“深部煤层气勘探开发理论与技术”专题_中国煤炭行业知识服务平台

“深部煤层气勘探开发理论与技术”专题

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初步估算，我国2000 m及以深煤层气资源量超40万亿m3，其中可采资源量超10万亿m3。随着煤层气埋藏深度的增加，开发面临诸多新难题，主要体现在：①深部煤层气吸附态和游离态共存，煤层气不同相态如何转换和有效产出机制尚不明确；②深部地质条件复杂，地层温度、地应力、地层结构和水文地质条件等与浅部存在明显差异；③开发技术难度大，钻井、压裂和排采等环节需要针对深煤层特殊情况进行专门的设计和施工；④效益开发面临挑战，全面大规模开展深部煤层气勘探开发，存在实施成本高而市场气价较低，整体效益开发不达标的风险；⑤环境保护压力大，深煤层气的开发过程中可能会产生大量的废水，对环境造成一定的影响，需要采取有效的环保措施以降低对环境的影响。

《煤炭学报》将持续关注深部煤层气的勘探开发理论与技术，本专题收录的论文是期刊之前刊登的关于深部煤层气的部分论文，我们还会不断补充，未来《煤炭学报》还会持续关注深部煤层气最新研究进展。

行业视野: 煤层气
类别; 89个
关键词; 120位
专家; 26篇
论文; 26531IP
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鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气高效开发理论技术体系的建立与应用

作者(Author)：徐凤银

摘要：针对深部煤储层埋藏深、渗透率低、应力环境复杂等开发难题,总结大宁-吉县区块近5 年勘探开发取得成果,明确了资源富集条件、有效改造体积、水平段长、良好储盖组合条件是气井高产关键因素。在“人造气藏”开发理论指导下,建立了地质-工程一体化背景下的深部煤层气高效开发技术体系:①基于储层资源条件、构造保存条件和工程改造条件3 大类11 项指标,建立深部煤层气地质工程开发甜点评价标准;②基于微幅构造刻画、多尺度裂缝预测、三维地质模型构建等技术,形成“地质+工程”全要素定量化、可视化表征的煤储层精细评价技术;③按照“地质小尺度、三维地震微尺度、轨迹走靶体、少调快钻”导向思路,形成以钻前轨迹精优设计、精准入靶及靶后微调为核心的三阶段地质工程一体化导向技术;④按照实现资源动用和采收率最大化为目标,形成“地应力场、天然裂缝场、人工裂缝场、井型与方位、井网井距”五位一体井网优化设计技术;⑤依据深部煤层气赋存特征、渗流机理和气井生产特征,形成以产量不稳定分析法为主,经验产量递减法、数值模拟法和经验类比等多方法结合的气井产能评价及EUR 预测技术;⑥遵循“四位一体”精准选段和“井间交错+段内差异化”设计原则,形成以构建人造气藏为目标的大规模体积压裂技术;⑦根据气井气水变化特征,形成全生命周期不同生产阶段排采优化控制技术;⑧结合当前AI 技术进展与深部煤层气开发规律、集输等特征,探索了地质、工程、地面等多专业一体化协同环境下集输和数智化技术。在这一成果指导下,已投产29 口水平井生产初期产量5×104~16×104m3/d,平均10.2×104m3/d,区块日产气量突破300 万方,对加快鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气规模上产具有重要指导意义,也为同类资源高效开发建立了参考标准。

