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1、煤层气开发技术20010年8月中石油煤层气有限责任公司前 言中石油煤层气公司于2008年9月注册成立，主要从事煤层气资源的勘探开发、工程施工与对外合作、煤层气田范围内的浅层气勘探开发、设备租赁、技术和信息服务与咨询、技术培训及机械电器设备销售等业务。两年来煤层气公司业务取得了跨越式的发展。今年2月22日，集团公司办公会听取了煤层气业务的汇报，蒋总对中国石油煤层气业务提出了“做技术的引领者，规范的制定者，产业的领跑者”的要求。煤层气公司正在践行蒋总的指示。一、煤层气的基本情况与认识二、煤层气的选区、选井技术三、煤层气的钻井技术与特点四、煤层气的选层与增产技术五、煤层气井的设备与排采技术六、煤层气
2、项目的的地面工程技术提 纲世界主要产煤国家煤层气资源量（万亿立方米）我国煤层气资源量约36.81万亿立方米，和陆上天然气资源量相当。目前美国煤层气年产量约600亿立方米，加拿大约100亿立方米，澳大利亚约30亿立方米。开发利用煤层气资源具有增加洁净能源、保障煤矿安全生产、降低温室效应等重要的经济、政治和社会意义。1137636.8119 14332中国石油可供煤层气勘探开发的中国石油可供煤层气勘探开发的面积达面积达16.116.1万万km2；拥有煤层气资源约拥有煤层气资源约16.4816.48万亿万亿m m3 3，占登记区块资源总量的占登记区块资源总量的69.6%69.6%。单位面积 (万亿m
3、3)资源量 (万亿m3)中国 石油 股权调整2.116.116.48原来煤层气矿权 面积0.3油气矿权内的煤层 气兼探面积13.7中联公司1.765.171.87.2 中国石化1.622.4 其他1.793.0 合计21.2723.68韩城-合阳地区5煤顶面构造 图合1-1，5，483.90-484.20m合试1，5，825.69-826.07m韩城煤层气开发煤层气开发范围分布图沁水煤层气开发煤层气是煤炭的共、伴生气体资源，由煤层 自生自储。在采煤行业俗称“瓦斯”，在北美油 气行业中被称作“煤层中的天然气”，并归类为 非常规气体能源。煤层气的勘探开发方式与常规天然气有很大 的不同，其勘探开发特
4、征与常规天然气也有很大 的差异性。1、非常规气（1）煤层气的通俗表述 煤层气俗称“瓦斯”，1立方米煤层气热值相当于1.13升汽油和1.22千克标准煤； 瓦斯是煤矿安全“第一杀手”，也是一种强烈温室效应气体； 煤层气是一种清洁、高效、安全的新型能源； 2006年，全球煤矿瓦斯排放量占全球人类产出的甲烷量的8%。2006年全球瓦斯回收和利用排放当量2、煤层气的定义（2）煤层气的科学定义 煤层气是在煤化作用中形成，主要以吸附状态储集在煤层中的天然气，主要成分是甲烷，含量一般大于85%； 煤层气储存状态有三种形式：煤孔隙表面的吸附态煤孔隙及裂隙内的游离态煤层水中的溶解态 当煤层生烃量增大或外界条件改变
5、时，煤层气三种储存形式可以相互转化 。煤层气储集状态吸附气 游离气水溶气 吸附状态为主（3）常规天然气在烃源、成藏、开采等方面不同煤 层 气 与 常 规 天 然 气 比 较3、煤层气的工作理念立足大型含煤盆地，以探井实验井组的“阵地战” 方式，达到煤层的整体降压解吸，摸清煤储层的真实产能， 优选煤层气优势建产区，进行规模化产能建设，实现煤层气 商业开发。（1）部署井位二维地震必须先行（2）不同地质条件用不同的技术方案（3）煤层气勘探开发必须强调低成本（4）煤层气勘探开发必须先易后难（1）地震现行u 煤层气勘探开发实践表明，我国地质条件复杂。随着煤层气产业化发展，地震技术也是煤层气勘探开发的先头
