贵州煤层气勘探开发技术研究

戴 林，原晓珠，夏志刚

（1.贵州省煤田地质局地质勘察研究院，贵州贵阳550009；2.安徽省煤田地质局勘查研究院，安徽合肥230000）

贵州煤层气勘探开发技术研究

戴 林*1，原晓珠1，夏志刚2

（1.贵州省煤田地质局地质勘察研究院，贵州贵阳550009；2.安徽省煤田地质局勘查研究院，安徽合肥230000）

贵州省煤层气的分布与煤矿分布一致，以六盘水煤田最丰富，次为织纳煤田与黔北煤田。在分析了贵州省“一弱、两多、三高、四大”的煤层气地质条件特点以及煤层气开发利用情况后，对贵州省有针对性的煤层气开发技术进行了适应性分析。

资源量；煤层气地质条件；压裂工艺技术

贵州省素来以“西南煤海”而著称，煤炭资源十分丰富，以烟煤和无烟煤为主，煤种较全，煤质优良，在煤层中蕴藏有大量的煤层气[7]。据全国第三次煤田预测资料，贵州省预测1000m以浅的煤炭资源量为1618.25×108t，2000m以浅煤炭的资源量是2436×108t。贵州煤田地质局提交了全省埋深2000m以浅、含气量大于4m3/t可采煤层中的煤层气地质资源量31511.59× 108m3，平均可抽放率40.93%，其中1500m以浅的资源量达到了23000×108m3。贵州全省可以划分7个含煤区：毕威煤田、黔北煤田、黔东南煤田、织纳煤田、六盘水煤田、贵阳煤田、黔南煤田。煤层气分布与煤矿分布基本上是一致的，而且相对集中在西部，以六盘水煤田最为丰富，其次是织纳煤田与黔北煤田[6]。

1 贵州煤层气地质条件特点

贵州省的含煤地层多形成于晚二叠统龙潭组和长兴组。总体来看，贵州省具有“一弱、两多、三高、四大”的煤层气地质条件特点[1,5]。

（1）“一弱”是含煤地层及其所赋存的碎屑岩地层富水性比较弱,主要依靠大气降雨渗透进煤层裂隙中。各大煤层与覆盖其上的第四系孔隙水和老窑积水有直接的水力联系，而与地表水和强含水层并没有直接的水力联系。

（2）“两多”表现为煤层层数多和控气构造类型多。聚煤期后,由于强烈的改造作用，贵州省内的煤层被分割赋存于许多独立的次级向斜单元。贵州省煤层气富集总体上具有向斜控气的构造特征[1-2]。

（3）“三高”是指煤层资源丰度、含气量、地应力和储层压力均相对较高。煤层含气量高和资源丰度高说明贵州省煤层气资源丰富和储层能量大，而储层压力和地应力较高则揭示了渗透率区域性偏低，等效煤储层压力多以欠压状态为主。

（4）“四大”包括煤层气资源量大、煤级变化大、煤层渗透性变化大以及地质条件垂向变化大。全省含气量大于4m3/t、埋深小于2000m可采煤层中煤层气资源量3.15×1012m3，占全国同一评价标准下煤层气资源总量的18.27%，华南地区总量的63.44%[3]。贵州境内以中变质烟煤—高煤级煤为主，肥煤—无烟煤均有产出，煤级成带状分布[2]。由于沉积—水文—构造条件耦合控气作用的结果，含煤地层的地下流体在不同主煤层之间总体上缺乏交换，不同煤层群之间的煤层气系统相对独立，形成了“多层叠置独立含煤层气系统”[4]。

2 贵州煤层气可开发利用现状

根据省内外煤层气资源开发情况，煤层气具有商业开发价值须具备以下5个方面和条件：①矿区面积200～500km2以上。②煤层厚度大于5m，且连续性良好。③含气量大于8m3/t。④1500m以浅地段的煤层气资源量不得小于（100～500）×108m3。⑤气产地距离用户小于100km。