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煤炭学报

2024年第01期

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鄂尔多斯盆地神府区块深部煤层气体积压裂实践与认识

作者(Author)：安琦, 杨帆, 杨睿月, 黄中伟, 李根生, 公衍瑾, 于伟

摘要：鄂尔多斯盆地东缘神府深煤层大气田探明地质储量超千亿方，实现该地区深部煤层气高效开发对保障国家能源供应具有重要意义。但是，由于深煤层地质环境复杂，具有高地应力、中高温度、特低渗透、强非均质性、割理/裂隙发育等特点，导致现有中浅煤层压裂改造技术难以完全适用于深煤层，其施工规模与参数仍处于探索阶段。为了探究与深煤层地质条件相适应的增产改造技术，以鄂尔多斯盆地神府区块为地质背景，以深煤层大规模体积压裂为工程实践，围绕“极限动用+均衡扩展+有效支撑”的设计理念，提出“少段多簇适度密切割+等孔径深穿透限流射孔+复合液造缝(高黏液体破岩+低黏液体造复杂缝)+大排量高强度加砂+前置酸液降低破裂压力+多粒径组合支撑剂”为核心的体积压裂技术，并引入地质-工程-智能一体化压后评估方法，通过压裂-产能双重智能拟合校正，精细刻画了储层改造体积(SRV)和气体泄流体积(DRV)，预测了不同压裂规模及井型条件下的最终可采储量EUR。最后，通过统计神府区块深煤层压裂井地质、工程和产量特征数据，采用随机森林算法量化分析了影响深部煤层气产能的主控因素。实践结果表明：采用上述大规模体积压裂技术，已投产的直/定向井最高日产气量超过1×104 m3/d，水平井最高日产气量超过2×104 m3/d，说明深煤层可压性良好、开发潜力巨大；深部煤层气峰值产气量的主要影响因素为：煤层含气量、煤层厚度和加砂强度，累积产气量的主要影响因素为：煤层含气量、加砂强度和总砂量。研究认识有望为深部煤层气增产改造提供方案指导与参数借鉴，为我国深部煤层气规模效益开发提供理论基础与发展方向。

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煤炭学报

138

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贵州深部煤层气地质特征及其资源潜力

作者(Author)：杨兆彪, 高为, 秦勇, 张孟江, 李存磊, 颜智华, 梁宇辉, 卢本举, 陈义林, 吴财芳, 陈捷, 李庚, 文德修

摘要：加快深部(1000m以深)煤层气资源勘探开发是煤层气走向规模化开发的重要途径，是近年来煤层气产业的重要发展方向。贵州省煤层气资源丰富，深部煤层气资源占比大，然而目前为止尚未开展深部煤层气资源的地质研究和勘探开发。本文立足于贵州煤层气地质背景，基于大量的煤层气试井资料和测试化验资料，分析了深部煤层气地质特征及其资源潜力。研究结果显示：贵州深部煤层气资源主要分布于六盘水、黔北和织纳煤田的众多向斜单元。沉积分异和构造分区导致深部煤储层地质条件具有区域差异性，六盘水煤田以“超压明显、低温、较高应力”为特征，织纳煤田以“超压、较高温度、较低应力”为特征，黔北煤田以“超压、高温、高应力”为特征。深部煤储层渗透率偏低，1000m以深渗透率将普遍低于0.1mD。煤储层含气量较高，在1000m以浅，以六盘水煤田为代表的中阶煤储层平均含气量为10.03m3/t，以织纳、黔北煤田为代表的高阶煤储层平均含气量为14.51m3/t，400m以深超饱和现象较为明显。优选游离气、吸附气预测模型，考虑煤级随深度的变化，预测深部整体含气量将进一步增加，超饱和现象更为明显，游离气占比增大，在2000m左右，游离气占比普遍达到10%～25%左右，且中阶煤游离气占比要高于高阶煤。在此基础上，计算了包含2000m以深的贵州省重点向斜的煤层气地质资源量，贵州省煤层气地质资源量为3.85万亿m3，其中1000m以深煤层气地质资源量达到了1.90万亿m3，六盘水和黔北煤田深部煤层气资源占比大。综合考虑资源规模和资源丰度，提出了开发次序建议，盘关-土城-照子河-旧普安向斜和格目底向斜为首选开发单元，以上向斜均属于高丰度大型气田。

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煤炭学报

128

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深煤层含气系统差异及开发对策

作者(Author)：李勇, 徐立富, 张守仁, 吴见, 毕建军, 孟尚志, 陶传奇

摘要：我国深部煤层气资源丰富且开发潜力巨大,实现规模开发有助于形成煤系气大产业,服务油气增储上产,保障国家能源安全。在系统总结近年深部煤层气勘探开发成果基础上,结合实验测试和理论分析,揭示了深部差异含气系统模式,并针对性提出了开发策略。研究结果表明,受构造演化和保存条件差异影响,煤层气存在过饱和干煤系统、饱和 ~ 近饱和湿煤系统和欠饱和湿煤系统。干煤系统游离气含量高,且在深煤层中呈压缩状态,在储层压力>10 MPa 条件游离气含量可以达到并超过吸附气,易形成高产。湿煤系统中煤岩裂隙或者大孔隙中饱和地层水,需要排水降压解吸产气。煤层在煤化作用过程中生烃超压,纳米孔隙中饱和游离气且地层水难以侵入。深部吸附气和游离气处于动态转化,受范德华力、毛细管力和浮力作用综合影响,深煤层形成连续型天然气藏,具有“ 源岩控储” ( 连续稳定煤层控制储层质量) 和“ 物性控藏” ( 物性差异影响甜点分布) 特征, 可在封盖条件良好的稳定高渗煤层寻找甜点区。深煤层压实致密且地应力高,煤岩抗压强度增加, 储层改造裂缝有序性增强,可在不同粒径支撑剂下形成立体渗流网络。干煤系统改造以体积改造和“碎裂化”为主要目的,考虑采用水平井大规模分段压裂,扩大渗流面积,提高产气速度;湿煤系统以适度改造和“疏导化”为主要方式,并考虑水平井顶板间接压裂等开发策略。煤成气在地质历史中持续向邻近层系充注运聚,形成全含气系统,应当充分利用成熟探区地质和工程基础,整体部署,分类突破,多气合采,实现深部煤层气规模化开发和多类型天然气总体动用。

