(中國石油天然氣股份有限公司北京100086)
作者簡介:費，男，1946出生，滿族，1965畢業於中國地質大學，主要從事石油、天然氣、煤層氣勘探開發研究與管理工作。
本文根據中國石油天然氣股份有限公司十年的煤層氣勘探經驗，系統總結了中國石油在煤層氣勘探領域的新知識和新技術，並利用這些知識和技術取得了重要的勘探成果，發現了三個氣田，儲備了壹大批有利目標區。中國石油將在“十壹五”期間加大煤層氣的投入，推動煤層氣早日產業化。
關鍵詞:煤層氣地質理論新發現新領域
中國石油煤層氣勘探開發的實踐與策略
費、、李景明、趙培華、
(中國石油天然氣股份有限公司，北京100086)
摘要:根據中國石油天然氣股份有限公司十年的煤層氣勘探經驗，系統總結了中國石油天然氣股份有限公司煤層氣勘探的壹些新知識和新技術。中國石油利用這些知識和技術取得了重要的煤層氣勘探成果，發現了三個煤層氣田，並儲備了壹批有利的煤層氣遠景區。“十壹五”期間，中國石油將把煤層氣投資增加壹倍，以早日實現中國煤層氣產業的成功發展。
關鍵詞:CBM地質學理論；新發現；新領域
序
煤層氣主要是甲烷，是壹種清潔的天然氣資源。煤層氣是壹種非常規天然氣，主要以吸附的形式存在於煤層中。煤層氣勘探可以減少煤礦開采的災害，減緩對大氣的汙染。更重要的是，煤層氣是天然氣的儲備資源。中國石油天然氣股份有限公司在1994原新區勘探事業部成立了煤層氣勘探項目管理部，專門負責煤層氣勘探工作。十年來，九五公司組織了煤層氣科技攻關和壹大批煤層氣勘探開發項目。該項目已有250多人參與，並著眼全國開展區域評價研究，投資4.5億元，鉆井80口，開辟了河北大城、山西晉城、大寧三個試驗區。獲得了壹大批煤層氣有利區塊，取得了壹批突出的技術成果。“十壹五”期間，公司將進壹步加大投入，推進煤層氣早期產業化，實現股份公司能源資源多元化戰略。
1中國對煤層氣地質理論有突破性認識。
結合我國煤層氣地質特征，將煤層氣藏類型分為四類:承壓水封堵型、壓力封堵型、頂板水網微濾型和構造封堵型。指出承壓水封堵氣藏保存條件好，有利於排水降壓，煤層氣最為豐富，是主要勘探目標。
根據煤熱演化的生烴機制，可分為區域巖漿熱變質、局部熱力學變質、深水交替熱變質、區域壓實變質和構造應力變質五種類型。指出區域巖漿熱變質煤層發育良好，物性好，高產條件優越，是勘探的重點。
煤層氣的成因類型從盆地邊緣到腹部可分為甲烷風化帶、生物降解帶、飽和吸附帶和低解吸帶四種類型。指出生物降解帶埋藏淺，開采中水大氣少，甲烷風化帶甲烷氣極低，低解吸帶煤層埋藏深，物性差，含氣飽和度低，解吸率低，而飽和吸附帶是高產富集的有利部位。
煤層氣成藏後的轉化主要有五種作用類型:水動力擦洗作用、煤層礦化作用、構造粉煤作用、成巖壓實作用和構造變形差異聚集作用。通常，構造變形差異聚集型的向上承壓水具有良好的封閉條件，向下部分供氣充足，高產富集條件優越，是勘探的重點。
2 .形成了煤層氣勘探配套技術。
先後組織煤層氣專項勘探技術22項，後續6項達到國際領先水平。
2.1煤層繩索式全封閉快速取心技術
