大佛寺区块煤层气勘探开发现状及建议

陈 龙 徐建民 张 河 马 壮 许 聪 赵世亮

(1. 陕西省煤层气开发利用有限公司，陕西 710119；2. 陕西省煤层气工程技术研究中心，陕西 710119；3. 陕西新泰能源有限公司，陕西 710119)

大佛寺井田煤层气开发始于2009年，为探索适合大佛寺井田的地面煤层气开发方式，陕西省煤层气开发利用有限公司分别尝试了垂直井、多分支水平井、“L”型水平井、“U”型水平井和“V”型水平井等井型，目前已建成煤成气井40口，并获得商业气流，产气效果良好。

1 研究区地层及水文地质特征

1.1 研究区地层

大佛寺井田位于陕西省黄陇侏罗纪煤田西部，地层由老至新依次出露有中三叠统铜川组(T2t)，上三叠统胡家村组(T3f)，下侏罗统富县组(J1f)，中侏罗统延安组(J2y)、直罗组(J2z)和安定组(J2a)，下白垩统宜君组(K1y)、洛河组(K1l)和环河—华池组(K1h)，地表覆盖新近系(N)和第四系(Q)。

图2 大佛寺井田4号煤层厚度分布图

研究区含煤地层为侏罗系中统延安组，煤层气开发的主力煤层为4号煤。

1.2 研究区水文地质特征

研究区水文地质条件总体简单，含煤地层和煤层富水性较弱。延安组煤系含水层与其他含水层之间无明显水力联系，有利于煤层气的保存。4号煤层下部一般无含水层。区内主要含水层为白垩系洛河组含水层，该含水层组厚度大，富水性与渗透性相对较好但变化较大，离主采煤层距离相对较远。煤层位于当地侵蚀基准面以下，地表水与地下水的水力联系微弱，且煤层顶、底板较为稳定，隔水性好，对煤层气的保存较为有利。良好的地质背景为煤层气抽采提供了非常有利的条件。

2 研究区构造

大佛寺井田位于彬长矿区南部路家小灵台背斜与彬县背斜之间，主要构造为师家店向斜、祁家背斜以及安化向斜的南翼，地层倾角平缓，一般3°～5°，最大17°～21°。采掘过程及地面地震勘探发现断层数条，断层落差以5m以下为主，构造总体较为简单，如图1所示。

图1 大佛寺井田构造示意图

3 煤储层特征与含气性特征

3.1 煤层展布特征

研究区延安组共含煤6层，自上而下依次编号为3-1、3-2、4上-1、4上-2、4上、4号煤。其中：上段含3-1、3-2煤两层，中段含4上-1、4上-2、4上煤三层，下段含4号煤一层。3-1、3-2煤不可采，4上-1、4上-2、4上为局部可采煤层，4号煤为主采煤层，厚度0～19.23m，平均可达11.65m，厚度大，横向分布稳定。煤层结构简单完整，一般含夹矸0～2层。平面上表现为：东部煤层厚度大，向西厚度减薄；南北方向表现为师家店向斜轴部区域煤层厚度大，向南向北煤层厚度减薄(图2)。

3.2 煤层埋深

4号煤平面上展布稳定，连续分布，受褶皱构造影响，底板起伏变化较大。标高变化在410～800m间，多为400～700m间，东南部标高最高，一般为700m左右，祁家背斜控制区煤层底板标高相对较高，安化向斜与师家店向斜区煤层底板标高较低，尤其是安化向斜的北翼，煤层底板标高为全区最低(图3)。

图3 大佛寺井田4号煤层底板埋深图

4号煤总体埋深在800m以浅，祁家背斜分布区煤层埋深小于500m，师家店向斜区域煤层相对较深，总体表现为由东部向西部逐渐加深的趋势。

3.3 储层物性特征

3.3.1 储层孔隙特征

研究区暂时缺少各主力煤层相关孔隙特征的研究成果。据煤样测试结果，煤岩总孔隙度都在10%以下，4号煤的总孔隙度平均为5.06%，具体见表1。

表1 大佛寺井田4号煤孔隙度数据

3.3.2 储层渗透性特征

大佛寺井田生产井试井测得的4号煤渗透率为3.0～6.0mD。国内煤层气开发区块中，煤的变质程度基本都达到了高煤阶或中高煤阶，渗透率相对较高的当属沁水盆地潘庄区块，其中PZC02、PZC03、TL-006、TL-007井3号煤层实测渗透率分别为：1.9、0.8、0.61、2.0mD，煤层渗透率总体上在0.5～2.0mD之间(刘升贵等，2013)。因此，相比之下大佛寺井田4号煤储层渗透率相对较高，为煤层气解吸提供了良好的天然通道。

