貴州煤層氣地質特點與勘探開發(fā)對策分析

陳興祥，鄧 宇

（貴州天然氣能源投資股份有限公司，貴州貴陽 550081）

近些年貴州不斷提高煤氣層勘探開發(fā)的速度，在六盤水和畢節(jié)等地突破煤氣層工業(yè)發(fā)展，提高了煤氣層企業(yè)的經(jīng)營信心，并且引起全國的關注。貴州煤層氣資源主要儲存在晚二疊系龍?zhí)督M和長興組，貴州煤層氣資源量居于全國第二。在“十三五”發(fā)展期間，貴州省政府提出“氣化貴州”的發(fā)展目標，明確貴州能源產(chǎn)業(yè)的重點是煤層氣，并且計劃在省內(nèi)建設兩到三個煤氣層開發(fā)示范基地，因此需要客觀地認識貴州煤層氣地質特點，結合貴州煤層氣地質特征提出合適的煤層氣窺探開發(fā)技術。因此本文分析了貴州煤層氣地質特點，并且通過貴州煤層氣開發(fā)工程總結適合貴州煤層氣地質特點的勘探開發(fā)對策，指明貴州煤層氣開發(fā)工作的技術方向，為貴州煤層氣勘探開發(fā)提供參考依據(jù)。

1 貴州煤層氣地質條件特征

貴州煤層氣形成期在晚二疊世龍?zhí)镀冢谖覈戏降貐^(qū)，貴州煤層氣資源占據(jù)較大的優(yōu)勢，在構造演化過程中經(jīng)過多起發(fā)展，發(fā)生了強烈的分異，在沉積發(fā)展過程中發(fā)生了海陸交互和平面分異等，因此導致貴州煤層氣地質條件比較鮮明。通過了解貴州煤層氣的地質特點，可以制定出科學的勘探開發(fā)措施，同時可以提高貴州煤層氣勘探開發(fā)技術的針對性。

1.1 一弱

龍?zhí)督M含煤地層具有較差的富水性，地下水缺乏動力，整體流量比較少。煤礦床的補給水源通常是降雨，因此當?shù)氐乃牡刭|條件非常簡單。通常是在碎屑巖地層中存在煤層。煤層和灰?guī)r以及地表水之間具有相對隔水層。斷層帶和破碎帶具有較弱的富水性和導水性，無法形成水力聯(lián)系通道，煤層和地表水之間不存在水力聯(lián)系。這一特征是因為貴州煤層氣具有較高含氣量，如選用常規(guī)技術不利于開采貴州煤層氣。

1.2 兩多

貴州煤層氣具有較多的空氣構造類型和煤層層數(shù)。在后期改造工作的影響下，貴州煤層氣不斷被分割，形成多個獨立次級向斜單元。貴州煤層氣總體構造特征是向斜控氣。針對整個區(qū)域，貴州六盤水煤田主要類型是隔槽和隔擋式褶曲，斷層具有多樣性的性質，并且已經(jīng)嚴重破壞現(xiàn)有的煤層結構。織納煤田的主要類型為短軸式褶曲，整體結構非常簡單，并且完好地保存煤層結構。上二疊一共具有8～58層的煤，其中可以開采的是1～24層，因為聚煤期大地構造背景存在制約作用，導致貴州煤層氣不同于其他地區(qū)的地質條件，因此需要提出新的思路和方法開發(fā)煤層氣。

1.3 三高

貴州煤層氣資源豐度比較高，具有較高的含氣量和地應力以及儲層壓力。煤層具有較高的含氣量和資源豐度，說明貴州煤層氣具有豐富的資源，儲層能量非常大，貴州煤層氣具有較高的儲層壓力和地應力，說明當?shù)貪B透率比較低，等效煤儲層處于欠壓的狀態(tài)。

1.4 四大

四大指的是貴州煤氣層資源量和煤級變化，以及煤層滲透性變化、地質條件垂向變化比較大，貴州地區(qū)煤層氣資源量非常高，在全國煤層氣資源總量中占據(jù)18%以上，占據(jù)華南地區(qū)總量的63%以上。貴州地區(qū)的主要煤炭資源為變質煙煤——高煤級煤，同時還產(chǎn)出肥煤——無煙煤等，整體煤級呈現(xiàn)帶狀分布，這是構造條件帶來的結果，含煤地層的地下流體缺乏交換，因此不同煤層群具有獨立的煤層氣系統(tǒng)。

