沁水盆地南部鄭莊區(qū)塊15 號(hào)煤與3 號(hào)煤儲(chǔ)層物性及產(chǎn)氣差異研究

張 聰，李夢(mèng)溪，馮樹仁，胡秋嘉，喬茂坡，吳定泉，于家盛，李可心

(中國石油天然氣股份有限公司山西煤層氣勘探開發(fā)分公司，山西 長治 046000)

沁水盆地南部是我國煤層氣勘探開發(fā)投入工程量最多、研究程度最高、產(chǎn)量最大的盆地[1-6]，也是我國煤層氣勘探開發(fā)最有潛力的盆地之一。鄭莊區(qū)塊是沁水盆地南部的重點(diǎn)開發(fā)區(qū)塊，也是近年來沁水盆地南部主要的上產(chǎn)區(qū)塊。山西組3 號(hào)煤與太原組15 號(hào)煤是本區(qū)主力產(chǎn)層，但15 號(hào)煤層由于煤層厚度薄，且區(qū)域展布變化大，早期試采產(chǎn)水量高、效果差等原因[7]，影響了其勘探開發(fā)進(jìn)程。2016 年在鄭莊西南部投產(chǎn)4 口雙層(3 號(hào)、15 號(hào)煤層)合采井，單井產(chǎn)量達(dá)到4 000 m3/d[6]，明顯高于周邊單采3 號(hào)煤層的單井平均日產(chǎn)氣1 500 m3，表明3 號(hào)、15 號(hào)煤層合采是未來本區(qū)塊內(nèi)煤層氣開發(fā)的重要方式[6,8]。通過精細(xì)構(gòu)造解釋、優(yōu)化儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及工藝技術(shù)進(jìn)步，2019 年，鄭莊區(qū)塊西南部一口15 號(hào)煤套管壓裂水平井產(chǎn)氣量突破10 000 m3/d，表明15 號(hào)煤層作為鄭莊區(qū)塊開發(fā)接替目的層是可行的。因此，基于3 號(hào)煤層特征的基礎(chǔ)上開展15 號(hào)煤儲(chǔ)層特征的研究，對(duì)于下步勘探開發(fā)選區(qū)具有理論意義。

筆者在前人對(duì)沁水盆地南部15 號(hào)煤層研究的基礎(chǔ)上[9-16]，重點(diǎn)從煤層厚度、含氣性、滲透率及煤體結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行15 號(hào)煤層與3 號(hào)煤層對(duì)比分析，找出其分布差異和原因，并劃分15 號(hào)煤煤層氣的勘探開發(fā)有利區(qū)，將對(duì)鄭莊區(qū)塊15 號(hào)煤煤層氣勘探開發(fā)實(shí)踐提供指導(dǎo)，也為相似區(qū)塊的煤層氣勘探開發(fā)提供借鑒。

1 地質(zhì)概況

鄭莊區(qū)塊主體位于山西省沁水縣境內(nèi)，構(gòu)造上位于沁水盆地南部，整體為向西北傾斜的馬蹄形構(gòu)造。區(qū)內(nèi)斷層以高角度正斷層為主，逆斷層零星分布。寺頭斷層位于區(qū)塊東部，是研究區(qū)內(nèi)最大的斷層，為一高角度正斷層，斷層方向自東向西方向由SN 向NE 向發(fā)生偏轉(zhuǎn)；后城腰斷層位于區(qū)塊東南部，是研究區(qū)內(nèi)第二大斷層，認(rèn)為該斷層是寺頭斷層的伴生斷層，方向?yàn)镹E?SW。區(qū)內(nèi)地層傾角5o～15o，褶皺構(gòu)造方向以NE 為主；西南部構(gòu)造簡單，褶皺不發(fā)育，斷層以大斷層為主；向北褶皺逐漸發(fā)育，主要以擠壓型構(gòu)造為主；再向東北方向斷層發(fā)育較多，構(gòu)造復(fù)雜。

研究區(qū)主要含煤地層為上石炭統(tǒng)–下二疊統(tǒng)太原組及下二疊統(tǒng)山西組，山西組沉積屬于陸表海淺水三角洲沉積體系，主要沉積微相為分流河道、分流間灣和沼澤；太原組沉積環(huán)境變化相對(duì)較大，可分為三角洲相、障壁海岸相及碳酸鹽臺(tái)地相[17-19]。

