新疆煤层气大规模高效勘探开发关键技术领域研究进展与突破方向

新疆煤层气资源量7.5万亿m^(3)(2000 m以浅),已施工煤层气井450口,年产气量达到0.8亿m^(3),新疆维吾尔自治区提出了2025年实现煤层气产量25亿m^(3)的目标,煤层气大规模高效开发成为紧迫的重大需求。从煤层气富集模式与选区技术、“甜点”预测探测技术、加速滚动开发与快速增储上产策略、地质适配性开发技术、煤层气与煤炭、油气协同开发技术5个关键技术领域,系统梳理了新疆煤层气勘探开发已取得的主要研究进展,分析提出了可能突破方向。研究表明:新疆煤储层具有多-厚煤层普遍、低阶煤发育、急倾斜煤层多见、煤体变形与构造控制显著、水文条件和露头条件复杂,和三“低”(含气量低、甲烷体积分数低、含气饱和度低)五“高”(高含气强度、高孔隙度、高地应力变化、高储层压力变化、高渗透率变化)的含气性及物性等煤层气地质独特性;煤层气成因与富集模式具有多样性,包括生物成因气、热成因气或生物-热复合成因及其相应富集模式,生物成因气藏或生物成因气贡献普遍;煤层气分布赋存规律呈现前陆盆地、山间盆地显著差异性;创新形成基于“两”分开(浅部与深部,低阶煤与中高阶煤)“两”结合(地质评价与工程评价,多元数据)的科学评价与基于“机器学习+三维地质建模”的精准选区技术是第1个突破方向。深部煤层气/煤系气“甜点”发育区域主要为盆内坳陷的凸起、盆内隆起的凹陷、盆缘斜坡,高产井位多为构造高点,发育层位为割理裂隙发育的原生结构煤层或孔裂隙发育的煤系砂砾岩储层;基于“地球物理+岩石物理+岩石力学地层新方法”和“地质甜点+工程甜点新理念”的深部煤层气/煤系气“甜点”预测探测技术是第2个突破方向。低风险、短周期、高效率、多批次工程部署是加速滚动开发的基本原则;中浅部煤层气快速增储上产技术策略是在优选新区块布井建井、对老区块煤层气井进行增产改造;深部煤层气快速增储上产技术策略是在大型盆地缓坡深部和盆内凸起“甜点”区优先部署开发;科学加速滚动开发与高效快速增储上产的工程部署方法与技术策略是第3个突破方向。在井网井型差异性优化部署、低储层伤害钻井固井、高可靠性录井测井试井、多井型高效分段压裂、低套压-控压排采管控等工程技术取得重要进展;发展构建新疆煤层气大规模高效勘探开发地质适配性技术体系是第4个突破方向。开展先采气后采煤、煤层气与煤共采、煤层气与原位富油煤共采,推动中浅部煤层气与煤炭协同勘探开发;开展煤系叠合型气藏开发、煤层气与煤系气共探共采、煤系全油气系统勘探开发,推动深部煤层气与油气协同勘探开发,已有关注和探索;煤层气与煤、油气共探共采是第5个突破方向。成果试图为新疆煤层气大规模高效勘探开发提供技术支持和工程决策参考。