3.3.3 煤储层压力

煤储层压力直接决定着煤对甲烷等气体的吸附和煤层瓦斯的解吸能力及程度，是影响煤层瓦斯抽采的重要参数。据研究区煤层气参数井数据显示，4号煤层埋深为400～900m，储层压力为2.43～3.20MPa，平均2.81MPa，压力梯度为0.45～0.53MPa/100m，平均0.49MPa/100m。区内各煤储层压力梯度小于静水压力梯度，为低压异常状态。各煤层储层压力与埋深呈较好的正相关关系，即储层压力随着埋深增加逐渐增大。

3.3.4 4号煤层透气性系数

煤层透气性系数反映瓦斯沿煤层流通的难易程度，是表征煤层渗透性的主要指标之一。对4号煤层井下施工钻孔进行了透气性测试，4号煤透气性系数相对较高为2.216～5.340m2/MPa2·d。

3.4 煤层含气性特征

根据煤田钻孔数据及煤层气井取心测试资料，区内4号煤层的含气量相对其他区块较低，在0～6.29m3/t之间(解吸气量)，含气量值分布范围较大，区域分布规律明显。东部含气量较高，向西煤层含气量值较低，含气量高值区相对应的煤层厚度也较大(图4)。

图4 大佛寺井田4号煤层含气量等值线图

从地面煤层气参数井含气量测试成果来看，区内6口参数井测试的煤层气含量为0.73～3.65m3/t，与勘探时期测试的气含量分布较为一致，但含气量数值差距较大，总体偏小，气含量分布的不均一性明显，总体呈现东高西低的特点(表2)。

表2 地面煤层气井气含量测试结果统计表

4 研究区煤层气勘探开发现状

2009年至今，已在大佛寺井田建成地面煤层气抽采井40口，其中水平井12口，直井28口，主要分布在井田的北部、中部和东部区域。

图5 直井DFS-XX1井排采曲线

图6 多分支水平井DFS-XX2井排采曲线

目前，大佛寺井田煤层气日产量达5万m3，累计产量逾5500万m3，其中，直井DFS-XX1和多分支水平井DFS-XX2日产气量分别突破2000m3和30000m3(图5、6)，创全国为数不多的煤层气高产井记录，展现了良好的开发前景；同时配套建成了日处理能力5万m3的压缩提纯站一座，共压缩提纯煤层气1000万余m3，并全部通过集输管网销售。从研究区煤层气井排采数据来看(选取研究区内各个区域煤层气井排采数据)，多分支水平井为研究区最有利的煤层气抽采井型，而直井产气效果相对一般(表3)。

表3 大佛寺井田煤层气井排采数据

大佛寺井田煤层气勘探开发项目推进过程中虽取得了一定突破，但仍存在一些问题，如研究区参数井数量少，不能全面掌握煤层气产量主控因素和赋存规律，且未优化煤层气抽采井型做到科学合理的井位部署，需进一步分析研究并确定下一步开发思路。

5 相关建议

针对大佛寺井田煤层气开发现状，参考行业内先进做法和经验，在煤层气资源勘探开发工作中应重点做好以下几方面工作：

(1)研究区煤储层含气量分布不均匀，储层含气量、含气饱和度、临储比等主控因素尚未查清，应进一步加强对井田小构造、含气量、渗透率和水文地质条件等参数的勘探和分析，查清影响井田煤层气产量主控因素和赋存规律，为进一步做好该区域煤层气地面开发提供翔实的资料。

(2)研究区煤层具有非均质性，其煤层气地质条件、煤储层特征存在差异性，造成不同地质条件和煤储层特征的煤层气井产气效果存在差异，实际井位部署中应增加参数井的数量，便于及时分析研究局部煤储层相关参数，为部署生产井提供依据，减少布井的盲目性和风险。

(3)水平井为研究区最有利的煤成气抽采井型，建议后续开发过程中以水平井为主、在地形条件复杂的煤层气资源富集区辅以直井或定向井进行开发。

(4)建议在大佛寺井田实施井下、地面一体化煤层气立体抽采模式，最大限度地降低煤层瓦斯含量和矿井瓦斯涌出量，做到先抽后采，从源头上解决矿井瓦斯问题，保障矿井安全生产，同时获取煤层气开发的资源及经济效益。

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