2 煤儲(chǔ)層特征對(duì)比分析

2.1 厚 度

3 號(hào)煤層全區(qū)橫向展布穩(wěn)定，厚度為5～8 m，平均6 m，平面變化不大。15 號(hào)煤層厚度介于2～9 m，平均不足4 m，厚度分布不穩(wěn)定；南部厚度較薄，基本在2～3.5 m；往北厚度逐漸增加，最厚處達(dá)到9.2 m，但平面厚度變化較大(圖1)。

圖1 鄭莊區(qū)塊3 號(hào)、15 號(hào)煤層厚度疊合Fig.1 Superposition diagram of No.3 and No.15 coal thickness in Zhengzhuang Block

2.2 含氣量

3 號(hào)煤層含氣量一般在13～31 m3/t，由南向北逐漸增加，局部受到復(fù)雜構(gòu)造、斷層影響，含氣量低于10 m3/t。15 號(hào)煤層含氣量一般在10～29 m3/t，平面分布與3 號(hào)煤層有相似的分布特點(diǎn)，隨埋深增加由南向北逐漸增加。對(duì)比而言，在研究區(qū)南部，15 號(hào)煤層含氣量高于3 號(hào)煤，而北部15 號(hào)煤層含氣量變化較大(圖2)。

圖2 鄭莊區(qū)塊3 號(hào)、15 號(hào)煤層含氣量疊合Fig.2 Superposition map of No.3 and No.15 coal gas content in Zhengzhuang Block

2.3 煤巖煤質(zhì)、煤體結(jié)構(gòu)特征

從宏觀煤巖結(jié)構(gòu)來看，3 號(hào)、15 號(hào)煤層的宏觀煤巖組分都以亮煤為主，其次為暗煤，鏡煤和絲炭較少。從顯微組分來看，15 號(hào)煤層鏡質(zhì)組分體積分?jǐn)?shù)在65.4%～94.7%，平均為81.2%，惰質(zhì)組分體積分?jǐn)?shù)在5.3%～34.6%，平均為18.8%；3 號(hào)煤層鏡質(zhì)組分體積分?jǐn)?shù)在60.8%～92.7%，平均為71.8%，惰質(zhì)組分體積分?jǐn)?shù)在7.3%～39.2%，平均為28.3%；比較來講15 號(hào)煤層鏡質(zhì)組分含量較高。從工業(yè)分析來看，15 號(hào)煤層灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.18%～22.98%，平均為15.6%，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.66%～1.7%，平均為1.09%，揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.70%～9.32%，平均為7.16%；3 號(hào)煤層灰分9.23%～28.72%，平均為14.05%，水分0.8%～1.87%，平均為1.24%，揮發(fā)分5.44%～10.84%，平均為7.45%；兩煤層相差不大。

從煤體結(jié)構(gòu)來講，3 號(hào)、15 號(hào)煤層的煤體結(jié)構(gòu)均以原生?碎裂煤為主，僅在斷裂發(fā)育區(qū)碎粒煤發(fā)育，糜棱煤基本不發(fā)育。

2.4 吸附性

煤對(duì)甲烷吸附性通常采用Langmuir 方程來描述。煤的吸附特征在計(jì)算煤層氣的臨界解吸壓力、含氣飽和度及煤層氣開發(fā)難易程度等方面應(yīng)用較廣[13]。統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，15 號(hào)煤層的Langmuir 體積為35.7～47.2 m3/t，平均為41.3 m3/t，Langmuir 壓力為1.9～3.7 MPa，平均為2.6 MPa，3 號(hào)煤層的Langmuir 體積為26.6～48.5 m3/t，平均為36.5 m3/t，Langmuir 壓力為1.97～3.93 MPa，平均為2.87 MPa。15 號(hào)、3 號(hào)煤層的Langmuir 體積和壓力值相近且都比較大，表明兩煤層均具有強(qiáng)的吸附能力。

3 號(hào)煤層吸附時(shí)間在1.8～27 d，平均為12 d，15 號(hào)煤吸附時(shí)間為2.3～14.2 d，平均6 d，相比較而言，15 號(hào)煤層更容易解吸。孟艷軍等[20]定義解吸速率，反映煤層解吸效率的快慢，研究區(qū)15 號(hào)煤解吸效率普遍高于3 號(hào)煤。