鄂尔多斯盆地煤层(岩)气勘探开发进展及发展方向

鄂尔多斯盆地历经30余年的不断探索,已在盆地东缘形成了超千亿立方米探明储量规模的浅层煤层气产业基地,并于2019年后逐步实现了盆地深层煤岩气勘探开发重大突破。为了进一步推动盆地深层煤岩气规模效益开发,在系统梳理盆地煤层(岩)气勘探开发历程和开发地质特征的基础上,总结了盆地煤层(岩)气勘探开发取得的主要成果和形成的关键勘探开发技术,提出了煤层(岩)气勘探开发的理论与技术发展方向。研究结果表明:①盆地主体经历了勘探开发探索(1991-2002年)、典型区带勘探开发突破(2003-2008年)、浅-中层煤层气规模勘探开发(2009-2018年)和深层煤岩气规模勘探开发(2019年至今)4个阶段,煤层(岩)气产量和深度不断取得重大突破;②受控于沉积环境、埋深、构造、水文条件、应力场等地质因素,煤层(岩)气从浅层向深层形成孔渗物性变差、游离气含量增加、含水量降低等储层特征演化,生产特征由排水采气转变为开井见气;③深层煤岩气勘探思路由有利区向地质-工程一体化甜点区转变,形成了地下-地面一体化的大井丛井网设计技术,研发了“密切割+大排量+组合支撑剂+前置酸+变黏滑溜水”极限体积压裂技术体系,提出了全生命周期煤岩气排采理念和排采技术。结论认为:①浅层煤层气需要围绕“高产老区稳产、低产低效区盘活、未动用区效益建产、非主力层系接替”4个方面推动规模效益开发;②深层煤岩气继续强化“煤系组合-煤层结构-煤体结构-煤岩类型”4个层次差异,完善“地应力-天然裂缝-人工裂缝-井型与方位-井网井距”五位一体井网设计,攻关“立体勘探、有序开发、多气协同、效益产出”开发技术。

准噶尔盆地煤层气勘探开发与地质研究进展

准噶尔盆地煤层气资源极为丰富,已开展近30个煤层气勘查项目,施工煤层气井270余口,建成白杨河、四工河、乌鲁木齐河东煤层气开发先导试验区,正在着力推进煤层气规模化开发利用,多个区块呈现出煤层气单井高产势头,针对多、厚、大倾角煤层顺煤层钻井、储层改造、优化排采技术不断推广应用,带动了新疆煤层气产业起步发展。系统总结准噶尔盆地煤层气成藏特殊地质条件,科学分析前期煤层气勘探开发的现状与趋势,全面梳理煤层气勘探开发所面临的地质难题,以期为新疆地区乃至中国中低煤阶煤层气的高效开发提供借鉴。盆地周缘构造隆升、水力逸散、煤层气风氧化带深延是制约煤层气资源分布和勘探开发潜力的不可忽略的地质因素,盆地腹地包括煤层气在内的深部煤系气资源潜力巨大,开展煤系油气地质综合研究、拓展煤系气勘探开发领域势在必行。盆地边缘多个区块煤层气富含CO_(2)且呈现随煤层埋深增大CO_(2)体积分数增高的异常现象,拟以水动力场和水化学场耦合作用为主线,气体差异构成与禀赋为线索,鉴别多源多阶气体来源、混合度及成藏贡献,揭示CO_(2)异常富集成因,探索流体场主导作用下的煤层气多源多阶多因素耦合成藏机制。盆地西山窑组与八道湾组2套煤系地层厚度巨大,受聚煤环境控制,多层叠置统一、多层叠置独立、多层叠置混合含煤层气系统空间分布有别,基于沉积、构造、水文耦合作用归纳出煤层气富集成藏基本模式,有效厘定流体压力系统,合理选层选段、组合开发,优势成藏地质配置及其区域、局域、层域变化规律有待深入研究。盆地周缘煤储层倾角大多超过35°,急倾斜煤储层在较小空间随深度发生快速变化,储层流体运动方式、储层应力状态等影响制约压降传播和煤层气产出过程,开发过程储层力学性质与物性变化、流体相态与饱和关系转化、气/水产出机制与生产规律需要进一步揭示。

云南恩洪-老厂煤层气勘查区地质特征及勘探开发策略

综合地质分析表明,云南恩洪-老厂煤层气勘查区具有煤系发育、埋深适中、中厚煤层、中高阶煤、含气量高、构造复杂、资源潜力大等特点,是我国西南地区最有希望实现煤层气勘探开发商业化的地区之一。根据该勘查区煤系特征与地形特点,提出了具体的勘探开发策略建议:对煤层气、致密砂岩气和页岩气应"三气共探";应采用丛式井组、压裂改造和水平井等钻完井技术,试用N2压裂和CO2注入等增产措施;煤层气企业应与煤矿合作,在高瓦斯矿区推广利用煤层气地面抽采技术,在降低煤矿安全风险的同时加快煤层气商业化开发进程。