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煤炭学报

2023年第02期

300

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基于物质点法的深部煤层气水力割缝卸压解吸增透规律数值模拟研究

作者(Author)：周雷, 彭雨, 卢义玉, 夏彬伟

摘要：深部煤层气储层具有渗透率低、储层压力大和地应力高等特点，导致煤层气解吸、运移困难，开采效率低。定向井+水力割缝是一种强化深部煤层气开采的新思路，但有必要对其卸压解吸增渗效果开展量化研究。数值仿真是研究该问题的主要手段，但传统有限元、离散元等数值方法无法有效解决煤岩割缝引起的大变形、大位移、内边界持续变化和接触的复杂问题。为克服上述难题，基于物质点法建立了弹塑性损伤数值模型，模拟了水力割缝缝槽对临兴深部煤层气卸压解吸和增透的影响，得到:1 基于物质点法建立的弹塑性损伤数值模型能有效计算水力割缝缝槽引起煤层大变形、大位移和内边界接触问题;2 垂直于割缝方向呈现大范围应力下降，应力骤降区的范围和塑性区域的范围重合，应力缓慢下降区则对应弹性小变形区域;3 卸压解吸气和增渗区域分布特征与应力下降区分布特征一致，在弹性区和塑性区渗透率分别为原始渗透率的 1 ~ 5 倍和 10 ~ 20 倍，单个割缝促使煤层气解吸气量达数百至上千方;4 割缝宽度、长度、角度和增透区域面积以及解吸气量基本呈线性相关，割缝宽度影响最大，其次是割缝长度，割缝角度影响最小。通过上述研究成果，在定向井+水力割缝基础之上提出了平行水平井错位多割缝卸压解吸增透技术，为深部煤层气的高效开发提供了新思路和研究手段。

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煤炭学报

2022年第09期

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625
深部微构造特征及其对煤层气高产“甜点区”的控制——以鄂尔多斯盆地东缘大吉地区为例

作者(Author)：闫霞, 徐凤银, 聂志宏, 康永尚

摘要：国内埋深大于2 000 m的深层煤层气资源丰富，但整体勘探开发程度低，尚未有明确的开发规律认识和系统的开发地质理论。对比分析了鄂东缘大吉地区埋深大于2 000 m的深部煤层与1 000~1 500 m中深部煤层20项地质参数，对深部煤层单斜构造上的微幅构造区进行了精细刻画和分类，通过深部煤层气井生产特征规律、测井、工程改造参数及压裂曲线特征研究，发现煤层微幅构造差异对深部煤层气井高产控制作用明显，并从现象入手，深入剖析了深部煤层气赋存机理、开发机理及高产主控因素，预测了深部煤层气理想排采曲线，提出了与浅层煤层气排采曲线的异同之处。研究表明:① 深部煤层整体上展现了“高含气、高饱和”的优势和“煤体结构好、特低渗”的特征，生产井具有“见气时间短、见气时压力高、见气后产液量少”的特点;② 精细划分出斜坡构造上的5类微构造区，深部煤层气高产井主要分布在顶板封盖较好的正向微幅构造和平缓构造区，该区渗透性相对较好、易于加砂，生产井压裂施工压力相对低、稳产能力好，且稳产气量与施工排量、总加砂量呈现出明显的正相关;在中高加砂规模的前提下，位于正向微构造部位直井平均稳产水平为5 000 m3/d、平缓构造部位井3 500 m3/d;位于其他部位井试验了不同的工艺、施工排量、酸量、加砂规模，稳产水平1 500 m3/d;③ 不同于浅层开发机理“排水诱导解吸”，深部煤层气是“产气诱导解吸”;在一定深度高温状态对解吸占主导作用时，部分解吸出来的煤层气会以“游离态”赋存于煤层，开发初期表现为以“游离气”为主，生产特征类似页岩气;④ 认为深层煤层的致密性是制约深部资源能否开采出来的最关键因素，深部煤层具有原生结构煤的优势和特低渗的劣势，微幅构造在深部高压状态下对煤层渗透性有“放大”的效果，或者改善、或有较大影响，故除了压裂能改善有限的范围外，寻找渗透性相对较好、天然裂隙更发育的正向或平缓微构造部位，不仅有助于压裂改造效果，还有助于高产;⑤ 由于背斜构造比例少，建议将深部煤层的精细微幅构造研究，作为突破深部煤层气勘探开发的重要方向，可将正向微构造和平缓构造部位作为优选“地质-工程”双甜点部位;负向微构造和水平向挤压部位的压裂改造技术攻关，将是关系到未来深部煤层气是否能开拓更大战略场面必须要攻克的难题。研究为深部煤层气勘探开发方向、深部煤层甜点评价、针对性地开展工程技术对策攻关及深部煤层气井曲线合理生产制度的制定，提供了借鉴。