2.5 孔滲特征

2.5.1孔裂隙性

壓汞測(cè)試孔隙率結(jié)果顯示，沁水盆地南部15 號(hào)煤層孔隙率為2.25%～10.9%，平均5.17%，與3 號(hào)煤層孔隙率3.08%～8.8%，平均為4.53%，基本相當(dāng)[10]。

煤層裂隙特別是煤層割理的發(fā)育情況對(duì)儲(chǔ)層滲透性影響較大，后期的礦物充填對(duì)煤儲(chǔ)層滲透性產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響[21-22]。借助宏觀觀察及光學(xué)顯微鏡觀察，15 號(hào)煤層面割理密度平均為12 條/5 cm，端割理為5.8 條/5 cm，3 號(hào)煤層面割理密度為9 條/5 cm，端割理為5.9 條/5 cm；15 號(hào)煤層顯微裂隙密度為4.3～12 條/cm，平均7.1 條/cm，3 號(hào)煤層為2～9.5 條/cm，平均為6.2 條/cm；對(duì)比來講15 號(hào)煤層宏觀割理裂隙、顯微裂隙整體較3 號(hào)煤層發(fā)育。進(jìn)一步掃描電鏡觀察(圖3)，15 號(hào)煤層顯微裂隙次生裂隙發(fā)育，局部多見充填物，裂隙閉合度較高，以方解石為主，黏土礦物次之。

圖3 鄭莊區(qū)塊3 號(hào)、15 號(hào)煤層掃描電鏡Fig.3 Scanning electron microscope images of No.3 and No.15 coal rocks in Zhengzhuang Block

2.5.2滲透性

滲透率是衡量煤層氣開發(fā)的重要指標(biāo)之一。通過對(duì)研究區(qū)19 口井試井滲透率數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)：3 號(hào)煤層的滲透率(0.011～0.43)×10?3μm2，平均為0.1×10?3μm2；15 號(hào)煤層的滲透率為(0.012～3.13) ×10?3μm2，平均為0.79×10?3μm2。從平面上看，15 號(hào)煤層在西南部、中北部存在局部高滲區(qū)域(圖4)。

圖4 鄭莊區(qū)塊3 號(hào)、15 號(hào)煤儲(chǔ)層滲透率疊合Fig.4 Superposition diagram of No.3 and No.15 coal permeability in Zhengzhuang Block

2.6 頂?shù)装鍘r性

根據(jù)鉆井、測(cè)井資料，3 號(hào)煤層頂?shù)装宥嘁苑凵百|(zhì)泥巖為主，頂?shù)装宸馍w性較好；15 號(hào)煤層頂板以K2灰?guī)r覆蓋，底板以粉砂質(zhì)泥巖為主，封蓋性較好，但頂板灰?guī)r局部含水[7,23]。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)電性特征可以指征頂板灰?guī)r的含水性，電阻率越小，含水性越強(qiáng)；自然電位負(fù)異常越大，含水性越強(qiáng)，如圖5 所示。

圖5 15 號(hào)煤層頂板灰?guī)r電阻率、自然電位負(fù)異常與日產(chǎn)水關(guān)系Fig.5 Relationship between resistivity,negative spontaneous potential anomaly and daily water production of No.15 coal roof limestone

利用頂板灰?guī)r自然電位負(fù)異常值、電阻率值及自然伽馬值與含水性關(guān)系進(jìn)行綜合判斷，15 號(hào)煤層頂板灰?guī)r富水程度如圖6 所示。

圖6 鄭莊區(qū)塊15 號(hào)煤層頂板灰?guī)r富水程度分布Fig.6 Distribution of water abandunce of No.15 coal roof limestone in Zhengzhuang Block

3 儲(chǔ)層差異特征分析

以往研究發(fā)現(xiàn)[24-26]，沁水盆地南部決定3 號(hào)煤層富集高產(chǎn)的主控因素有煤層厚度、含氣量、滲透性、煤體結(jié)構(gòu)、埋深等。對(duì)比研究區(qū)3 號(hào)、15 號(hào)煤儲(chǔ)層發(fā)現(xiàn)，煤層厚度、含氣量、滲透性、吸附特征及頂?shù)装搴源嬖谝欢ǔ潭鹊牟町悾斐蓛?chǔ)層差異的主因是沉積環(huán)境和構(gòu)造影響程度。