中国煤层气勘探开发成果与认识

我国近年煤层气勘探和开发的重点区块主要有阜新盆地刘家试采区块、辽宁铁法区块、辽宁沈阳北及其外围、山西省南部沁水煤层气田、鄂尔多斯盆地东部大宁—吉县地区与韩城—合阳地区、准噶尔盆地东南缘等。其中开发效果最好的有阜新盆地刘家试采区块和山西沁水煤层气田。中国煤层气勘探开发还处于初级阶段,工艺、设备、技术等都急需引进、吸收、研发、试验、优选、试用,煤层气地质条件和排采技术也需要深化研究。通过分析中国煤层气勘探开发现状,结合多年的现场实践经验,总结了我国煤层气勘探开发的新认识和煤层气勘探开发工艺技术进展,并提出了以下建议:①含气量大于6m3/t必须先采气后采煤;②加强对低煤阶煤层气的勘探;③加强煤层气地质精细研究;④加强关键技术试验;⑤积极稳妥地按照勘探程序组织实施煤层气勘探开发工作。

鄂尔多斯盆地西北部上古生界煤成气藏特征

通过对研究区晚古生代沉积环境演化的详细研究 ,查明了气源岩、储集层和盖层的岩性特征、形成环境及其时空分布规律 ;目的在于追索储集砂体的空间分布 ,寻找天然气勘探的有利区块。采用了野外露头观察、钻井岩心观察 ,并结合地质、地震和测井曲线等资料的综合研究方法。研究表明 ,该区晚古生代沉积环境经历了由海陆交互相到陆相的转变 ,气源岩、储集层和盖层的发育及其组合均受控于沉积环境演化 ;陆表海泥炭沼泽和三角洲平原漫滩沼泽环境中形成的煤层和炭质泥岩是上古生界主要的气源岩 ;辫状河河道砂坝、分流河道砂体以及水下分流河道砂体构成上古生界煤成气发育良好的储集层 ;湖泊相泥质岩是本区煤成气藏理想的区域性盖层。天然气勘探结果证实 ,在预测的储集砂体中均钻遇工业气流。

ABM20型掘锚机在高瓦斯复杂地质条件下的试用

适用于低瓦斯、地压小、地质构造简单矿井的ABM20型掘锚一体机在张集矿试用后,有关人员进行技术创新,积极摸索掘锚一体化先进综掘设备在淮南矿区高瓦斯复杂地质条件下的使用经验,克服巷道长距离过薄煤带及顶板破碎带、巷道掉顶片帮等困难,解决了生产中顶板、瓦斯、防尘、机电等诸多技术难题,在张集矿14118工作面轨顺试用期间累计安全进尺1 377.6 m、最高进尺603 m,试用基本达到了预期目的并取得了良好的社会和经济效益。

煤层气开发中地质录井方法探讨

在煤层气勘探开发井全井段采用岩屑录井,在参数井目的层段采用岩屑录井和岩芯录井,并根据钻时、气测等其它录井资料进行综合分析,准确地判断钻遇地层和岩性,卡准了层位,准确、齐全地录取了各项地质资料。为在煤层气勘探开发减少投资、加快勘探开发速度、增加投资效益、降低安全钻进风险积累宝贵经验。

黄河北煤田7号煤煤层气地质特征与勘探方向研究

本文通过综合分析黄河北煤田的影响7号煤煤层气生储条件各类地质因素,如沉积环境、断裂、埋深、岩浆活动、气源岩条件、水文地质条件等,总结了黄河北煤田煤层气地质特征,并且估算了特定煤层的煤层气资源量,以及指出了下一步的资源勘探方向。