2 貴州煤氣層開采工藝的適應性

2.1 連續(xù)油管壓裂工藝技術

當前在煤氣層開車帶過程中廣泛利用連續(xù)油管壓裂工藝技術，這項技術的成本比較低，同時具有較高的工作效率，排量非常大，并且具有較高的產(chǎn)量。連續(xù)油管壓裂工藝技術利用連續(xù)油管，注入支撐劑和壓裂液，對于儲層實施壓裂改造。

在煤層層數(shù)較多的煤層適合利用連續(xù)油管壓裂工藝技術，可以分層壓裂薄煤層的小井眼。貴州龍?zhí)督M煤層具有較弱的富水性，并且層次較多，煤炭埋藏比較淺，因此適合利用連續(xù)油管壓裂工藝技術。

2.2 水力壓裂工藝技術

水力壓裂工藝技術可以實現(xiàn)煤氣層增產(chǎn)目標，最經(jīng)濟實用的方案是組合利用清潔壓裂液和活性水壓裂液以及石英砂。活性水壓裂液包括助排劑和氯化鉀以及清水，如果煤層氣處于背斜部位，在利用活性水壓裂施工過程中，需要合理設置施工參數(shù)，前置液量比較少，施工排量和砂比濃度都要較低，此外要利用較多的攜砂液量。如果煤氣處于向斜部位，并且煤儲層具有較高的滲透率，在施工中需要利用段賽技術。如果煤儲層具有較低的滲透率，需要利用中高砂比的施工方式。

壓裂用支撐劑具有較多的石英砂，石英砂的相對密度為2.65左右，體積密度在1.70g/cm3左右，整體價格非常低，同時具有較低的抗壓強度和硬度，因此適用于淺層中低層煤層壓裂工作，此外可以組合利用粗砂和中砂以及粉砂。

2.3 N2泡沫加砂壓裂工藝技術

在低壓和低滲的地層中適合利用N2泡沫加砂壓裂工藝技術，N2泡沫加砂壓裂工藝技術主要包括氮氣和液體以及表面活性劑等。N2泡沫加砂壓裂工藝技術利用誘生裂縫排液，不會破壞儲層。在施工中利用的液量比較少，不會引發(fā)煤層污染問題。N2泡沫加砂壓裂工藝技術的濾失比較小，比較容易制造長而寬的裂縫。此外具有很強的攜砂和懸砂能力。煤層氣具有較快的解吸速度。但是N2泡沫加砂壓裂工藝技術具有較高的成本，要求地層溫度在31℃以上，同時很難控制泡沫質量。因為貴州織納煤田部分向斜煤層，因為地層溫度在40℃以上，因此適合利用N2泡沫加砂壓裂工藝技術。

2.4 叢式井壓裂工藝技術

叢式井井身結構包括4口井，需要結合井網(wǎng)部署方式，控制靶心偏移距離在150～170m，在目的層形成井網(wǎng)。為了保障泵工作正常性，需要控制井斜角在250°以內(nèi)。開發(fā)叢式井的過程中主要是利用煤層壓裂技術和空氣鉆井技術。在投產(chǎn)叢式井之前，需要經(jīng)過壓裂工序，根據(jù)工作要求控制壓裂液的規(guī)模和加砂量。織納煤田中南部保存完好的煤層原生態(tài)結構，同時具有復雜的地貌，地形被嚴重切割，同時具有較大的高差，因此有利于利用叢式井壓裂工藝技術，可以滿足地質條件需求。

3 貴州煤層氣勘探開發(fā)戰(zhàn)略

在我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，貴州省占據(jù)重要地位。為了更好地勘探開發(fā)貴州煤層氣，需要加強煤氣層開發(fā)，降低煤礦瓦斯事故發(fā)生率，需要結合貴州煤層氣地質條件制定科學的勘探開發(fā)方案。

3.1 明確貴州煤層氣資源潛力

首先需要選用先進的評價方法，提取勘探資料中有關貴州煤層氣的地質信息，明確貴州煤層氣資源的數(shù)量和質量等，從而可以客觀地評價貴州煤層氣資源特性。其次需要分析貴州煤層氣含氣性和滲透性等，確定貴州煤層氣的關鍵地質控制因素，根據(jù)成藏效應精細的預測煤層氣富集高滲地帶，從而確定貴州煤層氣的勘探方向。最后需要評價貴州煤層氣的可采性，結合構造應力場和地下水動力場以及煤層巖石力學性質等方面，明確貴州煤層氣的開發(fā)地質條件，從而可以合理選配貴州煤層氣開發(fā)工藝技術。