3.1 影響因素

3.1.1沉積環(huán)境

山西組3 號(hào)煤層和太原組15 號(hào)煤層沉積環(huán)境相差較大[17-19]。3 號(hào)煤層形成于靠陸地一側(cè)，為下三角洲平原分流間灣環(huán)境，泥炭堆積速率與可容空間增長速率較快，因此，3 號(hào)煤層厚度較大且相對(duì)穩(wěn)定分布；同時(shí)由于在弱還原環(huán)境下形成，3 號(hào)煤層中鏡質(zhì)組含量相對(duì)較低，惰質(zhì)組含量相對(duì)較高。15 號(hào)煤層則形成于靠海一側(cè)，為障壁?潟湖成煤環(huán)境，泥炭堆積速率與可容空間增加速率較慢，再加上水體較深，不利于泥炭沼澤的發(fā)育，造成15 號(hào)煤層厚度平面分布差異較大[15]；此外，較深水體下的強(qiáng)還原環(huán)境，造成15 號(hào)煤層鏡質(zhì)組含量高于3 號(hào)煤層，相應(yīng)的惰質(zhì)組相對(duì)較低。

灰分產(chǎn)率是煤中礦物質(zhì)含量的指示，也與礦物種類有關(guān)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，如圖7 所示，15 號(hào)煤吸附時(shí)間與灰分產(chǎn)率呈明顯負(fù)相關(guān)，而3 號(hào)煤層該相關(guān)性不明顯。濱海平原環(huán)境下形成的15 號(hào)煤層頂板以灰?guī)r為主，受到濱海相沉積環(huán)境及灰?guī)r頂板淋濾共同作用，導(dǎo)致15號(hào)煤層中礦物含量較多；礦物的大量存在會(huì)降低煤儲(chǔ)層的吸附性能[27]。

圖7 3 號(hào)、15 號(hào)煤層吸附時(shí)間與灰分產(chǎn)率關(guān)系Fig.7 Relationship between adsorption time and ash yield of No.3 and No.15 coal

3.1.2地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤儲(chǔ)層的影響主要表現(xiàn)在對(duì)含氣量和滲透性的影響。全區(qū)來講，3 號(hào)、15 號(hào)煤層所在的區(qū)域構(gòu)造具有一定的繼承性，即3 號(hào)煤層構(gòu)造與15 號(hào)煤層相似，整體呈現(xiàn)馬蹄形，向北靠近盆地中心，含氣量由南向北呈上升趨勢(shì)，如圖2 所示。局部地層受到后期構(gòu)造作用造成強(qiáng)烈變形，導(dǎo)致斷層發(fā)育，破壞煤層氣的保存條件，造成含氣量下降；由于后期斷裂構(gòu)造對(duì)15 號(hào)煤層的破壞程度較3 號(hào)煤層更嚴(yán)重，造成3 號(hào)煤層和15 號(hào)煤層含氣量局部規(guī)律的差異。

圖8 中AA是一條貫穿鄭莊區(qū)塊南北的地震剖面，A—A剖面上對(duì)應(yīng)井的3 號(hào)和15 號(hào)煤層含氣量分布。從圖中可以看出，南部15 號(hào)煤層含氣量高于3 號(hào)煤層，但是在區(qū)塊中北部出現(xiàn)15 號(hào)煤層含氣量低于3 號(hào)煤層。這是由于南部構(gòu)造相對(duì)簡單，隨著埋深的增加，煤層含氣量逐漸增加，15 號(hào)煤層較3 號(hào)煤層深100 m 左右，因此，15 號(hào)煤層含氣量相對(duì)較高；中北部受到強(qiáng)烈的構(gòu)造變形，15 號(hào)煤層附近斷層發(fā)育，但該類斷層斷距較小，未影響至3 號(hào)煤層，造成15 號(hào)煤層保存條件變差，含氣量下降，而3 號(hào)煤層未受影響。

圖8 AA 地震剖面及對(duì)應(yīng)位置含氣量Fig.8 AA seismic profile and gas content at the corresponding location

