川南石寶礦段煤層氣開發方式研究

劉 磊 萬志杰 喬 康 周加佳 白 優 張 真

(中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 710054)

川南石寶礦段煤層氣開發方式研究

劉 磊 萬志杰 喬 康 周加佳 白 優 張 真

(中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 710054)

針對煤層氣不同開發方式的地面條件、地質條件、技術工藝水平以及鉆井投資等方面的特點，對不同開發方式的適應性進行了分析；結合川南石寶礦段的地質、水文、目標煤層、滲透率以及含氣量等條件，在當前煤層氣開發技術與社會經濟發展水平下，提出了適宜該礦段的煤層氣開發方式：地面垂直井作為川南石寶礦段煤層氣開發的主要方式。

煤層氣 開發方式 川南石寶礦段

1 川南石寶礦段概況

1.1 地質構造及目標煤層特征

石寶礦段位于古藺復式背斜南翼的次級褶皺—石寶向斜東段。礦段內含煤地層為龍潭組，共含煤11～24層，其中上部、局部、全區可采的煤層有C11、C13、C14、C15、C17、C20、C23、C24、C25煤層，全區煤層總厚度為10.16m，含煤系數為12.37%。通過對全區分布的鉆孔資料分析得知：C17和C25煤層為全區穩定可采煤層。

(1)煤體結構

C17、C25煤為構造煤。煤巖描述特征表述：C17煤主要為碎裂結構，取心煤樣煤體為鋼灰色，似金屬光澤；煤巖成分以暗煤為主，亮煤次之，參差狀、棱角狀斷口，煤體較堅硬，煤中發育大量構造滑面和擦痕。C25煤主要為碎裂-碎粒結構，取心煤樣煤體為鋼灰色，似金屬光澤，總體光澤較強，煤巖成分以鏡煤和亮煤為主，呈線理狀～細條帶狀，煤體堅硬，部分疏松，手捻成粒狀、粉狀。

(2)含氣量

C17煤層共計取得5組煤心測試樣品，取樣測試結果顯示其空氣干燥基含氣量7.14～15.36cm3/g，平均12.20cm3/g。C25煤層共計取得4組煤心測試樣品，取樣測試結果顯示其空氣干燥基含氣量為1.42～9.06cm3/g，平均4.92cm3/g。

1.2 水文地質條件

礦段內含水層巖性主要為石灰巖，其次為砂巖；隔水層巖性主要為泥巖，含水層、隔水層相間成層產出。礦段內主要含水層由上至下依次為三疊系雷口坡組、嘉陵江組巖溶強含水層、三疊系下統飛仙關組下段巖溶裂隙含水層、二疊系上統長興組巖溶裂隙含水層和二疊系中統茅口灰巖含水層。主要隔水層由上至下依次為三疊系下統飛仙關組上段相對隔水層、二疊系上統龍潭組隔水層。

本區內弱～中含水層較多，且含煤地層龍潭組屬于弱含水層，隔水性能良好，加之目標煤層C17、C25煤層底板距茅口組灰巖尚遠，因此形成了較好的隔水層分布，使其與含水層溝通能力減弱，故該礦段水文地質條件對煤層氣開發影響較小。

2 煤層氣開發方式適用條件

國內地面煤層氣開發方式主要以地面垂直井、叢式井、U型井、羽狀水平井等。對煤層氣開發方式的合理選擇能夠促進經濟效益實現最大化，同時會影響氣井的產能及抽采率。對比國外煤層氣勘探開發，并結合國內開發實踐，根據煤層氣不同開發方式的技術和工藝，對其適應條件進行分析(表1)。

表1 煤層氣不同開發方式的適用條件

3 石寶礦段煤層氣開發方式適用性研究

煤層氣開發方式主要從礦區構造條件、目標煤層數、煤體結構、含氣量、煤階、滲透性、工藝技術、鉆井投資成本等方面考慮。現對石寶礦段煤層氣開發方式與煤層氣開發適用性條件作對比分析(見表2)。

地質構造：石寶礦段地質構造復雜，該礦段內含有對煤系破壞較大的斷層；不符合羽狀水平井、U型井、水平井對構造條件的要求，即簡單-較簡單。因此，該礦段內不宜采用羽狀水平井、U型井以及水平井開發方式。

目標煤層特征：石寶礦段主要開發C17、C25煤層，屬于多煤層開發，且煤層埋藏較深(700～1000m)；不符合羽狀水平井、U型井、水平井對構造條件的要求，即400～800m。因此，該礦段內

表2 石寶礦段煤層氣開發方式適用性

注：Y—適用；N—不適用

不宜采用羽狀水平井、U型井以及水平井開發方式。

煤體結構：石寶礦段C17、C25煤為碎裂-糜棱煤結構，不符合羽狀水平井、U型井、水平井對構造條件的要求，即碎裂-原生煤結構。因此，該礦段內不適宜本區羽狀水平井、U型井以及水平井開發方式。

技術及工藝：叢式井作業難度大，每一口定向井都必須完全達到設計標準，否則會增大后期在區塊內整體開發的難度；叢式井開發工藝的技術成熟度較低，遠低于地面垂直井、U型井和羽狀水平井，且在現有的鉆井設備及技術條件下，叢式井的井眼軌跡、中靶精度等技術難度較大。因此，該礦段內不宜采用叢式井開發方式。

鉆井投資成本：羽狀水平井、U型井、叢式井、水平井對其所用鉆井設備要求很嚴格，因此其投入成本很高，遠遠高于地面垂直井。

綜上所述，從地質結構、目標煤層特征、煤體結構、技術及工藝、鉆井投資成本方面分析，可以得出：地面垂直井開發方式優于羽狀水平井、U型井、叢式井以及水平井開發方式。

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(責任編輯 王一然)

Research on CBM Development Modes in Shibao Mine Section of South Sichuan

LIU Lei, WAN Zhijie, QIAO Kang, ZHOU Jijia, BAI You, ZHANG Zhen

(Xi’an Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group Co., Ltd, Shaanxi 710054)

Aimed at the characteristics of different development modes of CBM, and according to the ground conditions, geological conditions, technology and investment of different development modes, the adaptability of the main development modes is studied, combining the mine geology, hydrogeology, the target of coal seam, permeability and gas content of Shibao Mine Section of South Sichuan. Under the present technical and economic conditions, corresponding CBM development way is proposed, and vertical wells are the best development mode in this area.Keywords:CBM; development mode; Shibao Mine Section of South Sichuan

國家科技重大專項資助項目(2011ZX05040-003)

劉磊，男，陜西榆林人，碩士，助理工程師，從事煤層氣資源勘探開發以及安全科學與工程技術研究。