根据以上5个条件，贵州省适宜近期开发的靶区有：格木底向斜、大河边向斜、土地垭向斜、黔西向斜、土城向斜、青山向斜和盘关向斜。这些矿区目前的基本情况如下：盘关向斜已经成为六盘水煤田重点生产和建设地区；土城向斜已建成土城矿，已经开工建成松河矿；青山向斜糯东、泥堡井田近期将开工建设，响水井田已开工建设，马依东、马依西矿已列入规划；格目底向斜资源条件很好，近期在建玉舍矿井；黔西向斜建造有青龙矿、高山矿和桂箐矿，准备建矿井有杨柳矿、磨盘山矿、新田矿和官寨矿；织金矿区已列入开发规划。目前贵州省在靶区安排了少量参数井，获取与煤层气开发有关的参数资料，进一步进行商业性开发性试验。

3 贵州煤层气开采工艺技术的适应性分析

贵州省内各大煤田地质条件复杂，有着自己独有的煤层气地质条件特点，客观地认识这些特点有利于我们选择有针对性的特色开采工艺技术进行勘探开发。

3.1 连续油管压裂工艺技术

连续油管压裂技术是应用比较广泛的一项常规技术，加拿大许多油气开发公司都拥有这一技术，其特点是成本低、效率高、排量大和产量高。它利用连续油管实现环空注入或油管注入支撑剂和压裂液对储层进行压裂改造的一项工艺技术[11,13]。

连续油管压裂技术主要应用于煤层层数多且埋深较浅的煤层，可以进行薄煤层的分层压裂和小井眼压裂。针对贵州龙潭组煤层富水性弱、层数多、埋藏相对较浅、煤层气资源丰富、渗透率区域性偏低等特点，我们可尝试采用连续油管压裂技术进行煤层气地面开发。连续油管压裂工艺技术普遍适合于六盘水煤田以及织纳煤田煤层气的勘探开发。

3.2 水力压裂工艺技术

水力压裂工艺技术是普遍应用的煤层气增产技术手段之一，现场施工数据得出：清洁压裂液和活性水压裂液加石英砂的组合是最实用最经济的，而应用普遍的是活性水压裂液+石英砂。

活性水压裂液基本组成是：0.2%助排剂、2.0%氯化钾和清水。通过分析现场施工数据得出：当煤层气储藏于背斜部位和翼部陡峭部位时，应用活性水压裂施工时，应该采用的施工工艺参数为前置液量少、低施工排量、低砂比浓度和携砂液量多。当煤气储藏于向斜部位和翼部宽缓部位时，当煤储层渗透率比较高时，多采用段塞技术和以中低砂比为主进行施工；煤储层渗透率比较低时，多以施工排量大和中高砂比为主的施工方式[9-10]。中石油山西煤层气勘探开发分公司在沁水地区选用活性水压裂液对煤层气井进行了水力压裂试验，在沁水煤层气田樊庄一区块共压裂了104口煤层气井，施工的成功率达到了57.7%，平均砂比也在15%左右，最高单层加砂量达到了40m3。

压裂用支撑剂一般选用石英砂比较多。石英砂的相对密度约为2.65，体积密度为1.70g/cm3，能承受的压力为20～34MPa，孔隙度在30%到38%之间，价格比较便宜，且抗压强度和硬度比较低。它特别适用于浅层或中深层、温度低、闭合压力低的煤层压裂，应用较多的为16～30目的粗砂、20～40目的中砂和40～70目的粉砂，以及它们的组合。

3.3 N2泡沫加砂压裂工艺技术

N2泡沫压裂液特别适用于低压、低渗和水敏性地层的压裂增产。它主要由50%～70%氮气、液体和表面活性剂组成，属于非牛顿液体。

N2泡沫压裂液的优点如下：通过诱生裂缝排液而不会伤害储层；施工中用液量少，煤层污染比较小；滤失小，造长而宽的裂缝比较容易；携砂和悬砂能力很强；煤层气解吸速度较快。缺点是成本高、要求地层温高于31.04℃和泡沫质量难以控制。织纳煤田部分向斜煤层的地层温度高于40℃，可能利于N2泡沫加砂压裂。

3.4 丛式井压裂工艺技术

丛式井井身结构一般由2～4口井组成，造斜的方向一定要考虑井网的部署，同时靶心偏移距保持在150～170m，以使目的层形成约300m×300m的井网，为了保证泵的正常工作，其最大的井斜角不能超过250o（图1）。