通常來講，構(gòu)造變形會(huì)引起局部裂隙相對(duì)發(fā)育，尤其斷層發(fā)育區(qū)裂隙通常極發(fā)育。研究區(qū)東部臨近寺頭斷層、后城腰斷層，次級(jí)斷層發(fā)育，同樣的裂隙也較為發(fā)育。中北部構(gòu)造形態(tài)復(fù)雜，曲率較大，裂隙較南部發(fā)育。

3.2 儲(chǔ)層差異對(duì)開發(fā)影響

15 號(hào)煤層厚度較薄(通常2～5 m)，但含氣量較高，具備高產(chǎn)資源基礎(chǔ)。研究區(qū)15 號(hào)煤層厚度變化較大，南部煤層厚度2～4 m，但含氣量最高可達(dá)29 m3/t，彌補(bǔ)了因厚度不足造成難以持續(xù)高產(chǎn)的資源基礎(chǔ)問題；北部煤層厚度逐漸增厚，最厚處可達(dá)9.2 m，除局部保存條件變差外，含氣量普遍大于24 m3/t。

15 號(hào)煤層埋深較大，但鏡質(zhì)組含量高，微裂隙更發(fā)育，滲透性反而變好。一般來講，15 號(hào)煤層相比較3 號(hào)煤層埋深增加100 m 左右，受到壓實(shí)作用滲透性會(huì)變差；但15 號(hào)煤層鏡質(zhì)組含量高，微裂隙更加發(fā)育，儲(chǔ)層物性變好(圖4)。煤層縱向非均質(zhì)性較強(qiáng)[10]，本文將縱向上鏡質(zhì)組含量高、煤質(zhì)好、灰分低的煤巖分層定義為優(yōu)質(zhì)層；優(yōu)質(zhì)層厚度越大，表明儲(chǔ)層的生氣潛力和物性越好。自然伽馬測(cè)井響應(yīng)值與煤層的灰分、黏土含量都具有正相關(guān)關(guān)系，可定量表征優(yōu)質(zhì)層的煤質(zhì)特征；研究區(qū)生產(chǎn)實(shí)踐表明，自然伽馬值低于60 API，單采15 號(hào)煤層產(chǎn)量具備日產(chǎn)氣量1 000 m3以上產(chǎn)氣能力。

局部頂板灰?guī)r水動(dòng)力變強(qiáng)，影響15 號(hào)煤層排水降壓。生產(chǎn)實(shí)踐表明，15 號(hào)煤層頂板灰?guī)r含水性整體較弱，有利于煤層排水降壓；局部區(qū)域受到斷裂構(gòu)造影響溝通含水層，頂板強(qiáng)富水性增強(qiáng)，煤層降壓難度增加，產(chǎn)水差異大成為影響15 號(hào)煤煤層氣開發(fā)的重要因素。

4 15 號(hào)煤層的煤層氣有利區(qū)及產(chǎn)氣特征

4.1 有利區(qū)劃分

根據(jù)15 號(hào)煤儲(chǔ)層發(fā)育分布規(guī)律，結(jié)合含氣性、滲透性、煤體結(jié)構(gòu)等參數(shù)，采用層次分析法、地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)技術(shù)[25,28]，劃分鄭莊區(qū)塊15 號(hào)煤煤層氣開發(fā)有利區(qū)，如圖9 所示。

圖9 鄭莊區(qū)塊15 號(hào)煤層氣開發(fā)有利區(qū)劃分Fig.9 Favorable area division of No.15 CBM development in Zhengzhuang Block

I 類單元含氣量大于18 m3/t，滲透率大于0.2×10?3μm2，原生?碎裂結(jié)構(gòu)煤發(fā)育，優(yōu)質(zhì)層厚度普遍大于2 m，頂板灰?guī)r含水性弱，主要分布在區(qū)內(nèi)西南部、東南部局部以及中北部零星分布；其中西南部15 號(hào)煤層厚度雖然較薄(厚度2～3 m)，但含氣性、滲透性較好，煤體結(jié)構(gòu)以原生結(jié)構(gòu)煤為主，是該區(qū)15 號(hào)煤層氣開發(fā)“甜點(diǎn)區(qū)”。Ⅱ類單元含氣量大于18 m3/t，滲透率(0.01～0.4)×10?3μm2，原生?碎裂結(jié)構(gòu)煤發(fā)育，優(yōu)質(zhì)層厚度0.5～2 m，頂板灰?guī)r含水性中等，主要分布在研究區(qū)中、北部。Ⅲ類單元含氣量小于18 m3/t，滲透率多小于0.1×10?3μm2，局部滲透率極大，超過2×10?3μm2，以碎粒煤為主，局部可見糜棱煤，優(yōu)質(zhì)層不發(fā)育，頂板灰?guī)r含水性普遍較強(qiáng)，主要分布于寺頭斷層帶以及北部斷層發(fā)育區(qū)。

