我國(guó)高煤階煤層氣開(kāi)發(fā)中存在的問(wèn)題及解決對(duì)策

朱慶忠楊延輝陳龍偉邵國(guó)良孟凡華王玉婷

(1.中國(guó)石油華北油田分公司，河北062552; 2.中國(guó)石油華北油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河北062552; 3.中國(guó)石油華北油田公司長(zhǎng)治煤層氣勘探開(kāi)發(fā)分公司，山西046000)

我國(guó)高煤階煤層氣開(kāi)發(fā)中存在的問(wèn)題及解決對(duì)策

朱慶忠1楊延輝2陳龍偉2邵國(guó)良2孟凡華3王玉婷2

(1.中國(guó)石油華北油田分公司，河北062552; 2.中國(guó)石油華北油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河北062552; 3.中國(guó)石油華北油田公司長(zhǎng)治煤層氣勘探開(kāi)發(fā)分公司，山西046000)

為改變我國(guó)高煤階煤層氣開(kāi)發(fā)的被動(dòng)局面，在“十三五”期間實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)發(fā)。從煤層氣開(kāi)發(fā)技術(shù)問(wèn)題分析入手，找出了我國(guó)高煤階煤層氣開(kāi)發(fā)中存在的4個(gè)方面問(wèn)題，一是對(duì)煤層氣開(kāi)發(fā)的定位不確切，二是煤層氣勘探程序不合理;三是工程技術(shù)與儲(chǔ)層差異性不匹配;四是常規(guī)地面建設(shè)模式不適應(yīng);并針對(duì)性地提出了高煤階煤層氣開(kāi)發(fā)中存在問(wèn)題的解決對(duì)策，一是優(yōu)化煤層氣勘探程序，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)量控制程度提高;二是建立工程技術(shù)適應(yīng)性評(píng)價(jià)方法，煤層氣開(kāi)發(fā)效益提高;三是采用分布式地面建設(shè)模式，系統(tǒng)運(yùn)行效率有望提高。

高煤階煤層氣 高效開(kāi)發(fā) 存在問(wèn)題 解決對(duì)策

我國(guó)煤層氣資源豐富，埋深2000m以淺的煤層氣資源有36.81×1012m3，居世界第三位。截止2013年底，沁水盆地煤層氣地質(zhì)資源總儲(chǔ)量3.95 ×104億m3，其中可采資源量1.11×104億m3，探明儲(chǔ)量8000億m3。我國(guó)受美國(guó)、加拿大及澳大利亞等國(guó)煤層氣成功開(kāi)發(fā)的影響，認(rèn)為煤層氣的開(kāi)發(fā)很簡(jiǎn)單，有煤就有氣。因此，國(guó)家對(duì)煤層氣(煤礦瓦斯)開(kāi)發(fā)越加重視，出臺(tái)了一系列煤層氣勘探開(kāi)發(fā)行動(dòng)計(jì)劃及相關(guān)優(yōu)惠政策;與煤層氣產(chǎn)業(yè)相關(guān)的各公司也擲出重金“大干快上”，加快了煤層氣勘探開(kāi)發(fā)的步伐。以華北油田為例，僅“十二五”期間，探明儲(chǔ)量大幅提高，新增探明儲(chǔ)量1042×108m3，累計(jì)探明儲(chǔ)量2164×108m3;產(chǎn)能建設(shè)快速推進(jìn)，平均每年新建產(chǎn)能2.9億m3/年，累計(jì)建設(shè)產(chǎn)能已達(dá)20.5億m3/年。與此同時(shí)，高煤階煤層氣的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)能建設(shè)的頂層設(shè)計(jì)卻沒(méi)有及時(shí)跟進(jìn)，致使大部分區(qū)塊投入開(kāi)發(fā)后普遍存在以下4個(gè)現(xiàn)象:(1)單井產(chǎn)量低。沁水盆地鉆井8000余口，平均單井產(chǎn)量也僅為868m3/d，按照目前沁水盆地年產(chǎn)量30億m3計(jì)算，年采氣速度不足探明儲(chǔ)量的0.4%;(2)儲(chǔ)量有效動(dòng)用率低。截止2015年底，華北油田在沁水盆地僅動(dòng)用440億m3，有效動(dòng)用率不足20%;(3)產(chǎn)能到位率低。目前華北油田產(chǎn)氣量8億m3/年，實(shí)際產(chǎn)能到位率僅為39%;(4)系統(tǒng)運(yùn)行效率低。地面建設(shè)方案利用率及后期運(yùn)行效率低，目前單方氣總成本約為1.6元/m3，已高于目前市場(chǎng)氣價(jià)。特別是2015年以來(lái)，伴隨國(guó)際油、天然氣價(jià)格的下浮，煤層氣的經(jīng)濟(jì)效益空間進(jìn)一步被壓縮，行業(yè)發(fā)展面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。因此，面對(duì)如此嚴(yán)峻的形勢(shì)，如何定位和決戰(zhàn)“十三五”期間的煤層氣開(kāi)發(fā)成為行業(yè)的共同焦點(diǎn)，亟需找出造成以上4個(gè)現(xiàn)象的根本原因，提出相應(yīng)的轉(zhuǎn)變措施，促進(jìn)煤層氣的高效開(kāi)發(fā)。