6、兵。u 通过应用地震技术，可以预测出地下煤层厚度，较准确地识别出地下小构造，而AVO技术更是能帮助建立出含煤地层正演模型，包括煤层顶、底板、煤体结构，还能利用振幅信息寻找煤层中的节理裂隙密集带，探测到煤层气富集区，提高煤层气勘探开发效率，指导煤层气井位部署与钻探，进而达到高产、高效目的。（2）单井评价u 为获得区块的煤层气开发潜能，需要通过单井评价得出初期产能和一些参数。虽然煤层气井的试气工作很难在单井上求出最佳产量，初期日产量也仅供参考。但按照国外程序，单井必须试气，单井评价的目的就是为了求出煤层渗透率、压力、日产水和初期的产气能力，为向周边扩展的井组试验区部署提供依据和指导。u 晋城区早期
7、的晋试1、2、3、4、5、6等井，后期樊庄部署的大量井，均是建立在对这些单井的产能评价之上。（3）井组排采u 国外煤层气试气经验告诉我们，煤层气不能用常规气试气方法，必须群井长期分压合排，在井间干扰作用下才能获得实际开采效果。u 对比国外井组，我国井距小，如樊庄、潘庄两个井组的井距仅有120-250m；井网不完善，受山区地形限制井网不规则，抽排中达不到最大面积法均衡降压的最佳井网几何形态；不能分压合排；抽排时间短，由于管线和用户不落实，放空量过多，很多井抽排不到半年关井。 u 研究结果认为，煤层气井要达到商业性价值，一个井组至少15-17口井，连续抽排2-3年，甚至5-7年才获实际产量。 单井
8、抽排和小井组试采压降范围过小，很难获得较高产量，也无法评价确切产能。 选准突破口后尽快展开，实现规模开发，是取得效益的必由之路。 单井小井组大井组4、煤层气的工作流程根据中国石油在沁水盆地和鄂尔多斯盆地的煤层气规模商业勘探开发实践，结合国外煤层气商业性开发经验，煤层气商业开发要实施地震、钻井、压裂、排采和地面集输工程作业，其研究和工作流程划分为四个阶段：煤层气研究及工作流程示意图选区评价目标评价开发方案规模产能建设勘探开发一体化第一阶段：煤层气选区评价煤层气选区评价在含煤盆地通过综合分析地震、煤田钻孔、探井及相关地质资料，查明地下煤层气资源基础与形成条件、优选出可供煤层气勘探开发的有利区，提出
9、评价井井位，进行评价井的钻井、压裂和排采 。第二阶段：目标评价 煤层气目标评价在煤层气勘探开发有利区，围绕效果好的煤层气评价井实施大井组试验，以获取煤储层的真实产能，落实煤层气控制（或探明）储量；确定主力开发煤层和有利开发区；进行工艺井试验，确定主体开发工程工艺。为规模产能建设奠定产能参数，进行工艺技术准备。第三阶段：开发方案编制 煤层气开发方案编制在证实有开发价值的有利开发区，以低成本、高效益、快速形成规模化生产为原则，按照煤层气开发程序，编制XX地区煤层气开发方案，并上报主管部门。第四阶段：规模产能建设 煤层气产能建设按照上级部门批复的XX地区煤层气开发方案，以着力提高煤层气单井产量为目的
10、，加强开发技术创新与集成，进行相关的煤层气钻井、压裂、排采、地面集输工程和管网建设。坚持勘探开发一体化u “勘探上增储、开发上上产”，两个团队间的工作相互独立，造成中间工作脱节。u 勘探开发一体化后，开发人员可以提前介入对煤储层的认识、储量的发现；勘探人员通过煤层气地质条件的精细研究能对开发工艺和方案编制进行指导，实现两股力量、两种智慧的相互交汇，达到了勘探向下延伸，尽可能为钻井开发与排采提供准确煤层气地质模型；开发同时向上靠拢，尽可能为下一步的勘探提供新的认识和指导方向，如此就能大大提高了勘探开发总体效率。u勘探开发一体化将能实现煤层气地质勘探成果与开发的融合，使勘探、开发密切协作共同向外围
11、区块进军。坚持采气采煤一体化u 目前我国矿井瓦斯平均抽出率仅为23%，而美国、澳大利亚等主要产煤国家的矿井瓦斯抽出率均在50%以上。u 鉴于煤矿安全生产需要和经济有效地提高能源利用效率，采煤采气一体化如今已成为煤炭工业安全发展和煤层气合理开发利用的必然要求。u 采煤采气一体化就是要综合考虑安全管理、采掘布局、煤炭资源节约、规划矿井接续时间等诸多因素、编制煤炭和煤层气综合开发规划，努力在时间和空间上实现煤炭与煤层气开发的有机结合和有序衔接。 一、煤层气的基本情况与认识二、煤层气的选区、选井技术三、煤层气的钻井技术与特点四、煤层气的选层与增产技术五、煤层气井的设备与排采技术六、煤层气项目的的地面工
