四川省煤層氣勘探開發(fā)工作進展與建議

摘 要

摘要：四川省1500m以淺煤層氣資源量達3480×108m3，地面勘探起步早，基礎研究較多。根據(jù)四川省實際開展煤層氣工作的現(xiàn)狀，將其煤層氣勘探開發(fā)工作劃分為理論探索、參數(shù)井施工
摘要：四川省1500m以淺煤層氣資源量達3480×108m3，地面勘探起步早，基礎研究較多。根據(jù)四川省實際開展煤層氣工作的現(xiàn)狀，將其煤層氣勘探開發(fā)工作劃分為理論探索、參數(shù)井施工、綜合研究、勘探、經(jīng)濟評價等5個階段，總結了每個階段取得的成果和經(jīng)驗，梳理了四川省煤層氣工作程序；總結了四川省煤層氣勘探工作的進展，分析了四川省含煤地區(qū)煤層氣的有利、不利因素以及四川省煤層氣勘探、開發(fā)工作中存在的問題。最后，從政策保障、技術、煤層氣產(chǎn)業(yè)三個方面提出了四川省煤層氣勘探、開發(fā)工作的建議。
關鍵詞：四川?。幻簩託?；勘探開發(fā)；階段劃分進展；參數(shù)井；工藝技術
    全國煤層氣開發(fā)形勢如火如荼，尤其在山西沁水盆地、遼寧阜新盆地、鄂爾多斯盆地東緣取得了成功，在理論上總結了各種成藏規(guī)律，建立了儲層模型，試驗了各種完井方式(直井、定向井、洞穴完井、多分支水平井等)，探討了各種壓裂模式，到2008年底中國形成了地面抽采20×108m3/a的產(chǎn)能，井下達43×108m3/a的產(chǎn)能。目前，我國正在穩(wěn)步推進煤層氣的抽采試驗、規(guī)模化抽采到商業(yè)化開采。
    四川省1500m以淺煤層氣資源量達3480×108m3，地面勘探起步早，基礎研究較多，參數(shù)井施工少，未作煤層氣生產(chǎn)試驗井。因此，四川省煤層氣勘探開發(fā)具有較大的發(fā)展空間。
1 四川省煤層氣勘探開發(fā)的技術進展
1.1 四川省煤層氣勘探開發(fā)階段的劃分
    根據(jù)四川省實際開展煤層氣工作的現(xiàn)狀，可將四川省煤層氣工作劃分為以下幾個階段。
1.1.1第一階段——理論探索階段(1988～1996年)
    四川省煤層氣研究工作始于20世紀80年代中后期，1988年完成《四川盆地淺層氣資源評價與預測(附煤層甲烷)報告》、1990年完成《地面鉆孔抽放煤層氣的調研報告》，1996年完成《四川省煤層氣資源評價》，為后來四川省的煤層氣工作奠定了基礎。
1.1.2第二階段——參數(shù)井施工階段(1996～1997年)
    1996年在四川省煤層氣資源評價的基礎上，配合全國煤層氣的選區(qū)試驗，在重慶市松藻礦區(qū)完成了參數(shù)井的施工，并開展了射孔、壓裂和排采施工。鑒于當時的認識、理論水平和開采技術等狀況，未獲得實質性的突破。
1.1.3第三階段——區(qū)域評價、靶區(qū)選擇、綜合研究階段(2001～2007年)
    2001年以來陸續(xù)開展了《四川省煤層氣開發(fā)利用研究》、《川南煤田古藺縣煤層氣資源評價》、《四川省川南煤田古敘礦區(qū)和筠連礦區(qū)煤層氣參數(shù)井靶區(qū)選擇研究》、《川南煤田古敘礦區(qū)石屏-大村礦段煤層氣儲層研究與評價》等課題研究，掌握了四川省煤層氣賦存特征、資源狀況，為勘探選層、選址提供了依據(jù)。
1.1.4第四階段——勘探階段(2003～2009年)
    在本階段先后開展了參數(shù)井、實驗井施工。
    參數(shù)井施工：2003、2004、2007～2009年先后在川南煤田古敘礦區(qū)石屏井田、岔角灘井田、大村礦段施工了4口參數(shù)井(其中2口轉為生產(chǎn)試驗井)。
    生產(chǎn)試驗井施工：2007～2009年施工了3口煤層氣生產(chǎn)試驗井，現(xiàn)已固井。
    參數(shù)井的施工開創(chuàng)了四川省煤層氣地面鉆探(CBM)的先河，實施了壓力測試、綜合測井、采樣與化試驗等工作。