1我國(guó)高煤階煤層氣開(kāi)發(fā)存在的問(wèn)題

為扭轉(zhuǎn)高煤階煤層氣開(kāi)發(fā)的被動(dòng)局面，實(shí)現(xiàn)在“十三五”期間高效開(kāi)發(fā)，本文以沁水盆地例，從煤層氣開(kāi)發(fā)技術(shù)問(wèn)題分析入手，找出了煤層氣的定位、勘探程序、工程技術(shù)適應(yīng)性及地面建設(shè)模式等4個(gè)方面存在的問(wèn)題，它們成為制約煤層氣高效開(kāi)發(fā)關(guān)鍵因素。

1.1煤層氣開(kāi)發(fā)的定位不確切

煤層氣是一種經(jīng)過(guò)多次運(yùn)移殘留在煤層里的氣體，我國(guó)對(duì)煤層氣這種資源早期定位為瓦斯治理。在這種思路下，大多數(shù)開(kāi)發(fā)的煤層氣田處于煤礦周邊，具有共同特點(diǎn)是:一是埋藏較淺，一般小于800m;二是區(qū)域地質(zhì)特點(diǎn)煤礦基本掌握;三是區(qū)域水動(dòng)力條件基本清楚;四是由于煤礦開(kāi)采多年，煤層已整體降壓，應(yīng)力得到釋放。對(duì)這些地區(qū)的煤層氣采取常規(guī)的技術(shù)基本能實(shí)現(xiàn)商業(yè)開(kāi)發(fā)。但更多的煤層氣資源埋藏大于800m，深層煤層氣的富集狀況和水體分布同淺層有本質(zhì)的區(qū)別，深層煤儲(chǔ)層具有煤層壓力高、物性差及地應(yīng)力復(fù)雜等特點(diǎn)，對(duì)于這些地區(qū)的開(kāi)發(fā)不能采取煤礦周邊的開(kāi)采技術(shù)，要有更高的技術(shù)，這也是目前我國(guó)煤層氣一旦遠(yuǎn)離煤礦周邊開(kāi)發(fā)較差的主要原因。煤層氣是一種自生自?xún)?chǔ)的全新礦產(chǎn)資源，決不能定位在瓦斯治理，應(yīng)從成藏機(jī)理、儲(chǔ)層特性、控產(chǎn)機(jī)理及地面系統(tǒng)等方面進(jìn)行系統(tǒng)地研究，建立科學(xué)的開(kāi)發(fā)技術(shù)方法。因此，對(duì)煤層氣開(kāi)發(fā)的規(guī)劃和部署就應(yīng)超脫瓦斯治理的范疇，要有超前的技術(shù)定位和規(guī)劃部署。