12、程技术提 纲二、煤层气的选区、选井技术1、煤层气的选区技术国内煤层气勘探目标选区指标体系我国煤田地质构造比较复杂，一般以选择构造相对简单、的区块；国外的煤田地质构造相对简单，开发煤层气选择构造比较发育的地 区；勘探开发选择煤储层硬度较大的块煤。井震 联合 反演 预测 煤储 层（ 含上 下砂 岩储 层）2、煤层气选井技术井位优选 充分利用露头、钻井取芯、测井和开发生产测试资料，进行地震资料精细解释和煤储层反演，摸清煤层气基本地质条件，总结煤层气富集规律，按高产富集规律优选井位。一、煤层气的基本情况与认识二、煤层气的选区、选井技术三、煤层气的钻井技术与特点四、煤层气的选层与增产技术五、煤层气井的设
13、备与排采技术六、煤层气项目的的地面工程技术提 纲直井钻、完井技术减少煤层伤害 提高机械钻速 缩短钻井周期 降低井漏风险 有效防斜打快 降低成本。车载顶驱 空气钻机 多分支水平井钻、完井技术韩南-平03多分支水平井水平井技术推广 应用到三交以及 大宁吉县地区三交地区SJP02多分支水平井 丛式井钻、完井技术 减少占地、减少集气管线，便于管理丛式井：示范区钻井8个井组近40口 U型井钻、完井技术WL05-1对接水平段为679.10 m，为韩城地区第一口远距离末端对接水平井。煤层钻遇率超过85%，煤层中水平进尺超过700米。40m3#煤244.5mm表套48m311.1mm钻头50m139.7m气套
14、698m215.9m钻头700m上返 200m60m简易井身结构示意图开发井的米进尺费用：由原来的2000元/m降低为500元/m。采用二开井身结构：一开：311.2mm钻头一开，244.5mm表层套管坐入硬基岩1020m左右。二开：采用215.9mm钻头钻至煤层底部以下5560m，完钻后下入139.7mm套管。根据煤层埋深较浅的特点，选用ZJ20系列钻机、水源1000钻机、水源2000钻机等。特色钻井技术，不断降低开发成本，开发难采资源TRD钻井技术雷达导航末端动力钻井技术MRD钻井技术地面多边层内钻井技术一、煤层气的基本情况与认识二、煤层气的选区、选井技术三、煤层气的钻井技术与特点四、煤层
15、气的选层与增产技术五、煤层气井的设备与排采技术六、煤层气项目的的地面工程技术提 纲（一）煤层气压裂选层技术1、选层原则和依据 （1）综合地质录井、测井等各种资料，选择气层评价可信度高的层位； （2）压裂井段应具有一定的厚度及平面上分布有一定含气面积； （3）储层具有良好的物性，天然微裂缝发育，压前评价预期压裂效果较好的井 层； （4）试气须有较好的显示且有一定的基础产量，地层测试资料反映地层能量充 足的井层。2、压前评估技术 （1）依据压裂选井选层原则，结合目的井层所在地区及层位，明确压裂目的； （2）评价压裂井层的井身结构，从套管强度和固井质量等方面，判断是否具备 压裂施工条件； （3）储层
16、综合评价和压裂效果预测； （4）选择射孔井段，优化射孔井段方案，控制压裂缝高度；vv分析储层并根据测井资料计算压裂设计所需要的基本相分析储层并根据测井资料计算压裂设计所需要的基本相 关数据，为制定压裂泵注程序提供依据关数据，为制定压裂泵注程序提供依据一一 岩石力学参数获取岩石力学参数获取二二 煤层施工难度系数解释煤层施工难度系数解释压前评估压前评估- -设计前的基本资料设计前的基本资料储层综合评价-煤岩学评价：评价煤岩成分、煤型、结构面割理端割理目的：定性选择射孔层位，排采基本原则储层综合评价-测井评价：建立显微组分剖面，确定射孔层位隋质组含量高 ，电阻值低镜质组含量高， 电阻值高煤储层综合评价：优选射孔层位和压裂方案射孔层位 ：煤+砂岩煤岩学测井交汇图vv对韩城区块对韩城区块2009-20102009-2010年现已排采的年现已排采的6262井井，139139层层压裂施工数据进行了大量的
