沁水盆地南部煤層氣評價試采井組的標定技術及應用

許立超 劉昌平 沈 健 孫澤軍 原紅超 王福勝

(中國石油與天然氣股份有限公司華北油田山西煤層氣勘探開發分公司，山西 048000)

1 概況

沁水盆地整體表現為大型復式向斜沉積盆地，構造較為簡單。盆地南部富煤層系主要為石炭-二疊系地層，其中石炭系15號煤層在全區分布較為穩定，厚度為1～8m，縱向上分為3層，分別為15-1、15-2和15-3，平面上分布上表現為西厚東薄，埋藏深度比3號煤層深400～1700m；二疊系3號煤層分布穩定，局部地區存在分叉現象，厚度在5～7m，表現為西薄東厚，埋藏深度300～1600m。

本區石炭-二疊系地層主要發育三大水文地質單元，一個是南部的樊莊水文地質單元，包括晉城-高平一帶，西部邊界是寺頭斷層；另一個是北部的長治水文地質單元，包括襄垣-屯留-長治-長子一帶，西部邊界為向斜軸部；第三個是西部安澤水文地質單元，包括安澤-馬必-鄭莊-陽城一帶，中邊界為向斜軸部。

煤巖含氣性在平面表現為，盆地邊緣含氣量低、盆地內部含氣量高；盆地南部含氣量高，北部含氣量低；內部高含氣區局部含氣兩低的特點。盆地邊緣含氣量低主要是由于地下水活躍，處于潛流區，對煤層甲烷沖洗而形成的；含氣量南高北低的特征主要受煤巖熱演化程度高低控制；盆地內部煤層含氣的不均一性主要是由構造活動引起的，在斷層附近煤巖含氣量降低，由于構造引起局部水動力環境改變而對煤層氣的保存受到影響。

2 評價階段試驗井組井位標定技術

煤層氣作為非常規能源，其勘探開發的技術與常規油氣有差別，主要表現在煤層氣的開采主要是通過排水降壓的手段來開采，由于煤層的滲透性很低，甲烷氣體解吸速度慢，從投產到達產的周期較長。為了驗證評價區煤層氣的可開采性和經濟產能，根據煤層氣井排采規律，面積降壓有利于擴大降壓漏斗，提高煤層氣解吸效率和提產產能的基本原理，在評價階段通過井組試采來驗證單井產量的可靠性，為后續的規模開發提供技術參數和技術借鑒。但是評價階段標定試采井組面臨資料少，地質認識深度有限，地質條件變化多的難題，如何做好試采井組的標定成為關鍵一環。

2.1 試采井組地質選區技術

評價階段要做好試采井組井位的標定難度較大，特別是評價初期階段，地質資料少，動態排采數據更是缺乏，面對這種情況，就需要對區域地質資料進行綜合分析，優選試驗區塊，然后在試驗區塊內，精細地質研究，確定井位標定的各項參數。

首先利用煤礦鉆孔和探井資料優化試驗層系。在煤層埋深較淺的區域，經常有煤礦勘查和開采區，借用煤礦勘查資料確定試驗層系，選擇煤層分布穩定、厚度較大、瓦斯含量較高的層系開展試采試驗；在沒有煤礦勘查和開采的區域，則要利用煤層氣探井資料來確定試采層系。在優選試采層系是，經常用到的地質資料主要包括鉆孔、構造研究、煤巖分析化驗、頂底板力學實驗、煤體結構結構、瓦斯含量測試、煤體結構、煤巖裂隙描述等。

其次利用區域地質資料搞清評價區煤層氣地質條件。對于一個新的評價區塊，要收集整理區域地質資料，包括區域地層鉆井資料、構造演化分析資料、熱演化生烴資料、沉積演化資料、煤層沉積環境分析資料、水文區域調查資料等，通過這些資料的分析整理，搞清楚評價區塊內煤層縱向發育特征，橫向分布特征，優選出分布較為穩定、厚度較大、含氣量高的煤層做為主要的勘探評價層系。同時，利用區域水文地質資料結合區內的探井資料，搞清瓦斯風化帶深度和平面分布范圍，對于評價選區具有重要意義。

2.2 試采井組標井位標定技術

首先利用煤礦鉆孔和探井資料優化試驗層系。在煤層埋深較淺的區域，經常有煤礦勘查和開采區，借用煤礦勘查資料確定試驗層系，選擇煤層分布穩定、厚度較大、瓦斯含量較高的層系開展試采試驗；在沒有煤礦勘查和開采的區域，則要利用煤層氣探井資料來確定試采層系。在優選試采層系是，經常用到的地質資料主要包括鉆孔、構造研究、煤巖分析化驗、頂底板力學實驗、煤體結構結構、瓦斯含量測試、煤體結構、煤巖裂隙描述等。

然后根據煤巖性質、地面條件、排采工藝確定井網、井距、井型。煤巖的裂隙發育程度、壓裂裂縫延伸距離、單井控制的儲量等參數決定了井網采用三角形、矩形還是梅花形；而井距越大，單井控制的地質儲量越大，煤層氣井開采年限越長，但是由于煤層的低滲透性，井距太大，壓裂裂縫延伸距離達不到兩井溝通的距離，造成中間部分資源無法開采，沁水盆地南部煤層壓裂半徑一般100～150m，因此，井距一般設定250～300m較為合適。結合地面條件和排采工藝進一步可以確定采用的井型，從節約土地資源，地面集約化管理的角度，采用叢式井開采較為有利，但是受排采工藝的限制，要考慮合理的井斜角度，目前，最大井斜角可達到45°。

最后再根據勘探評價資料和試驗目的確定試采井的鉆井參數。在具體井位井位標定時，主要考慮試驗目的層的深度、煤層厚度、煤巖裂隙發育程度和區域住裂縫的發育方向等參數。這些參數的確定需要根據二維地震資料、探井實鉆資料等確定。在叢式井鉆井地質設計時，需要根據井口位置和靶點坐標、井底坐標來確定鉆井軌跡和井斜角、井斜方位等鉆井參數。

3 試采井組應用效果

古1大井組位于沁水盆地南部東部斜坡帶，該區域煤礦勘查程度較高，資料較為豐富，隨后煤層氣勘探過程中又開展了二維地震勘探和資料井的鉆探，綜合分析這些資料，標定了古1大井組。

3.1 利用煤層氣勘探資料優選有利構造位置

二維地震勘探成果表明，評價區斷層和褶曲發育，構造較為復雜。經過比較，最終選定中部斷塊構造相對簡單，地層產狀較為平緩區域為試驗的有利區域(圖1)。

圖1 古1井組局部構造圖

3.2 井網、井距、井型、鉆井參數的確定

根據該區煤礦鉆孔瓦斯抽排是壓裂裂縫檢測結果，主裂縫發育方向為NNE向，井網設計采用正三角形；裂縫半長最大為150m，確定井距300m，排距260；地面條件較為開闊和平坦，井型采用直井(圖2)。根據煤礦鉆孔，該區域3號煤層埋深650～700m，其它煤層厚度較薄，不具備開采條件，因此確定主要試采層系為3號煤層，完鉆原則為鉆穿3號煤層，留足口袋完井。

圖2 三角形井網布置圖

3.3 試采效果分析

古1大井組投產19口井，排采20～30天開始產氣，單井日產氣量270～3385m3(圖3)，平均單井產量1100m3，單井產量變化較大，說明煤巖本身的非均質性較強，含氣不均衡。

圖3 古1井組綜合排采曲線圖