4.2 開發(fā)效果

研究區(qū)15 號(hào)煤層整體具備較好資源基礎(chǔ)，局部儲(chǔ)層非均質(zhì)性變強(qiáng)。根據(jù)儲(chǔ)層發(fā)育分布規(guī)律部署試采井，優(yōu)化工程技術(shù)適應(yīng)15 號(hào)煤煤層氣開發(fā)[6]，生產(chǎn)應(yīng)用效果顯著，有效提高了單井產(chǎn)量。

1) Ⅰ類單元15 號(hào)煤層含氣量較高，儲(chǔ)層物性較好，直井合采、壓裂水平井均可獲得效益開發(fā)。

Z139 井位于構(gòu)造平緩位置，2012 年投產(chǎn)時(shí)單采3 號(hào)煤，解吸壓力2.9 MPa，最高日產(chǎn)氣1 300 m3，日產(chǎn)水0.5 m3，穩(wěn)產(chǎn)64 d 后產(chǎn)量緩慢遞減。2019 年8 月暫封3 號(hào)煤，壓裂15 號(hào)煤，投產(chǎn)時(shí)同時(shí)打開3 號(hào)、15 號(hào)煤進(jìn)行合采，如圖10a 所示，解吸壓力3.8 MPa，較3 號(hào)煤單采時(shí)解吸壓力明顯上升；單井產(chǎn)量明顯提升，最高日產(chǎn)氣達(dá)到3 400 m3，產(chǎn)量翻倍，穩(wěn)產(chǎn)氣量3 000 m3/d。

圖10 單井排采曲線Fig.10 Single well drainage production curve

由于該類型15 號(hào)煤層厚度較薄，易受到煤層起伏及傾角變化影響導(dǎo)致水平井鉆進(jìn)極易鉆出層，成井難度變大；再加上煤層埋深較淺(600～800 m)，鉆至水平段后鉆具摩阻大、扭矩高、托壓嚴(yán)重，造成井眼調(diào)整困難[6,23,29]，常規(guī)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井精度不夠，難以滿足15 號(hào)煤層氣開發(fā)需要。研究區(qū)研發(fā)適用于煤層氣井的近鉆頭成像伽馬方位技術(shù)，通過在鉆頭與螺桿之間增加近鉆頭測(cè)量短節(jié)并配備無線接收短節(jié)等工具，使得近鉆頭伽馬測(cè)量點(diǎn)距離鉆頭頂部達(dá)到0.5 m 距離，滿足了快速追蹤煤層的造斜率要求，使得鉆頭在2～3 m 厚的煤層中水平井成功率100%，煤層鉆遇率接近90%，為薄煤層的高效開發(fā)提供技術(shù)支撐。Z76 井組共8 口井，位于構(gòu)造平緩區(qū)，其中3 號(hào)煤水平井3 口，15 號(hào)煤水平井4 口。根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)(表1)，3 號(hào)煤層埋深在460 m左右，解吸壓力2.0 MPa，穩(wěn)產(chǎn)氣量平均5 600 m3/d，穩(wěn)產(chǎn)期180 d 左右，井底流壓0.1 MPa；4 口15 號(hào)煤水平井，煤層埋深超過540 m，解吸壓力2.9 MPa，穩(wěn)產(chǎn)氣量平均10 000 m3/d，截至2021 年12 月30 日，4 口井的井底流壓平均1.35 MPa，仍具備較強(qiáng)的穩(wěn)產(chǎn)能力。

表1 Z76 水平井組生產(chǎn)數(shù)據(jù)匯總Table 1 Summary of production data of Z76 horizontal well group