图1 丛式井立体结构示意图

丛式井开发[7-8]最关键的技术是：煤层压裂技术和保护煤层的空气钻井技术。丛式井投产前必须经过压裂这一程序，一般采用清水加砂压裂，少数井采用活性水加砂压裂，压裂液的规模一般在400～600m3，加砂量28～45m3，平均砂比达到13%～20%。沁水煤层气田目前投入压裂排采的丛式井大约有400口，潘河和寺河井区的排采时间最长，已经实现面积降压和部分井的井间干扰，进入了正常排气阶段。织纳煤田中南部和西北部的煤层原生结构保存非常完好，且地貌复杂，地形切割严重，高差较大，具有丛式井成井压裂开采的有利地质条件和地形需求。

4 小结

在系统研究了贵州省内外煤层气现状的基础上，综合了贵州省独有的煤层气地质条件特点以及煤层气开发利用的情况，对贵州省有针对性的煤层气开发技术进行了适应性分析。贵州省内各大煤田的煤层层数多、薄且较浅，连续油管压裂工艺技术适合小井眼压裂和薄煤层的分层压裂，普遍适合于省内大多数煤田的煤层气勘探开发。水力压裂工艺技术应用较多的压裂液是活性水压裂液和清洁压裂液，而活性水压裂工艺技术特别适合于贵州省煤层气总体上为向斜控气的构造特征的勘探开发。织纳煤田部分向斜煤层的温度高于40℃，可能有利于进行N2泡沫加砂压裂。织纳煤田中南部和西北部的煤层原生结构保存非常完好，且地貌复杂，地形切割严重，高差较大，具有丛式井压裂技术开发的有利地质条件和地形需求。

[1]高弟,秦勇,易同生.论贵州煤层气地质特点与勘探开发战略[J].中国煤炭地质,2009,21(3):1674-1803.

[2]徐彬彬,何明德.贵州煤田地质[M].江苏徐州:中国矿业大学出版社,2001.

[3]叶建平,秦勇,林大扬.中国煤层气资源[M].江苏徐州:中国矿业大学出版社,1999.

[4]秦勇,熊孟辉,易同生，等.论多层叠置独立含煤层气系统[J].地质论评,2008,54(1):65-70.

[5]黄培.贵州省煤层气地质条件及开发利用现状[J].煤矿环保, 2011,17(5):104-105.

[6]王忠奎,罗泽卫.贵州省煤层气抽采及综合利用模式分析[J].中国煤层气,2011,8(2):43-45.

[7]王一兵,孙平,鲜保安.沁水煤层气田开发技术及应用效果[J].天然气工业，2008，28(3)：90-92.

[8]王建中.高能气体压裂技术在云南恩洪盆地煤层气开发中的试验应用[J].中国煤层气，2010(5).

[9]丛连铸.煤层气井用高效低伤害压裂液研究[D].北京:中国地质大学，2002.

[10]张怀文，程维恒.煤层气开采工艺技术[J].新疆石油科技，2010，20(4):33-45.

[11]Olejniczak S J，Wwaren J A.Dhastead C C Fracturing Bypassed Pay in Tubingless Completions SPE56467，2001.

[12]Gilbert J，Green street C.Applications of Pinpoint Fracturing in the Cooper Basin，Australia，SPE97004，2004.

[13]郭启文，韩炜，张文勇，等.煤矿井下水力压裂增透抽采机理及应用研究[J].煤炭科学技术，2011，39(12):60-64.

表2 矿坑涌水量汇总表

5 结束语

（1）在实际工作中，预测矿坑涌水量的方法有很多，但要保证矿坑涌水量预测的精度，关键在于查明矿坑充水因素，查明矿区水文地质边界条件，获得具代表性的水文地质参数，建立符合客观实际的水文地质概念模型，选择合理的计算方法，建立与水文地质模型相符的数学模型，而不能盲目地套用计算公式。

（2）采用比拟法来预测新建矿坑涌水量，对比采用解析法预测矿坑涌水量，具有很好的参考价值。

参考文献：

[1]中国地质调查局.水文地质手册[M].2版.地质出版社，2012.

[2]常士骠，张苏民，等.工程手册[M].4版.中国建筑工业出版社, 2007.

TE32

A

1004-5716(2015)03-0142-03

2014-03-25

2014-04-21

戴林（1985-），男（汉族），湖北黄冈人，助理工程师，现从事煤田地质工作。