3.2 各種煤層氣開發(fā)技術的適應性

我國不斷引進國外先進的煤層氣開發(fā)技術，但是應用效果存在較大的差異性，因此需要分析貴州煤層氣開發(fā)技術的適應性。首先需要考慮先進技術是否適合貴州煤層氣地質條件，其次需要考慮技術是否可以滿足貴州煤層氣資源開發(fā)需求。為了有效開發(fā)貴州煤層氣資源，需要加強自主研發(fā)合適的技術。因此分析開發(fā)技術的適應性，不僅需要結合貴州煤層氣結構的特征，還要結合貴州省特殊地質條件，結合區(qū)塊煤層氣地質條件，總結前期煤層氣勘探開發(fā)實驗經(jīng)驗，對比分析不同技術的開發(fā)勘探效果，從而制定適合貴州煤層氣的技術方案。

3.3 合理制定貴州煤層氣資源勘探開發(fā)的戰(zhàn)略規(guī)劃

根據(jù)貴州省全省的能源結構，統(tǒng)籌規(guī)劃貴州煤層氣勘探方向和開發(fā)模式等。分類分級貴州煤層氣地質選區(qū)。根據(jù)貴州煤層氣地面開發(fā)情況，綜合分析經(jīng)濟性和技術性等因素，確定煤氣層分期勘探的方向。結合技術適應性分析結果和地質選取結果，參考資源開發(fā)經(jīng)驗，建立貴州針對性的煤層氣開發(fā)模式，明確貴州煤層氣開發(fā)步驟，結合資源分布情況，制定貴州煤層氣利用方案。

結合貴州工作成果，因為織納煤田整體地質條件比其他地區(qū)要好一些，可以開發(fā)為基地，因此可以將其作為貴州煤層氣勘探開發(fā)的主要發(fā)展區(qū)域。在貴州煤層氣開發(fā)過程中可以借鑒晉城開發(fā)模式，結合利用礦井長鉆孔順層密集抽采和圍繞東區(qū)域地面規(guī)模性預抽采方式，在開采區(qū)域利用地面直井和叢式井組，保障煤層氣綜合集輸效果。六盤水煤田可以利用淮南模式，利用遠距離保護層采動卸壓，利用礦井瓦斯抽采方式，結合地面抽采技術，有效抽采采動區(qū)煤層氣。利用上述實踐，可以分析不同煤層氣開采技術的適應性，總結適合貴州省條件的開發(fā)模式。

3.4 判斷地質條件的適應性

近些年相關部門致力于引進煤層氣挖掘措施。但是很多地塊的煤層氣綜合挖掘效果并不理想，這是因為當?shù)氐刭|要素不適合全方位的開發(fā)煤層氣，為了改變工作現(xiàn)狀，相關部門需要關注當?shù)氐刭|的適應性，根據(jù)地質要素制定針對性的開發(fā)規(guī)劃。同時需要在全省角度擬定煤層氣的勘探規(guī)劃，符合煤層氣的開發(fā)目標。此外需要結合地質選取，擬定響應的開發(fā)模式和勘探煤層氣方向，確定煤層氣相應的開發(fā)步驟，結合綜合分布特征優(yōu)化貴州煤層氣開發(fā)效果。

4 結束語

貴州煤層氣地質條件非常復雜，勘探開發(fā)起步較晚，很多地質資料來源于煤礦地質鉆孔分析，未開展大面積的二維或三維地震勘探，地質資料分析有待進一步加深。另外，貴州煤層氣勘探受阻于礦權劃分，目前主要是省內(nèi)烏江能源集團，盤江煤電集團在做煤層氣勘探，雖然中石化在畢節(jié)織金做了一些勘探，但整體勘探進展有限，國內(nèi)主要煤層氣勘探企業(yè)仍無法參與貴州煤層氣勘探開發(fā)工作，導致貴州煤層氣整體勘探進度緩慢。貴州未來煤層氣勘探開發(fā)需要制定科學的開發(fā)戰(zhàn)略方案，需要走捷徑路線。必須結合貴州煤層氣地質特征，充分利用國內(nèi)成熟的鉆完井技術、儲層壓裂改造技術、智能排采技術等，優(yōu)選開發(fā)技術路徑，破除礦權壁壘，引進優(yōu)質企業(yè)形成良性競爭，形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，為 “氣化貴州”“綠色貴州”助力。