大佛寺區塊煤層氣勘探開發現狀及建議

陳 龍 徐建民 張 河 馬 壯 許 聰 趙世亮

(1. 陜西省煤層氣開發利用有限公司，陜西 710119；2. 陜西省煤層氣工程技術研究中心，陜西 710119；3. 陜西新泰能源有限公司，陜西 710119)

大佛寺井田煤層氣開發始于2009年，為探索適合大佛寺井田的地面煤層氣開發方式，陜西省煤層氣開發利用有限公司分別嘗試了垂直井、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，目前已建成煤成氣井40口，并獲得商業氣流，產氣效果良好。

1 研究區地層及水文地質特征

1.1 研究區地層

大佛寺井田位于陜西省黃隴侏羅紀煤田西部，地層由老至新依次出露有中三疊統銅川組(T2t)，上三疊統胡家村組(T3f)，下侏羅統富縣組(J1f)，中侏羅統延安組(J2y)、直羅組(J2z)和安定組(J2a)，下白堊統宜君組(K1y)、洛河組(K1l)和環河—華池組(K1h)，地表覆蓋新近系(N)和第四系(Q)。

圖2 大佛寺井田4號煤層厚度分布圖

研究區含煤地層為侏羅系中統延安組，煤層氣開發的主力煤層為4號煤。

1.2 研究區水文地質特征

研究區水文地質條件總體簡單，含煤地層和煤層富水性較弱。延安組煤系含水層與其他含水層之間無明顯水力聯系，有利于煤層氣的保存。4號煤層下部一般無含水層。區內主要含水層為白堊系洛河組含水層，該含水層組厚度大，富水性與滲透性相對較好但變化較大，離主采煤層距離相對較遠。煤層位于當地侵蝕基準面以下，地表水與地下水的水力聯系微弱，且煤層頂、底板較為穩定，隔水性好，對煤層氣的保存較為有利。良好的地質背景為煤層氣抽采提供了非常有利的條件。

2 研究區構造

大佛寺井田位于彬長礦區南部路家小靈臺背斜與彬縣背斜之間，主要構造為師家店向斜、祁家背斜以及安化向斜的南翼，地層傾角平緩，一般3°～5°，最大17°～21°。采掘過程及地面地震勘探發現斷層數條，斷層落差以5m以下為主，構造總體較為簡單，如圖1所示。

圖1 大佛寺井田構造示意圖

3 煤儲層特征與含氣性特征

3.1 煤層展布特征

研究區延安組共含煤6層，自上而下依次編號為3-1、3-2、4上-1、4上-2、4上、4號煤。其中：上段含3-1、3-2煤兩層，中段含4上-1、4上-2、4上煤三層，下段含4號煤一層。3-1、3-2煤不可采，4上-1、4上-2、4上為局部可采煤層，4號煤為主采煤層，厚度0～19.23m，平均可達11.65m，厚度大，橫向分布穩定。煤層結構簡單完整，一般含夾矸0～2層。平面上表現為：東部煤層厚度大，向西厚度減薄；南北方向表現為師家店向斜軸部區域煤層厚度大，向南向北煤層厚度減薄(圖2)。

3.2 煤層埋深

4號煤平面上展布穩定，連續分布，受褶皺構造影響，底板起伏變化較大。標高變化在410～800m間，多為400～700m間，東南部標高最高，一般為700m左右，祁家背斜控制區煤層底板標高相對較高，安化向斜與師家店向斜區煤層底板標高較低，尤其是安化向斜的北翼，煤層底板標高為全區最低(圖3)。

圖3 大佛寺井田4號煤層底板埋深圖

4號煤總體埋深在800m以淺，祁家背斜分布區煤層埋深小于500m，師家店向斜區域煤層相對較深，總體表現為由東部向西部逐漸加深的趨勢。

3.3 儲層物性特征

3.3.1 儲層孔隙特征

研究區暫時缺少各主力煤層相關孔隙特征的研究成果。據煤樣測試結果，煤巖總孔隙度都在10%以下，4號煤的總孔隙度平均為5.06%，具體見表1。

表1 大佛寺井田4號煤孔隙度數據

3.3.2 儲層滲透性特征

大佛寺井田生產井試井測得的4號煤滲透率為3.0～6.0mD。國內煤層氣開發區塊中，煤的變質程度基本都達到了高煤階或中高煤階，滲透率相對較高的當屬沁水盆地潘莊區塊，其中PZC02、PZC03、TL-006、TL-007井3號煤層實測滲透率分別為：1.9、0.8、0.61、2.0mD，煤層滲透率總體上在0.5～2.0mD之間(劉升貴等，2013)。因此，相比之下大佛寺井田4號煤儲層滲透率相對較高，為煤層氣解吸提供了良好的天然通道。

