鄂尔多斯盆地东缘煤层气勘探开发历程与启示

鄂尔多斯盆地东缘煤层埋深变化较大,不同埋深的煤层气成藏特征及储层改造方式差别较大.目前煤层气勘探开发深度逐渐从1000 m以浅延伸到2000 m以深,为了研究不同埋深条件下煤层气资源高效勘探开发理论技术,系统梳理回顾了鄂尔多斯盆地东缘近30年的勘探开发实践,按照地质认识转变、技术发展、勘探工作量、勘探成果和产气量变化,...     

鄂尔多斯盆地东部深层煤层气成藏地质条件分析

       鄂尔多斯盆地东部目前的煤层气开发深度浅于1200 m,丰富的深部煤层气资源有待勘探开发。鉴于此,本文分析了 区内深部煤层赋存特征、热演化程度、煤层含气量及其分布规律。认为上古生界埋深的总体分布格局与两个向西凸出浅埋 带的叠加,可能导致煤层含气性和渗透性区域分布格局的进一步复杂化。发现上古生界煤阶区域分布格局与煤层埋深类似, 指示深成变质作用对区域煤阶分布起着主要控制作用。预测了深部煤层含气量的分布格局,认为煤层埋藏一旦超过临界深 度时煤层含气量随深度的加大反而有所降低。建立了自生自储、内生外储两类煤成气藏模式,认为吸附型煤层气藏与游离 型煤成气藏的共生为合采提供了丰厚的资源条件。     

煤储层水力压裂支撑剂的优选实验研究

针对我国600 m以深煤层气井采用石英砂支撑剂和活性水压裂液,难以取得商业化开发价值产气量的现状,运用FCES-100裂缝导流能力评价仪,分别测试了石英砂、陶粒和覆膜酸枣仁在不同闭合压力下的导流能力,统计了支撑剂的破碎率,并通过扫描电镜观测支撑剂的圆度和球度。实验结果表明:闭合压力小于15 MPa时,陶粒、石英砂和覆膜酸枣仁均有良好的导流能力;当闭合压力为15~25 MPa时,陶粒和覆膜酸枣仁的导流能力相对较高;当闭合压力大于25 MPa时,只有陶粒保持相对较高的导流能力。在煤层气井水力压裂设计时,可根据煤层埋深选择水力压裂支撑剂。若煤层埋深小于600 m,选用石英砂支撑剂;若煤层埋深介于600~1 000 m,采用木质支撑剂（覆膜酸枣仁）或陶粒;若煤层埋深大于1 000 m,建议用陶粒支撑剂。      

延川南区块深部煤层气U型分段压裂水平井地质适用性研究

深部煤层渗透性普遍较差,直井压裂开发单井产量低效果不甚理想,而U型水平井分段压裂开发煤层气技术已取得很好的效果。该项技术试验前必须进行适合该井型的地质评价。以鄂尔多斯盆地东缘延川南区块为例,首先分析影响水平井压裂产能的地质因素,主要为单井控制资源量、储层渗透性和煤层气解吸难易程度,其中单井控制资源量受含气量和煤层厚度影响,渗透性与煤层埋深、构造及煤体结构等有关,碎裂煤发育区渗透性相对好。而后假定吸附性能不变的前提下,利用数值模拟方法分别模拟了不同渗透率、含气量和煤层厚度条件下水平井压裂的产气情况,模拟结果表明水平井压裂后累计产气量与渗透率、含气量、煤层厚度正相关。最后在经济效益评价的基础上,查明适合水平井压裂的地质条件:渗透率>0.25×10–3μm2,含气量>12.3m3/t,煤层厚度>2.9m。该地质适用性评价标准在现场得到广泛应用,并收到了良好的开发效益。      

贵州煤层气储层特征及勘探开发技术对策——以比德—三塘盆地为例

合理的储层改造和排采工艺技术是煤层气勘探开发的关键环节。在剖析比德—三塘地区煤层气地质与储层特征基础上,总结贵州省煤层气地质特征为:煤层多、累计厚度大（20 m以上）、含气量高（一般大于15 m3/t）、资源丰度高（一般大于2亿m3/km2）、临储比高（一般0.8以上）;但断层多、煤层跨度大（300 m左右）、地应力高、渗透性低、含水性差。提出可捞式桥塞分段压裂、连续油管水力喷射射孔分段压裂、电缆射孔桥塞联作分段压裂、复配低伤害压裂液等工艺技术。采用递进排采技术,优化管柱结构,实施动态分析的精细化排采。      