為了準確計算煤層瓦斯含量，提高煤層取心采收率，研制了繩索取心工具(大直徑)及其配套設備，包括取心鉆頭、外管、內管組件、半封閉芯管、懸掛機構、彈簧夾緊定位機構、切割夾緊機構、單作用機構、報警裝置、差動機構、內外管扶正器、打撈器、繩索提升系統，直徑大於65438+。30口井的現場取心表明，平均回收率達98%以上，保持了煤心的原始結構，取心速度快。700米井深僅需8 ~ 10分鐘，測得的含氣量可靠。比常規取心速度快20倍，該技術已獲國家發明專利。
2.2註入/壓降試井技術
針對煤層松軟、低壓、低滲、含瓦斯、水的特點，引進國外先進的高壓低排量(最高註入壓力41MPa，最低註入排量2m3/h)註射泵，並配備先進可靠的地面抽采系統。建立了適用於不同測試區域的測試技術，開發了專用解釋系統軟件。通過50余層的現場測試對比，煤層滲透率等參數的解釋精度較高。
2.3煤層壓裂裂縫的重力位監測技術
根據煤層的非彈性特征，建立了室內數學模型和物理模型試驗，開發了重力位法煤層壓裂裂縫監測設備和解釋軟件，可現場直觀、動態地監測和定量解釋煤層壓裂裂縫的延伸方向和長度。通過60余層的現場測試對比，壓裂裂縫監測結果準確，解決了以往無法直觀定量評價煤層壓裂水平裂縫的問題。該技術已獲得國家發明專利。
2.4井間地震聲波層析成像(CT)技術
根據煤層中縱波速度低，壓裂後縱波速度進壹步降低的特點，利用井間地震聲波層析成像技術描述聲波剖面上煤層物性的變化特征，從而評價壓裂後的井間溝通情況。通過現場測試對比，井間測試結果清晰可靠，解決了以往無法直觀定量評價煤層裂隙的問題。
2.5煤層氣測井評價技術
根據實驗區煤層氣地質特征，開發了壹系列煤層氣測井評價軟件，可定量解釋含氣量、蓋層、工業分析、巖石力學等參數。與28口井200多個樣品的室內測試結果相比，含氣量誤差小於6%，采用該技術可節約每口井的成本。
2.6煤層氣儲層模擬技術
從國外引進先進的煤層氣和彗星煤層氣藏數值模擬軟件，根據我國煤層氣特點開發應用，可用於各種完井方式和開采方式的三維兩相煤儲層生產擬合和儲層參數敏感性分析，可預測20年內的產氣速率、單井和井組產能、合理井距、井網幾何和井網優化，評價試驗區氣藏開發水平和生產效果。在沁水盆地晉城地區和鄂爾多斯盆地大寧-吉縣地區得到了充分應用。
運用地質理論和勘探技術，勘探效益顯著。
3.1堅持四級評價研究，取得明顯成效。
區域評價:中國39個含煤盆地68個聚煤單元的煤層氣遠景資源量，在300~65438埋深下，預計為27.3×65438+300 ~ 1500米(美國18盆地的煤層氣遠景資源量僅為11× 65438)。其中大盆地有利勘探區7.6×104km2，煤層氣遠景資源量19×1012m3。
分區評價:選取鄂爾多斯盆地中東部、沁水、冀中-冀東、魯西-濮陽、豫西、淮南-淮北、六盤水8個有利選區，勘探面積4×104km2，煤層氣遠景資源量7.1×1012m3。
目標評價:篩選出沁水盆地的晉城、鄂爾多斯盆地的大寧-吉縣、烏審旗六盤水地區的韓城、格木地、西北等壹批有利勘探目標，勘探面積2×104km2，遠景煤層氣資源量4.4×1012m3。
區塊評價:取晉城目標樊莊、鄭莊區塊探明控制儲量和大寧-薊縣目標武城區塊控制儲量。
3.2發現中國第壹個大型煤層氣田沁水氣田。
1997年6月，1井鉆深705m，在主要目的層二疊系山西組和石炭系太原組鉆遇6層12m，鉆井過程中顯示煤層氣良好。1998年2月開始該井3號煤試氣，日產氣穩定在2700m3以上，最高日產氣4050m3，首次在該區獲得煤層氣穩定工業氣流。