整體來說，Ⅰ類單元內(nèi)15 號(hào)煤產(chǎn)氣特征總體表現(xiàn)為“見套壓快、上產(chǎn)速度快、日產(chǎn)水量小”的特點(diǎn)。直井單采15 號(hào)煤層氣產(chǎn)能2 000 m3/d，套管壓裂水平井產(chǎn)能大于10 000 m3/d。

2) Ⅱ類單元套管壓裂水平井獲得高產(chǎn)

早期Ⅱ類單元15 號(hào)煤層直井試采單井最高日產(chǎn)氣量500 m3，產(chǎn)水量相對(duì)較高，部分生產(chǎn)井日產(chǎn)水量超過20 m3，試采效果差異大。2017 年，在研究區(qū)北部投產(chǎn)3 個(gè)直井合采井組，最高日產(chǎn)氣量可達(dá)2 000 m3，但產(chǎn)量快速下降至1 000 m3/d 以下，無穩(wěn)產(chǎn)期，試采效果并不理想。分析認(rèn)為北部埋深大于800 m，煤層所受地應(yīng)力增大，影響水力裂縫擴(kuò)展，導(dǎo)致改造范圍偏小，雖形成較高產(chǎn)量，但無法穩(wěn)產(chǎn)。

為解決直井改造范圍小，單井產(chǎn)量低的問題，在Ⅱ類單元內(nèi)開展壓裂水平井開發(fā)工藝試驗(yàn)。2020 年，部署1 口15 號(hào)煤層套管壓裂水平井，煤層埋深868 m，煤層進(jìn)尺836 m，壓裂10 段，投產(chǎn)后產(chǎn)水量較大，日產(chǎn)水23 m3，降壓速度較緩；后改為大泵，日產(chǎn)水提升至32 m3，降液速度明顯加快，解吸壓力2.89 MPa，日產(chǎn)氣達(dá)到6 800 m3開始穩(wěn)產(chǎn)，穩(wěn)產(chǎn)期超過100 d，井底流壓0.4 MPa，穩(wěn)產(chǎn)能力較強(qiáng)。

3) Ⅲ類單元15 號(hào)煤層含氣量偏低，煤體結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，部分產(chǎn)氣井具有鄰近層含水性大的特點(diǎn)，目前技術(shù)條件暫不能實(shí)現(xiàn)高效開發(fā)，未來需工程技術(shù)進(jìn)步以實(shí)現(xiàn)該類儲(chǔ)層效益開發(fā)。

5 結(jié)論

a.研究區(qū)3 號(hào)、15 號(hào)煤儲(chǔ)層特征存在一定差異。15 號(hào)煤層厚度較薄，埋深較大，但煤中鏡質(zhì)組分含量高，微裂隙更發(fā)育，儲(chǔ)層滲透性變好；含氣性存在一定繼承性，隨埋深增加含氣量由南向北逐漸增加，但中北部含氣量規(guī)律復(fù)雜；頂板灰?guī)r整體含水性較弱，局部受到頂板裂隙發(fā)育溝通含水層，影響15 號(hào)煤層排水降壓。

b.造成3 號(hào)、15 號(hào)煤層儲(chǔ)層差異的主要影響因素是沉積環(huán)境差異、構(gòu)造影響程度不同兩方面。障壁?潟湖成煤環(huán)境水體變化較大，導(dǎo)致15 號(hào)煤層平面厚度變化較大；強(qiáng)還原環(huán)境使煤層鏡質(zhì)組分含量高。15 號(hào)煤層受構(gòu)造影響程度較大導(dǎo)致局部含氣量低于3 號(hào)煤層。

c.根據(jù)儲(chǔ)層發(fā)育特征及分布規(guī)律將研究區(qū)15 號(hào)煤煤層氣開發(fā)有利區(qū)劃分為三類，針對(duì)I 類單元煤層薄、物性好的特點(diǎn)采用雙層合采即可取得高產(chǎn)，為實(shí)現(xiàn)高效開發(fā)研發(fā)的適應(yīng)該區(qū)薄煤層的水平井開發(fā)技術(shù)獲得突破；針對(duì)Ⅱ類單元煤層物性變差、非均質(zhì)性變強(qiáng)的特點(diǎn)采用壓裂水平井的方式提高單井資源控制范圍、增大改造范圍的方式可獲得高產(chǎn)；針對(duì)Ⅲ類單元含氣量偏低、煤體結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，仍需探索適合的開發(fā)工藝及政策。