渝东南地区超深层煤层气高效压裂技术及精细排采制度研究与实践

我国煤层气开发主要集中在中浅煤层,深部?超深部煤储层地质条件更加复杂,储层压裂改造技术及排采管控技术是影响深部煤层气井能否成功开发的两大关键。渝东南地区龙潭组煤层埋深可达2 000 m,且该区没有超深煤层气井开发经验可供借鉴。基于此,以渝东南地区NY1井为例,通过优化压裂工艺,以减阻水压裂液体系为基础,按照大排量、低砂比、段塞式、不同粒径复合加砂的技术思路完成该井的压裂施工;在排采过程中,采用分段控制、逐步降速、适时调整、无套压生产的方式,尽可能增加煤层气井见气前返排率,扩大供气半径,并且避免液面大幅波动形成速敏效应影响煤储层渗流通道。结果表明:NY1井压裂过程中施工压力平稳,未见砂堵现象,排采过程中保持了日产气量2 800~3 000 m3。根据生产实际,NY1井实现了高产和稳产,该井的压裂工艺和排采制度的成功实施,对超深煤层气井的理论研究和实际开发具有一定的指导意义。      

新疆深部煤层气资源勘探潜力

美国已取得深部煤层气的商业化开发,国内深部煤层气开发也显示出较好产气潜力,近年来,新疆煤层气勘查开发逐步向深部扩展。新疆埋深1 000~2 000 m煤层气资源量大,占总资源量的69.74%,深部煤层气勘查成果显著,昭示出广阔的勘探开发前景。从新疆煤炭火烧区分布广、煤层倾角大、低阶煤、低地温梯度、"三气"共采等方面探讨了新疆深部煤层气开发的必要性和有利条件,提出了要规模开发新疆深部煤层气急需要解决深部煤层气地质理论、储层改造技术、排采技术、"三气"共采等理论和开发技术难题。在深部煤层气地质理论和开发技术的不断探索和进步下,深部煤层气将成为未来新疆煤层气开发的重点领域。     

沁水盆地南部长治区块煤层气田的地应力特征

煤层气的生成、运移及富集等都与地应力的特征有直接的关系,掌握煤储层的应力特征对煤层气田的勘探和开发具有重要意义。基于沁水盆地南部长治区块煤层气开发区18口煤层气井的测井数据,利用带有残余构造应力的Anderson模型,分析垂向应力、最小及最大水平地应力的分布规律。结果表明:垂向应力基本上呈东西走向对称分布,东西部的应力大,中部应力小,数值在15.2~16.5 MPa之间;最小水平主应力自西向东呈现高→低→高→低的分布特点,数值在10.2~19.3 MPa之间;最大水平主应力也是自西向东呈现高→低→高→低的分布,数值在13.0~34.2 MPa之间。研究区东部所受埋深影响大于所受构造影响,而西部受到的构造影响大于其所受的埋深影响。研究区地应力分布规律与煤层气井的产气量存在高度相关性,研究成果可以为煤层气的勘探、开发和安全生产等方面提供参考。     

海拉尔盆地呼和湖凹陷煤层气资源潜力分析

利用钻井和地震资料,研究了呼和湖凹陷煤层的发育与分布情况,确定了煤层的热演化程度和气测异常等;结合煤层含气量参数,预测了凹陷内的煤层气资源前景。结果表明,呼和湖凹陷煤层气资源量约为7.43×1011 m3,远远超过了前人对整个东北区煤层气资源的评价。呼和湖凹陷大二段煤层埋深适中,是煤层气勘探开发有利层段;南二段煤层埋深多在2 000 m左右,但煤层气资源量最大,在以后的开发中应加强研究。通过与美国成功开发的含气盆地对比表明,呼和湖凹陷的煤层气潜力值得重视。      

鄂尔多斯盆地煤层气资源及开发潜力分析

鄂尔多斯盆地含石炭—二叠纪和侏罗纪两套含煤岩系,煤层发育,厚度大。石炭—二叠纪煤层煤级高,为气煤—无烟煤,含气量高,为2.46～23.25m3/t;侏罗纪煤层煤级低,以长焰煤为主,含气量低,为0.01～6.29m3/t。全盆地煤层气总资源量为107235.7×108m3,占全国煤层气总资源量的1/3,煤层气勘探开发潜力巨大。煤层气开发最有利区块包括鄂尔多斯东缘的河东煤田和陕北石炭—二叠纪煤田、鄂尔多斯南缘的渭北煤田,有利区块包括鄂尔多斯南部黄陇煤田、鄂尔多斯西部庆阳含煤区和灵武-盐池-韦州含煤区。可见煤层气最有利和有利区块主要沿盆缘分布。鄂尔多斯盆地东缘、渭北煤田、黄陇煤田是目前煤层气勘探的热点地区,勘探成果预示出良好的开发前景。     