1.2煤層氣勘探程序不合理

沁水盆地在規(guī)模勘探開(kāi)發(fā)(2003～2013年)期，普遍認(rèn)為煤儲(chǔ)層構(gòu)造簡(jiǎn)單，有煤的地方就有氣，完全忽視了煤儲(chǔ)層特點(diǎn)的復(fù)雜性。因此，在早期煤層氣勘探工作顯得無(wú)足輕重，直接越過(guò)勘探階段，從評(píng)價(jià)階段起步，造成勘探效率低，優(yōu)選“甜點(diǎn)區(qū)”的準(zhǔn)確率低，最終導(dǎo)致大量低產(chǎn)區(qū)塊的出現(xiàn)。尤其在沁水盆地樊莊－鄭莊區(qū)塊的早期開(kāi)發(fā)過(guò)程中，未部署三維地震測(cè)線(xiàn)，而二維地震測(cè)線(xiàn)范圍很小，幾乎全部依靠地形圖進(jìn)行井位部署。在完鉆的2018口井中，鉆遇煤層不利區(qū)域的1076口直井低產(chǎn)，占53%。在低產(chǎn)井中，鉆遇斷層、陷落柱發(fā)育區(qū)355口，占33%;煤體結(jié)構(gòu)破碎帶156口，占15%;擠壓應(yīng)力區(qū)289口，占27%;流體可疏導(dǎo)性差的區(qū)域276口，占25%(表1)。

表1 鄭莊－樊莊區(qū)塊低產(chǎn)井分布表

1.3 工程技術(shù)與儲(chǔ)層差異性不匹配

煤層氣開(kāi)發(fā)初期對(duì)煤儲(chǔ)層的復(fù)雜性及主控地質(zhì)因素認(rèn)識(shí)不足，產(chǎn)能建設(shè)模式采取整體推進(jìn)式，樊莊－鄭莊區(qū)塊形成了以直井壓裂為主，裸眼多分支水平井為輔的單一開(kāi)發(fā)方式。其中樊莊區(qū)塊內(nèi)部存在近1/3的低產(chǎn)區(qū)，當(dāng)開(kāi)發(fā)煤儲(chǔ)層更為復(fù)雜的鄭莊區(qū)塊時(shí)，近2/3的低產(chǎn)井大片出現(xiàn)。另外柿莊北、長(zhǎng)治、古交、和順等區(qū)塊也存在類(lèi)似的問(wèn)題。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，煤體結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力、流體可疏導(dǎo)性、構(gòu)造特征、煤巖變質(zhì)程度等儲(chǔ)層特點(diǎn)的差異，都會(huì)影響著煤層氣的開(kāi)發(fā)方式。

1.4常規(guī)地面建設(shè)模式不適應(yīng)

從“十一五”到“十二五”前期，借鑒油田建設(shè)模式，主要采取“地上服從地下“的地面建管網(wǎng)設(shè)模式，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)建設(shè)成本較高。沁水盆地地表溝壑縱橫，高低起伏差異較大，導(dǎo)致地下井位與地上管網(wǎng)匹配不協(xié)調(diào)，大大提高了開(kāi)發(fā)建設(shè)成本。另外，沁水盆地煤層氣田多為單井場(chǎng)直井的開(kāi)發(fā)方式，占地面積大，地面設(shè)備分散，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)建設(shè)成本及后期維護(hù)成本較高。據(jù)實(shí)際計(jì)算，鄭莊－樊莊區(qū)塊目前單方氣總成本約為1.6元/m3，已高于目前市場(chǎng)氣價(jià)，常規(guī)的地面建設(shè)模式難以降低運(yùn)行成本，不適應(yīng)高煤階煤層氣的開(kāi)發(fā)。

2我國(guó)高煤階煤層氣開(kāi)發(fā)問(wèn)題的解決對(duì)策及實(shí)踐

華北油田為提高產(chǎn)量與效益，2015年以來(lái)在深入分析問(wèn)題的基礎(chǔ)上，在勘探程序、工程技術(shù)適應(yīng)性及地面建設(shè)模式等3個(gè)方面完成了技術(shù)優(yōu)化，均已獲得初步成效，對(duì)我國(guó)高煤階煤層氣的開(kāi)發(fā)具有重要的借鑒意義。