低煤阶煤层气成藏机制与勘探突破--以吐哈-三塘湖盆地为例

吐哈—三塘湖盆地煤层气资源丰富,但低煤阶煤层气成藏机制认识不足制约了该区煤层气的勘探开发。为此,在系统分析煤系地层地质特征的基础上,从沉积环境、构造特征、封盖条件和水文地质条件等方面分析和总结了煤层气富集主控因素和成藏模式,并明确了该区煤系气的有利勘探区带。研究结果表明:①古地貌和古环境控制煤岩的发育程度,稳定的正向构造是煤层气富集指向区,顶底板稳定的泥岩封盖条件是煤层气富集的必要条件,地表水补给是晚期生物气生成和富集的关键;②该区煤层气成藏可划分为缓坡区多气源补给煤层气富集、山前带复杂断块浅层煤层生物气、深层砂煤共储煤系气富集以及南部残余凹陷深部洼槽区煤层气富集4种模式;③条湖凹陷—马朗凹陷北部斜坡带、台北凹陷北部山前带西段浅层是煤层气最有利目标区,淖毛湖凹陷东部、沙尔湖凹陷东洼槽是煤层气较有利目标区,台北凹陷核桃沟—柯柯亚、鄯勒、照壁山—红旗坎、鄯善—温吉桑、疙瘩台构造带以及条湖凹陷中部构造带是煤系气富集有利区。结论认为,低煤阶厚煤层煤层气可以获得高产工业气流,吐哈—三塘湖盆地深部煤层气资源具有良好的勘探开发前景。

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1 000 m以浅延伸到2 000 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,将鄂尔多斯盆地东缘煤层气勘探开发历程分为3个阶段:浅层煤层气勘探阶段,在“浅层富煤区构造高点富集”理论指导下,寻找“煤层埋深小于800 m、煤层厚度大、高含气量、构造高点”目标,发现韩城WL1井区气田;浅–中深层煤层气规模勘探阶段,以“水动力控气–构造调整–缓坡单斜”成藏理论指导,优选“埋深小于1 500 m、水动力封闭条件好、煤层厚度大、高含气量、缓坡单斜及正向构造”甜点,发现保德、临汾煤层气田,转变储层改造理念,实现韩城构造煤有效增产改造;深层煤层气勘探突破阶段,提出“温压控气、高饱和”成藏模式,指导2 000 m以深煤层气的勘探突破。在此基础上,重点剖析了典型区块的煤层气赋存、富集特征和目标方向,总结了鄂尔多斯盆地东缘煤层气勘探开发获得的3点启示:保存条件是保德区块浅层煤层气富集成藏的重要因素;3类顶板间接压裂射孔模式支撑了韩城构造煤增产改造;“地质–工程”甜点评价助推了大宁-吉县深层煤层气勘探突破。

我国煤层气地质特征与工程技术适应性进展

我国煤层气储层由于成煤年代早、板块构造挤压等因素,导致储层物性差、渗透率低,但因深成热变质、区域动力变质及岩浆接触热变质作用相互叠加,使煤层含气量偏高。通过勘探开发实践,我国已建立适合中高煤阶煤层气的煤层气开发工程技术系列,重点包括三维地震物探技术、直井+定向井丛式钻井技术、大规模水力加砂压裂技术、智能化排采控制技术、低成本地面集输工艺技术等,但煤层气开发仍存在产能到位率低、气井产量低、稳产能力差、产业规模发展慢等问题,核心原因仍为地质条件差、勘探开发技术仍不成熟,基于大数据动态数据库分析评价的"地质工程一体化"技术有望为煤层气科学勘探开发提供途径。

煤层气开发中的地质录井方法

本文以煤气开发为研究视角,针对地质录井法在煤层气开发中的应用展开分析讨论,旨在促进我国煤层气开发技术的创新发展。

贵州煤层气地质特点与勘探开发对策分析

贵州煤层分布广,煤储层多,含气量高,煤层气资源量丰富,开发潜力巨大,因此贵州需要加大开发力度,根据全省煤层气的地质探查和前期勘探实际,综合分析各种开发技术对贵州煤层气的适应性,从而科学制定贵州煤层气勘探开发战略规划。结合贵州煤层气地质特征和前期勘探成果分析贵州煤层气勘探开发新对策,为更好开发贵州煤层气资源提供技术方向。