    1) 形成了一套適于四川山地煤層氣勘探的鉆探工藝：初步實施了三開井身結構，在處理涌漏水和井下復雜情況等方面優(yōu)于二開井身結構。
    2) 培養(yǎng)了一支通曉煤田地質、油氣地質、煤層氣工程施工的專業(yè)技術隊伍。
    3) 梳理出了四川省煤層氣的工作程序：①充分分析消化了以往煤層氣(瓦斯)工作的成果，通過選區(qū)評價優(yōu)選出了4個靶區(qū)[1]；②在靶區(qū)實施參數(shù)井施工，通過測試評價是否適于煤層氣的地面抽采(CBM)技術；③分析、綜合研究煤層氣儲層的特征，提出了“煤層氣層組的觀點”[1～2]，采用了較先進的“多層次模糊數(shù)學方法”[3]，進行了綜合評價；④對四川省古藺縣大村-石屏煤區(qū)的勘探開發(fā)前景進行了深入論證，對煤層氣富集區(qū)進行了優(yōu)選，初步探討了四川省煤儲層改造的途徑。
1.1.5第五階段——經(jīng)濟評價階段(2009年至今)
    在即將開始的試驗井排采中，根據(jù)產(chǎn)氣量的大小和相關理論模型初步對煤層氣投資勘探開發(fā)的經(jīng)濟效益進行評估。
1.2 勘探進展
    初步查清了四川煤儲層的特點。四川省煤炭資源主要分布在二疊系龍?zhí)督M、宣威組，三疊系須家河組等層位，二疊系煤變質程度高，為無煙煤Ⅲ號。
    通過對5口參數(shù)井相關技術指標的分析研究認為，隨著煤層(繩索)取心技術、煤層氣測試、開發(fā)技術的進步，主要評價參數(shù)顯示四川省川南地區(qū)煤層氣有進一步開展試驗工作的基本條件且資源量有望增加，增添了堅持煤層氣勘探開發(fā)的信心。加上煤層氣勘探開發(fā)的有利政策以及成熟技術的支撐，實現(xiàn)四川 CBM的突破前景較為樂觀。
1.2.1取得了較多的理論成果和階段性的勘探成果
    1) 選區(qū)正確：根據(jù)文獻[4]確定了四川煤層氣勘探的4個靶區(qū)，先后在石屏、岔角灘施工了2口參數(shù)井，初步建立了四川省煤層氣可采性綜合分析評價體系；2007年再次在古藺縣大村地區(qū)啟動煤層氣參數(shù)井施工和試驗井工程，取得了較多的新認識和較好的勘探成果[1～2]，另一個靶區(qū)魯班山在井下瓦斯抽采上取得成功。
    2) 古敘礦區(qū)主要儲層參數(shù)有利于煤層氣的地面抽采。
    3) 基礎工作扎實，為后續(xù)射孔選段、壓裂排采奠定了良好的基礎。
    4) 總結了四川煤層氣的鉆探技術經(jīng)驗。
1.2.2有利因素
    靶區(qū)煤層層數(shù)多，煤層間距近，全煤系地層中煤層總厚度11～12m，含煤系數(shù)15%以上，主要集中在上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M中下部；各煤層氣含量高(20～23m3/t煤)，含氣飽和度高(大于90%)；煤層的節(jié)理裂隙發(fā)育，煤層以原生結構為主。
1.2.3不利因素
    四川盆地含煤地區(qū)構造復雜，小斷層、小褶曲、層間滑脫構造發(fā)育；地層傾角大，地應力大；煤層厚度薄，滲透率低；地層溫度低等因素對煤層氣的開發(fā)影響較大。
1.3 公開成果
    在基礎研究和參數(shù)井施工、試驗井工程等方面，截止到2009年6月，在《中國礦業(yè)》、《鉆采工藝》、《中國煤田地質》、《四川地質學報》等期刊上陸續(xù)發(fā)表了關于四川省煤層氣方面文章14篇。主要從四川省的煤層氣資源狀況[4～8]、選區(qū)情況[3～4]、鉆探施工[9～10]、目的煤層研究[1～2]和如何開展四川省的煤層氣勘探開發(fā)[6，11～13]等方面，從不同角度闡述了四川煤層氣的開發(fā)前景、方向和做好煤層氣的具體措施建議，為決策提供了較多有價值的信息。
2 存在問題
2.1 如何開展四川省煤儲層的改造
    根據(jù)煤儲層的特點如何選擇壓裂措施與工藝，需要儲層模型的建立作為基礎。