2.1優(yōu)化煤層氣勘探程序，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)量控制程度提高

一是重新規(guī)范煤層氣勘探程序。在勘探階段增添普查和詳查2個(gè)重要步驟，創(chuàng)新提出了煤層氣勘探評(píng)價(jià)“三步走”的工作程序，確定了“一定、二探、三落實(shí)”的技術(shù)路線(xiàn)。其中在普查階段要以最少的投入“確定”主要含氣區(qū);在詳查階段要“探明”煤層氣富集區(qū)帶及主力層位;在評(píng)價(jià)階段要要初步“落實(shí)”優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)量區(qū)域。

在新型勘探程序指導(dǎo)下，在勘探階段充分利用“大、小井組”開(kāi)展開(kāi)發(fā)技術(shù)實(shí)驗(yàn)，一方面初步落實(shí)區(qū)域單井產(chǎn)氣能力，另一方面初步確定適用的開(kāi)發(fā)技術(shù)。規(guī)模開(kāi)發(fā)階段應(yīng)充分利用前期勘探成果完成開(kāi)發(fā)效益評(píng)價(jià)，具體落實(shí)單井產(chǎn)能及主體開(kāi)發(fā)技術(shù)，初步實(shí)現(xiàn)了高階煤層氣的勘探開(kāi)發(fā)一體化。

2014至2015年度，在馬必東區(qū)塊鉆6口評(píng)價(jià)井，其中4口生產(chǎn)井平均單井產(chǎn)量達(dá)到1700m3/d，提交了優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)量117億m3，預(yù)計(jì)未來(lái)可建設(shè)7億m3/年以上的產(chǎn)能。

2.2建立工程技術(shù)適應(yīng)性評(píng)價(jià)方法，煤層氣開(kāi)發(fā)效益提高

區(qū)域上煤層氣產(chǎn)能主控地質(zhì)因素發(fā)生變化，相應(yīng)的工程技術(shù)也應(yīng)隨之改變。在充分研究煤儲(chǔ)層特性及控產(chǎn)機(jī)理的基礎(chǔ)上，找出了影響工程技術(shù)效果的核心參數(shù)，分別為煤體結(jié)構(gòu)、煤巖變質(zhì)程度、地應(yīng)力及臨儲(chǔ)比等參數(shù)。因此，根據(jù)4個(gè)參數(shù)的差異，采取遞進(jìn)方式建立了適用不同工程技術(shù)的4種地質(zhì)模式(表2)，以減少工程技術(shù)帶來(lái)的副作用(圖1)。

圖1 高煤階煤層氣適用工程技術(shù)優(yōu)選流程圖

在此高效開(kāi)發(fā)技術(shù)體系指導(dǎo)下，在樊莊、鄭莊區(qū)塊優(yōu)選13口先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)直井，投產(chǎn)后平均單井產(chǎn)氣量超過(guò)2000m3/d，其中鄭莊區(qū)塊4口直井日產(chǎn)氣超過(guò)了2900m3/d，對(duì)提高煤層氣單井產(chǎn)能起到重要作用。

表2 高煤階煤層氣開(kāi)發(fā)工程技術(shù)地質(zhì)模式

2.3采用分布式地面建設(shè)模式，系統(tǒng)運(yùn)行效率有望提高

一是改變地面建設(shè)模式，實(shí)現(xiàn)地下、地上一體化建設(shè)。將原先“選區(qū)－布井－地面”流程依次遞進(jìn)為“選區(qū)－地面－布井”的建設(shè)方式。采取地下定區(qū)域－地面定井場(chǎng)－地下定井位的工作流程，可結(jié)合建產(chǎn)區(qū)地形地貌，有效避開(kāi)自然保護(hù)區(qū)、林地、農(nóng)田等影響因素。