3.3.3 煤儲層壓力

煤儲層壓力直接決定著煤對甲烷等氣體的吸附和煤層瓦斯的解吸能力及程度，是影響煤層瓦斯抽采的重要參數。據研究區煤層氣參數井數據顯示，4號煤層埋深為400～900m，儲層壓力為2.43～3.20MPa，平均2.81MPa，壓力梯度為0.45～0.53MPa/100m，平均0.49MPa/100m。區內各煤儲層壓力梯度小于靜水壓力梯度，為低壓異常狀態。各煤層儲層壓力與埋深呈較好的正相關關系，即儲層壓力隨著埋深增加逐漸增大。

3.3.4 4號煤層透氣性系數

煤層透氣性系數反映瓦斯沿煤層流通的難易程度，是表征煤層滲透性的主要指標之一。對4號煤層井下施工鉆孔進行了透氣性測試，4號煤透氣性系數相對較高為2.216～5.340m2/MPa2·d。

3.4 煤層含氣性特征

根據煤田鉆孔數據及煤層氣井取心測試資料，區內4號煤層的含氣量相對其他區塊較低，在0～6.29m3/t之間(解吸氣量)，含氣量值分布范圍較大，區域分布規律明顯。東部含氣量較高，向西煤層含氣量值較低，含氣量高值區相對應的煤層厚度也較大(圖4)。

圖4 大佛寺井田4號煤層含氣量等值線圖

從地面煤層氣參數井含氣量測試成果來看，區內6口參數井測試的煤層氣含量為0.73～3.65m3/t，與勘探時期測試的氣含量分布較為一致，但含氣量數值差距較大，總體偏小，氣含量分布的不均一性明顯，總體呈現東高西低的特點(表2)。

表2 地面煤層氣井氣含量測試結果統計表

4 研究區煤層氣勘探開發現狀

2009年至今，已在大佛寺井田建成地面煤層氣抽采井40口，其中水平井12口，直井28口，主要分布在井田的北部、中部和東部區域。

圖5 直井DFS-XX1井排采曲線

圖6 多分支水平井DFS-XX2井排采曲線

目前，大佛寺井田煤層氣日產量達5萬m3，累計產量逾5500萬m3，其中，直井DFS-XX1和多分支水平井DFS-XX2日產氣量分別突破2000m3和30000m3(圖5、6)，創全國為數不多的煤層氣高產井記錄，展現了良好的開發前景；同時配套建成了日處理能力5萬m3的壓縮提純站一座，共壓縮提純煤層氣1000萬余m3，并全部通過集輸管網銷售。從研究區煤層氣井排采數據來看(選取研究區內各個區域煤層氣井排采數據)，多分支水平井為研究區最有利的煤層氣抽采井型，而直井產氣效果相對一般(表3)。

表3 大佛寺井田煤層氣井排采數據

大佛寺井田煤層氣勘探開發項目推進過程中雖取得了一定突破，但仍存在一些問題，如研究區參數井數量少，不能全面掌握煤層氣產量主控因素和賦存規律，且未優化煤層氣抽采井型做到科學合理的井位部署，需進一步分析研究并確定下一步開發思路。

5 相關建議

針對大佛寺井田煤層氣開發現狀，參考行業內先進做法和經驗，在煤層氣資源勘探開發工作中應重點做好以下幾方面工作：

(1)研究區煤儲層含氣量分布不均勻，儲層含氣量、含氣飽和度、臨儲比等主控因素尚未查清，應進一步加強對井田小構造、含氣量、滲透率和水文地質條件等參數的勘探和分析，查清影響井田煤層氣產量主控因素和賦存規律，為進一步做好該區域煤層氣地面開發提供翔實的資料。

(2)研究區煤層具有非均質性，其煤層氣地質條件、煤儲層特征存在差異性，造成不同地質條件和煤儲層特征的煤層氣井產氣效果存在差異，實際井位部署中應增加參數井的數量，便于及時分析研究局部煤儲層相關參數，為部署生產井提供依據，減少布井的盲目性和風險。

(3)水平井為研究區最有利的煤成氣抽采井型，建議后續開發過程中以水平井為主、在地形條件復雜的煤層氣資源富集區輔以直井或定向井進行開發。

(4)建議在大佛寺井田實施井下、地面一體化煤層氣立體抽采模式，最大限度地降低煤層瓦斯含量和礦井瓦斯涌出量，做到先抽后采，從源頭上解決礦井瓦斯問題，保障礦井安全生產，同時獲取煤層氣開發的資源及經濟效益。

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