鄂尔多斯盆地东缘深部(层)煤层气勘探开发理论技术难点与对策

我国深部(层)(以下均指埋深大于2 000 m)煤层气资源丰富,勘探开发潜力巨大。2019年以来,鄂尔多斯盆地东缘(鄂东缘)大宁–吉县区块逐步进入深部(层)煤层气“规模勘探+先导试验”阶段,直井日产气量突破2×104 m3,水平井日产气量突破10×104 m3,这一标志性成果既突破传统意义上煤层气勘探开发领域的深度禁区,使得煤层气总资源量有望在30.05×1012 m3基础上大幅度增加,又将成为“十四五”乃至长远煤层气产业实现规模发展的重点勘探开发方向。面对以地面传统钻井、压裂(储层改造)、排采(举升)、集输和数智化等为主体技术及开发方式的迫切需求,鄂东缘深部(层)煤层气面临许多基础理论和技术难点,包括:成藏机理和赋存规律,有利区优选方法;高产主控因素及控制机理,解吸–渗流机理与开发规律,“地质–工程一体化”开发甜点分类评价标准,关键开发指标确定方法和依据;低成本优快高效钻完井技术,水平井水泥环高效密封控制技术;煤岩缝网形成机理,低成本、高效、环保压裂入井材料,改造后缝网孔渗特征、流动规律;高盐、高水气比、出砂等工况下排采及举升控制技术;高效节能集输、规模开发所需复杂集输管网稳定运行理论与实践体系;数智气田建设和人工智能应用研究。在系统梳理上述难点基础上,针对性地提出勘探地质、开发地质、钻完井、压裂(储层改造)、排采(举升)、集输与数智化等理论与技术的研究方向和具体对策,这一成果不仅对加快鄂东缘深部(层)煤层气规模上产具有重要的指导意义,而且对国内外深部(层)煤层气规模开发具有很强的引领和示范作用,也可有力推动煤层气产业高质量发展、支撑实现国家碳达峰碳中和目标与保障清洁能源安全。      

延川南区块深层煤层气井产能主控因素

深层煤层气井产能高低及影响因素认识不清,制约了其商业化开发进程。对延川南万宝山构造带煤层气生产特征及产能情况进行了总结,从煤层气资源条件、煤层气解吸难易程度和渗流条件3个方面对产能影响因素进行了研究。结果表明,渗透率与含气量是影响产能的主要因素:渗透率大于0.3×10-3μm2和含气量高于15 m3/t是稳定产气量大于1 000 m3/d的前提条件。含气量主要受埋深和水动力条件影响,埋深越大,水动力条件越弱,含气量越高;渗透率主要受地应力、形变和裂缝发育情况控制,低地应力区和局部构造高点附近渗透率较高。根据渗透率与含气量将构造带划分为高渗高含气、高渗低含气、低渗高含气、低渗低含气4个区。其中,高渗高含气区产液量中等,产气能力高;高渗低含气区以异常高产液、低产气井为主;其他两区产液量和产气能力较低。      

延川南地区深部煤层气U型水平井压裂参数优化设计

鄂尔多斯盆地东缘煤层气田具有高储低渗的特点,为提高深部煤层气单井产量,基于区域构造特征、煤层厚度、含气量及水文地质特征,从优化U型水平井压裂参数的角度,对水平井及其压裂参数进行设计。通过数值模拟对影响水平井产量的水平段长度、压裂缝等主要因素进行研究。结果表明:不考虑摩阻情况下,煤层气产量随水平段长度增加而增加,当水平段超过800m后,由于阻力作用,水平段长度每增加100m,产气量降低10%;压裂缝条数和半缝长对产气量影响较大,最佳的压裂缝条数为4~5条,最佳半缝长为80~120m;裂缝间距和裂缝渗透率对煤层气产量影响不大。依据数值模拟的最优参数对该区煤层气井S1进行压裂,在相同条件下,煤层气产量比未压裂的S2井提高了10倍以上。      