2.2 四川盆地地質構造復雜，多期構造疊加對煤儲層的影響機理研究程度低
    通過現(xiàn)今構造，還原各成煤時期的構造格架，在成煤環(huán)境、成烴過程、保存條件等方面的研究程度亟待深化。
2.3 如何解決四川省煤層氣的開采技術難題
    如煤層埋藏較深，地應力大，煤層薄，傾角大，滲透率低，解吸壓力低，地表地形變化大等“薄、斜、密”的問題。
3 今后工作的建議
    煤層氣的勘探開發(fā)是一個資金密集、技術復雜、探索性、開創(chuàng)性極強的系統(tǒng)工程，又是一個前景廣闊的朝陽產(chǎn)業(yè)。因此四川省的煤層氣勘探開發(fā)工作應遵照“基礎資料翔實、測試手段先進，參數(shù)齊全合理，儲層模型適用、針對性強，措施方案有效”的總原則。從政策保障、技術、產(chǎn)業(yè)層面提出以下建議：
3.1 政策保障層面
    國務院辦公廳[2006]47號文、國土資源部[2007]96號文等系列文件的出臺，為煤層氣開發(fā)提供了完備的政策支撐。尤其《四川省煤層氣(煤礦瓦斯)開發(fā)利用“十一五”規(guī)劃》的出臺是我省煤層氣工作政策制定的指導方針和重要依據(jù)，需進一步完善細則和落實。
3.2 技術層面
3.2.1基礎研究要加強
    結合四川省煤儲層變質程度高、滲透率低、地應力高等現(xiàn)狀，通過理論研究總結出我省煤層氣的“三史”特征和成藏機制，建立煤儲層模型，開展壓裂模擬設計和產(chǎn)能預測，是實現(xiàn)四川省煤層氣地面開采突破的基礎。
3.2.2制訂優(yōu)化方案
    在地質方案完備、鉆探工藝成熟、壓裂工藝措施針對性強和精細的試采作業(yè)等情況下，將為煤層氣的地面開發(fā)提供保障。
3.2.3重點研究煤儲層的改造技術
    四川省煤層氣的儲層特征給儲層的改造帶來了較大難度，因此要加強儲層改造的研究，針對每口井具體情況制訂科學有效的方案，不可套用簡單或統(tǒng)一的模式。
3.2.4加快煤層氣鉆探新工藝在四川省的論證和試驗
    水平井、多分支井等鉆探新技術是否適合四川省煤層氣的開發(fā)，要加快論證和試驗。
3.2.5重新計算四川省煤層氣資源量
    根據(jù)煤層氣工作的進展，結合煤炭資源勘探的深入，采用新的評價方法重新計算煤層氣資源量。
3.2.6引進二/三維地震勘探技術，深化煤儲層空間展布形態(tài)和特征的研究
3.3 煤層氣產(chǎn)業(yè)層面
3.3.1投資途徑的多元化
    國家、省級財政及企業(yè)資金和煤層氣產(chǎn)業(yè)投資規(guī)模大、風險大、投資回收期長相比，缺口很大。隨著煤層氣專營權的適度放開，為投資開辟了更多的途徑；《京都議定書》和國家節(jié)能減排政策的實施，要求煤層氣相關企業(yè)積極開展CDM等項目。
3.3.2實施一批煤層氣參數(shù)井和生產(chǎn)試驗井
    在四川省主要含煤地區(qū)依據(jù)相關資料選擇有利地區(qū)實施一批參數(shù)井和生產(chǎn)試驗井，為實現(xiàn)四川省 “十一五”煤層氣規(guī)劃和我省煤層氣產(chǎn)業(yè)化打好基礎。
3.3.3堅持煤層氣開發(fā)(CBM)與礦井瓦斯開發(fā)(CMM)同步推進，從而實現(xiàn)煤與煤層氣一體化共采
    目前四川省礦井瓦斯的利用主要在廣能、達竹集團、魯班山南北礦及四川省已建抽采系統(tǒng)的礦井，上述地區(qū)已有完善的瓦斯發(fā)電系統(tǒng)，輔以適當增容擴建，可以實現(xiàn)地面煤層氣與礦井瓦斯的并網(wǎng)發(fā)電與輸送，安全將會得到極大改善，煤炭產(chǎn)量也會提高。
    參加該項工作的還有嚴新建等同志，在成文過程中得到相關領導、專家的幫助支持，謹向他們表示感謝。
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(本文作者：尹中山1，2 徐錫惠2 李茂竹2 魏文金2 1.成都理工大學地球科學學院；2.四川省煤田地質局)