准噶尔盆地东北缘深层煤层气勘探前景

准噶尔盆地东北缘地处陆梁隆起北部至乌伦古坳陷,侏罗系西山窑组和八道湾组煤层厚度大、分布较广,埋藏2000 m以深。准东地区白家海凸起彩探1H井西山窑组深层煤层气试获工业气流后,拓宽了准东北缘煤层气勘探新领域。综合分析区内多口探井勘探和试气资料,发现煤层在地震剖面上连续强反射、测井响应明显、录井气测异常突出、含气性好,认为准噶尔盆地东北缘具有较好的深层煤层气勘探前景。提出准北1井区、陆6井区和乌参1井区西山窑组,伦5井区八道湾组为深层煤层气勘探有利区。建议开展煤样取心工作、开展煤岩地球化学特征和岩性、物性、电性、含气性等“四性”关系分析,为区内深层煤层气勘探提供科学依据。

中国深部煤层气地质研究进展

深部煤层气是中国未来天然气规模性增储上产的重要领域,回顾深部煤层气地质研究历史与进展,评述面临问题和探索方向,可为发展适应性勘探开发技术提供借鉴。分析表明,中国在20余年的深部煤层气地质研究中主要取得3方面进展。第一,界定了深部煤层气基本概念及其科学内涵,发现深部煤层吸附气含量存在临界深度,这一深度主要取决于地温梯度和地应力梯度两者的耦合关系,其他地质因素对临界深度具有调整作用;吸附气含量降低可能导致游离气含量随之增高,结果是形成煤层气在深度序列上的有序聚集,在深部形成富含游离气的高饱和—超饱和煤层气藏。第二,对深部煤层地质属性的研究进展显著,认识到深部煤层吸附性减弱及游离气含量增高是地层压力正效应与地层温度负效应之间动态平衡的结果;发现在深度剖面上地应力状态转折带附近存在煤层"高渗窗",与深部煤层可改造性相关的地层温度、压力指标可能具有"门限"性质,温度补偿效应和变孔隙压缩系数效应可能使得深部煤层渗透率衰减速率显著降低。第三,对深部煤层气成藏作用与地质评价的研究逐渐深入,对成藏作用原理的探讨聚焦在由埋深变化引起的煤层含气性、渗透率垂向分布及其地质控制等5个方面,初步揭示了煤层气成藏"深度效应"。对现场案例进行的剖析经历了由盆地到有利区、由有利区到"甜点"、由控藏到控产的认识深化过程。分析认为,基础地质(成藏作用)、勘查地质(评价优选)、开发地质(动态过程)3方面有机衔接和深度耦合,是面向深部煤层气勘探开发地质—工程一体化所需探索的关键方向,建议未来研究应聚焦"深度效应",包括深部煤层气藏特征的系统描述和气藏工程对地质条件响应的刻画。

地震在煤层气勘探开发中的应用

该文研究了地震在煤层气勘探开发中的应用问题,首先利用偏移剖面控制构造特征和煤层的底板形态;再结合钻孔和地震资料确定煤层厚度,在此基础上预测煤储层孔隙度,估算煤层储量,为煤层气勘探开发提供多方位的地质信息。实践表明,地震资料的合理应用,可以确保煤层气开采井的正确布置,降低煤层气开发风险。

我国陆上未来油气勘探领域探讨与攻关方向

我国陆上含油气盆地油气资源丰富,经过半个多世纪的勘探,尽管已取得了较多发现,但在未来“稳油增气”的形势下仍将起到国家能源安全“压舱石”的作用.怎样进一步发掘成熟探区潜能,拓展勘探领域,是值得深入探讨的问题.基于近期油气勘探成果以及勘探发展趋势,研究表明有五大领域是未来陆上油气勘探最现实的方向,包括:陆相页岩油气,东部富油坳陷中以逆掩构造为代表的近源地质体、富煤盆地的深层煤层气、大型走滑构造体系和地热资源等.此外,对东部老油田而言,“油田变热田”不失为一重要的发展方向.在未来的勘探工作中,勘探工作者应当加强基础研究,尤其是在我国东部成熟探区,加强三新领域地质评价、寻找老区新的资源接替领域是目前的当务之急;攻关关键技术,实践表明先进且适用性强的物探技术、工程工艺是油气勘探发现与突破的基本保障,也是降低油气发现成本的根本途径;高效管理决策,主动发挥勘探先锋作用、引领一体化攻关是加快推进资源战略的重要路径.