二是改變工程設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)按需靈活、可拓可控式設(shè)計(jì)。打破傳統(tǒng)“大而全”式設(shè)計(jì)理念，取消固定站場(chǎng)建設(shè)，主要設(shè)備分橇、分置于井場(chǎng)，確保設(shè)備按需靈活配置，減少占地面積;系統(tǒng)采氣、集氣雙干管前移，確保井口回壓最低，產(chǎn)能釋放最大;干管接口預(yù)留，確保系統(tǒng)擴(kuò)展便捷;采氣、集氣、水管道同溝敷設(shè)，確保投資可控。

通過(guò)以上兩個(gè)“改變”，從源頭解決建設(shè)投資高、設(shè)備運(yùn)行效率低、設(shè)備閑置率高，站場(chǎng)能耗高等問(wèn)題。實(shí)施該種地面建設(shè)模式，預(yù)計(jì)億方產(chǎn)能地面工程建設(shè)投資較目前降低20%左右，系統(tǒng)運(yùn)行效率也將有大幅提升。

3結(jié)論

我國(guó)率先在高煤階煤層氣領(lǐng)域取得了的規(guī)模性開(kāi)發(fā)，但在開(kāi)發(fā)過(guò)程中普遍存在單井產(chǎn)氣量低、儲(chǔ)量有效動(dòng)用率低、產(chǎn)能到位率低、系統(tǒng)運(yùn)行效率低等現(xiàn)象，從煤層氣開(kāi)發(fā)技術(shù)問(wèn)題分析入手，找出了我國(guó)高煤階煤層氣開(kāi)發(fā)中存在的4個(gè)方面問(wèn)題:一是對(duì)煤層氣開(kāi)發(fā)的定位不確切;二是煤層氣勘探程序不合理;三是工程技術(shù)與儲(chǔ)層差異性不匹配;四是常規(guī)地面建設(shè)模式不適應(yīng)。

華北油田為提高產(chǎn)量與效益，2015年以來(lái)在深入分析問(wèn)題的基礎(chǔ)上，完成了以下3個(gè)方面的技術(shù)優(yōu)化:一是優(yōu)化煤層氣勘探程序，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)量控制程度提高;二是建立工程技術(shù)適應(yīng)性評(píng)價(jià)方法，煤層氣開(kāi)發(fā)效益提高;三是采用分布式地面建設(shè)模式，系統(tǒng)運(yùn)行效率有望提高。以上措施均已獲得初步成效，對(duì)我國(guó)高煤階煤層氣的開(kāi)發(fā)具有借鑒意義。

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(責(zé)任編輯劉馨)

Problems and Countermeasures in the Development of High Rank CBM in China

ZHU Qingzhong1，YANG Yanhui2，CHEN Longwei2，SHAO Guoliang2，MENG Fanhua3，WANG Yuting2
(1.North China Oilfield Branch，CNPC，Hebei062552; 2.Institute of Exploration and Development，North China Oilfield Branch，CNPC，Hebei062552; 3.Changzhi CBM Exploration and Development Branch Company of Hubei Oilfield，Shanxi046000)

In order to change the passive situation of development of high rank CBM in China，and achieve efficient development during 13thFive-year Plan Period，the paper starts from the analysis of the technical problems of CBM development，and finds out four problems existing in the high rank CBM development.First，the purpose of developing high rank CBM is unscientific.Second，the exploration procedure is unreasonable.Third，the engineering and reservoir diversity ismismatching.Forth，the field construction pattern is inadaptable.Therefore，countermeasures and top design concept for develop high rank CBM has been put forward，including to optimize the CBM exploration procedure and increases the sense of control high-quality reserves，to set up engineering adaptability evaluation methods and improve CBM exploitation benefit and to use distributed field construction pattern and raise system efficiency.

High rank CBM;efficient development;existing problems;countermeasures

國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)“山西沁水盆地煤層氣水平井開(kāi)發(fā)示范工程”(2011ZX05061)和中國(guó)石油股份公司重大專(zhuān)項(xiàng)“沁水煤層氣田勘探開(kāi)發(fā)示范工程”(2010E－2208)。

朱慶忠，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士研究生學(xué)位，長(zhǎng)期從事油氣田開(kāi)發(fā)及煤層氣開(kāi)發(fā)研究和生產(chǎn)管理工作。