煤層氣地質特征，充分利用國內成熟的鉆完井技術、儲層壓裂改造技術、智能排采技術等，優選開發技術路徑，破除礦權壁壘，引進優質企業形成良性競爭，形成產業規模，為 “氣化貴州”“綠色貴州”助力。