1998年4月至8月，在金石井1附近共鉆探1-1、1-2、1-3、1-4、1-4。該井組從4月1999至2月19進行了區域排水降壓采氣，4口井日產氣量穩定在2400~3500m3。
在1井組試氣的同時，在樊莊和鄭莊區塊分別鉆了2、3、4、5和6井。試氣後，單井日產氣2,700 ~ 4,400 m3，最高9780m3。利用煤層氣藏模擬軟件預測了3 #煤和15 #單井的平均日產氣量。
2001年度範莊區塊探明含氣面積182.22km2，煤層氣地質儲量352.26×108 m3；。鄭莊區塊含氣面積447.1km2，煤層氣地質儲量911.2× 108m3。本登記區總含氣潛在資源面積為1090km2，總資源量為2656×108m3。
無論是采用常規鉆井還是羽狀水平鉆井技術，該區煤層氣開發都具有良好的經濟效益。陜京、西氣東輸靠近這壹帶，將為改變北京和東部沿海大城市的環境帶來不可估量的巨大利益。
3.3鄂爾多斯東緣首次發現大型煤層氣田。
鄂爾多斯盆地大寧-吉縣地區紀氏1井所鉆遇的山西組和太原組6號煤層累計厚度為17.4米，其中主煤層5號煤厚5.4米，8號煤厚8.8米，煤層壓力系數為1.1 ~ 1.2，煤層為滲透性煤層。5 #煤平均含氣量20.7m3/t，含氣飽和度91%，8 #煤平均含氣量13.8m3/t，含氣飽和度77%，5 #煤鉆井期間自溢水量10m3/d，主要地質參數接近美國黑武士盆地高產富集區，在我國鄂爾多斯東緣尚屬首次。其中，積石4井煤層總厚度為7層22.8m，煤層滲透率高達82×10-3μm2。吉石5井5號煤厚度6.8m，含氣量高達23.2m3/t，含氣飽和度95%，日產氣6629m3。目前初步控制該區煤層埋深500 ~ 1200m，煤層氣含氣面積885km2，控制儲量800×108m3。
4中國煤層氣開發利用前景
21世紀是天然氣的世紀，未來幾十年中國天然氣的發展將快速發展。西氣東輸是煤層氣產業發展難得的歷史機遇。“西氣東輸”工程將穿越中國許多油氣盆地和含煤盆地。根據“西氣東輸”供氣能力和設計年限估算，需要1×1012m3的天然氣地質儲量作為保障，而目前常規天然氣地質探明儲量只有7000×108m3左右，急需補充氣源。煤層氣作為壹種非常規天然氣，95%以上可以與甲烷完全結合。同時，“西氣東輸”管道經過的地區也蘊藏著豐富的煤層氣資源。塔北、鄂爾多斯盆地、沁水盆地、太行山東麓、豫西、徐淮、淮南等煤層氣富集帶總資源量近14×101.2m 3，管道經過的沁水大型煤層氣田已經獲得煤層氣探明儲量。在短時間內，
中國的煤層氣產業和其他國家壹樣，將與地下排水和地面排水同步發展。壹方面將繼續完善井下排水技術，提高排水效率；另壹方面，大力開展地面排水試驗。我國井下煤層氣抽采已有50多年的歷史，抽采技術成熟。隨著環保意識的加強，更多的煤層氣利用設施建成投產，國家和企業更加重視安全生產。據預測，未來10年，井下煤層氣抽采將會有較大發展，2005年和10年井下煤層氣抽采量將達到10億m3。
我國煤層氣地面開發試驗已由單井試驗向井組試驗轉變，部分煤層氣開發項目已顯示出商業化開發的前景。中國煤層氣開發應采取老區結合、重點突破的原則。首先，在資源條件好、勘探程度高的鄂爾多斯、沁水盆地進行補充勘探，集中力量開發，使煤層氣產能在近期得到較大提高，開發利用取得突破。