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煤炭学报

2021年第08期

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深部煤层气水平井水力压裂技术——以沁水盆地长治北地区为例

作者(Author)：申鹏磊, 吕帅锋, 李贵山, 任博, 白建平, 贾晋生, 陈召英

摘要：储层改造是获得低渗透煤层气井高产的重要手段，虽然我国深部煤层气资源丰富，但是由于煤储层渗透率低，面临着不同煤层气地质条件下的储层改造技术适应性差的困境。以沁水盆地长治北部地区为例，介绍了研究区地质概况和开发模式，分析了4种深部煤层气井水力压裂工艺技术及应用效果。结果显示以水平井为主要井型、实现压裂后井间干扰提产是规模化开发深部煤层气资源的主要途径。光套管压裂技术可实现大规模压裂，但容易造成储层污染，且可调性较差导致压裂效果偏差;连续油管压裂技术自动化程度和作业效率高，是目前的主流压裂技术，但是配套设施要求较高、成本高;常规油管压裂技术可实现射孔、压裂、封隔一体化作业，且射流效应定向性强，但是不能够带压作业，容易造成压力激动、压后堵前。为此，自主开发了常规油管带压压裂新技术。该技术以常规油管压裂技术为基础，在井口和井下油管内安装稳压装置控制压裂过程中油管内外的带压状态，配合钢丝绳打捞装置，优化上提下放程序，从而实现带压拖动压裂作业。该技术压裂施工曲线以压力平稳型为主，能够形成连续和平直的压裂裂缝通道，减少储层伤害;微地震监测显示压裂裂缝两翼长达70 m;试验井日产气量达4 000 m3以上;同时节约了作业成本，提高了压裂效率。

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煤炭学报

2021年第08期

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地面定向井+水力割缝卸压方法高效开发深部煤层气探讨

作者(Author)：卢义玉, 李瑞, 鲜学福, 葛兆龙, 夏彬伟

摘要：为了提高深部煤层气储层压降效果，针对深部煤层储层压力大，地应力高，渗透率低等特点，基于切割卸压提高储层渗透率原理，综合矿井下瓦斯抽采实践及地面开发非常规天然气技术方式，提出了地面定向井+水力割缝卸压方法高效开发深部煤层气的方法。地面定向井+水力割缝卸压方法主要包括地面定向钻井和分段水力割缝两个过程。该方法增渗增产原理为：1）定向井眼和水力缝槽沟通天然裂缝系统，高压水力切割过程中诱导煤层产生裂隙，增加导流通道数量与连通性；2）水力切割产生的多组缝槽形成卸压空间，利用地应力变化增加裂隙张开度，促进储层压力释放。相比常规水力压裂而言，该方法更有利于形成网格化流体运移通道，扩大煤层卸压范围和卸压程度,强化煤层气解吸扩散。而且，能够避免水力压裂过程中地应力向煤层深部传递以及压裂液注入造成的储层伤害，因而适用深部煤层气储层复杂地质条件下的增产改造。鉴于地面工况条件与矿井下工况条件的差异，提出了地面定向井+水力割缝卸压方法开发深部煤层气需要解决的关键技术问题，包括水力缝槽参数控制，固相颗粒的返排，定向井完井与水力割缝匹配性，以及高压流体传输动力损失。地面定向井+水力割缝卸压方法在非常规天然气开发以及深部煤炭强矿压与瓦斯灾害防治等方面具有应用前景。

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煤炭学报

2021年第03期

1787

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