大宁–吉县区块深层煤层气成藏特征及有利区评价

鄂尔多斯盆地东缘大宁–吉县区块下二叠统太原组埋深大于2 000 m的8号煤是国内首个千亿方级别的深层煤层气田,但是深层煤层气成藏特征尚不明确。综合应用地质、测试、生产资料,开展深层煤层气成藏特征及有利区评价2方面研究。结果表明:研究区深层煤储层全区发育、厚度大、热演化程度高、两期成藏及古热流体侵入,使其具备大量生烃的条件;深层煤储层裂隙、微孔广泛发育,储层具备吸附气和游离气共同赋存的条件;顶底板以灰岩及泥岩为主,封盖能力强,具备游离气保存条件;深层煤层气具有“广覆式生烃、高含气、高饱和、高压束缚游离气与吸附气共存”的赋存特征。建立了深层煤层气“地质–工程”双甜点识别指标体系12项,划分了3类工程–地质甜点区,其中,地质–工程Ⅰ类甜点区位于研究区的西北部,地质–工程Ⅱ类甜点区位于研究的中部,地质Ⅱ类–工程Ⅰ类甜点区位于研究东北部和南部;在地质–工程Ⅰ类甜点区内实施的JS-01井自喷生产,最高日产气9.4~9.7万m3,展现了良好的上产潜力。研究成果有效指导了深层煤层气先导试验区的优选及国内首个千亿方级别的深层煤层气田探明。      

鄂尔多斯盆地侏罗系低煤阶煤层气系统演化

低煤阶煤层气作为一种非常规天然气资源,具有良好的勘探开发前景。我国低煤阶煤层气资源丰富,进行低煤阶煤层气系统演化分析,对其富集成藏及开发具有重要的理论意义。鄂尔多斯盆地煤层甲烷的碳同位素δ13C₁为–33.1‰~–80.0‰,氢同位素δ_CH4为–235‰~–268‰。该盆地侏罗系煤层气藏主要有次生生物气与热成因气构成的混合型煤层气藏和热成因气藏两种类型。据构造热事件、煤层气组分及成因,结合不同阶段的煤层埋深、变质程度和生气特征等,将鄂尔多斯盆地侏罗系低煤阶煤层气系统演化划分为4个阶段:煤系浅埋–原生生物气阶段﹑煤系深埋–热成因气阶段﹑煤系抬升–吸附气逃逸散失阶段﹑煤系局部沉降–次生生物气补充阶段。其中,煤系深埋–热成因气阶段和局部沉降–次生生物气阶段是低煤阶煤层气资源的主要形成阶段。次生生物气的补充是鄂尔多斯盆地侏罗系低煤阶煤层气成功开发的重要气源。鄂尔多斯盆地侏罗系煤层气藏应属于单斜式富气成藏模式。      

鄂尔多斯块体新生代构造活动和动力学的讨论

鄂尔多斯块体除西南边界为挤压边界外,四周被共轭剪切拉张带所围限,东西和南北两侧分别为右旋和左旋剪切拉张带,全新世水平和垂直滑动速率分别达5mm/a和0.3~3mm/a。鄂尔多斯块体自始新世起从西南挤压边界两端开始发育,逐渐向远端发展,至上新世最后形成山西断陷盆地带。新生代以来块体不断缓慢上升,距今1.40Ma以来的隆起总量为160m.形变测量说明块体现代隆升速率为1~2.8mm/a,周缘断陷盆地带现代下降速率为-4~-5mm/a。块体内部莫霍面变化平缓,埋深40km~42km,上地幔高导层埋深123km~131km,它们在周缘断陷盆地带相对隆起,前者隆起幅度1.5km~6km,后者埋深仅70km~100km.6级以上地震均发生在块体周边活动构造带内,块体内部无6级以上地震发生,4~5级地震也很少。震源机制、地应力和断层滑动矢量测量等得到的主压应力方位为NE-NEE向,与控制块体周边活动构造的区域应力场一致,主要与青藏块体的NE向挤压作用相关,盆地地下深部物质上涌产生的垂直力也起着重要作用。所以,区域性水平应力场和深部物质运动产生的垂直力联合作用是本区新构造活动的动力条件。      

鄂尔多斯盆地上古生界深盆气藏流体动力学特征及成藏过程分析

鄂尔多斯盆地上古生界气田是一个在向西低角度倾斜背景下形成的深盆气田。在深盆气田的形成过程中,部分天然气伴随离心流漏失。天然气往储层上翘一侧有侧漏是深盆气藏的重要特征之一。在鄂尔多斯盆地,由于储层十分致密,地下水的流动补给十分缓慢,随着天然气的不断漏失,逐渐形成低压。另外,天然气的运移速度十分缓慢也有利于深盆气藏的保存。