根據目前對中國煤層氣開發速度和政策導向的預測，中國煤層氣產量將分緩慢、快速、穩定三個階段增長。預計到201000 ~ 2000年，中國將探明(1000) × 108m3煤層氣可利用儲量，建設3 ~ 5個煤層氣開發示範基地，使煤層氣產量達到(20 ~)。預測2000 ~ 2010年將是中國煤層氣的大發展階段，相當於美國80年代的水平。由於煤層氣井產量低、壽命長，需要有鼓勵煤層氣勘探開發的優惠政策，使我國煤層氣勘探開發在現階段取得較大進展。華北地區可供勘探的煤層氣資源量相當於美國聖胡安和黑武士盆地的總和，但地質條件復雜，勘探難度大。預計到2010年，全國煤層氣產量將達到20×108m3，控制儲量為1500×108m3。預測2010-2020年，隨著煤層氣勘探開發技術的成熟，勘探範圍將進壹步擴大到華南、東北和西北地區，預計2020年煤層氣產量將達到150×108m3。到2025年，建成5-6個煤層氣生產基地，煤層氣產量達到200×108m3，形成完善的煤層氣產業體系。
5中國石油煤層氣發展戰略
“十壹五”期間，中國石油將立足中東部含煤盆地，五年內形成30×108m3的煤層氣產能。為了實現這壹目標，應從以下幾個方面做好相關工作。
5.1加大煤層氣科技投入。
我國煤層氣資源豐富，清潔燃氣能源供需缺口大，開發利用煤層氣具有緊迫性和必要性。與美國相比，中國的煤層氣儲層具有低滲透率、低飽和度和低儲層壓力的特點。煤層氣地質條件復雜，開采難度大。中國石油將進壹步加大對煤層氣的科技投入。壹方面將加強煤層氣成藏理論和經濟評價的基礎理論研究，註重煤層氣科學的系統性；另壹方面，加大煤層氣重點研究和示範項目投入，為煤層氣開發突破創造科技支撐。
5.2根據中國煤層氣資源的特點和分布，選擇有利的開發區塊。
中國煤層氣資源量大面廣，具有顯著的區域富集和時間域富集特征。在對中國煤層氣資源綜合評價的基礎上，以含氣帶對開發前景進行分類評價，確定了10個煤層氣有利目標區為煤層氣開發的優選區塊，沁水盆地、鄂爾多斯盆地東緣、淮北地區和西部低階煤區的煤層氣開發有利區塊可作為近期勘探開發的重點工作區。
5.3制定完整科學的煤層氣開發規劃。
堅持煤層氣上下遊統籌規劃、協調發展，評價與勘探相結合，重點突破與規模開發相結合，由淺入深、先易後難、滾動開發；堅持地面規模開發原則，推進煤礦井下抽采，地面和井下抽采同步發展，建立“先采氣後采煤”的礦產資源綜合開發模式。
5.4中國石油將把煤層氣開發利用納入公司中長期能源發展規劃，重視相關基礎設施建設。
中國煤層氣基礎設施薄弱，尤其是沒有長距離煤層氣管網。中國石油將把管道建設納入公司發展基礎設施規劃，有計劃地投入適當資金進行基礎設施建設，分期實施，加快中國煤層氣產業的形成和發展。
參考
[1]劉洪林等人中國煤層氣資源及其勘探開發潛力。《石油勘探與開發》，第28卷，第1期，P9 ~ 11。
[2]汪鴻雁、劉洪林等。2005.煤層氣富集與聚集規律。北京:石油工業出版社。
[3]張建波、汪鴻雁等。1999.沁水盆地有利區預測[M].徐州:中國礦業大學出版社杜。
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[5]趙等2001 .中國陸上剩余油氣資源潛力、分布及勘探對策。石油勘探與開發，第28卷，第1期，P1 ~ 5期。