川南石寶礦段煤層氣開發(fā)方式研究

劉 磊 萬志杰 喬 康 周加佳 白 優(yōu) 張 真

(中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 710054)

川南石寶礦段煤層氣開發(fā)方式研究

劉 磊 萬志杰 喬 康 周加佳 白 優(yōu) 張 真

(中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 710054)

針對煤層氣不同開發(fā)方式的地面條件、地質(zhì)條件、技術(shù)工藝水平以及鉆井投資等方面的特點，對不同開發(fā)方式的適應(yīng)性進(jìn)行了分析；結(jié)合川南石寶礦段的地質(zhì)、水文、目標(biāo)煤層、滲透率以及含氣量等條件，在當(dāng)前煤層氣開發(fā)技術(shù)與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平下，提出了適宜該礦段的煤層氣開發(fā)方式：地面垂直井作為川南石寶礦段煤層氣開發(fā)的主要方式。

煤層氣 開發(fā)方式 川南石寶礦段

1 川南石寶礦段概況

1.1 地質(zhì)構(gòu)造及目標(biāo)煤層特征

石寶礦段位于古藺復(fù)式背斜南翼的次級褶皺—石寶向斜東段。礦段內(nèi)含煤地層為龍?zhí)督M，共含煤11～24層，其中上部、局部、全區(qū)可采的煤層有C11、C13、C14、C15、C17、C20、C23、C24、C25煤層，全區(qū)煤層總厚度為10.16m，含煤系數(shù)為12.37%。通過對全區(qū)分布的鉆孔資料分析得知：C17和C25煤層為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。

(1)煤體結(jié)構(gòu)

C17、C25煤為構(gòu)造煤。煤巖描述特征表述：C17煤主要為碎裂結(jié)構(gòu)，取心煤樣煤體為鋼灰色，似金屬光澤；煤巖成分以暗煤為主，亮煤次之，參差狀、棱角狀斷口，煤體較堅硬，煤中發(fā)育大量構(gòu)造滑面和擦痕。C25煤主要為碎裂-碎粒結(jié)構(gòu)，取心煤樣煤體為鋼灰色，似金屬光澤，總體光澤較強(qiáng)，煤巖成分以鏡煤和亮煤為主，呈線理狀～細(xì)條帶狀，煤體堅硬，部分疏松，手捻成粒狀、粉狀。

(2)含氣量

C17煤層共計取得5組煤心測試樣品，取樣測試結(jié)果顯示其空氣干燥基含氣量7.14～15.36cm3/g，平均12.20cm3/g。C25煤層共計取得4組煤心測試樣品，取樣測試結(jié)果顯示其空氣干燥基含氣量為1.42～9.06cm3/g，平均4.92cm3/g。

1.2 水文地質(zhì)條件

礦段內(nèi)含水層巖性主要為石灰?guī)r，其次為砂巖；隔水層巖性主要為泥巖，含水層、隔水層相間成層產(chǎn)出。礦段內(nèi)主要含水層由上至下依次為三疊系雷口坡組、嘉陵江組巖溶強(qiáng)含水層、三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組下段巖溶裂隙含水層、二疊系上統(tǒng)長興組巖溶裂隙含水層和二疊系中統(tǒng)茅口灰?guī)r含水層。主要隔水層由上至下依次為三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組上段相對隔水層、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M隔水層。

本區(qū)內(nèi)弱～中含水層較多，且含煤地層龍?zhí)督M屬于弱含水層，隔水性能良好，加之目標(biāo)煤層C17、C25煤層底板距茅口組灰?guī)r尚遠(yuǎn)，因此形成了較好的隔水層分布，使其與含水層溝通能力減弱，故該礦段水文地質(zhì)條件對煤層氣開發(fā)影響較小。

2 煤層氣開發(fā)方式適用條件

國內(nèi)地面煤層氣開發(fā)方式主要以地面垂直井、叢式井、U型井、羽狀水平井等。對煤層氣開發(fā)方式的合理選擇能夠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益實現(xiàn)最大化，同時會影響氣井的產(chǎn)能及抽采率。對比國外煤層氣勘探開發(fā)，并結(jié)合國內(nèi)開發(fā)實踐，根據(jù)煤層氣不同開發(fā)方式的技術(shù)和工藝，對其適應(yīng)條件進(jìn)行分析(表1)。

表1 煤層氣不同開發(fā)方式的適用條件

3 石寶礦段煤層氣開發(fā)方式適用性研究

煤層氣開發(fā)方式主要從礦區(qū)構(gòu)造條件、目標(biāo)煤層數(shù)、煤體結(jié)構(gòu)、含氣量、煤階、滲透性、工藝技術(shù)、鉆井投資成本等方面考慮。現(xiàn)對石寶礦段煤層氣開發(fā)方式與煤層氣開發(fā)適用性條件作對比分析(見表2)。

地質(zhì)構(gòu)造：石寶礦段地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，該礦段內(nèi)含有對煤系破壞較大的斷層；不符合羽狀水平井、U型井、水平井對構(gòu)造條件的要求，即簡單-較簡單。因此，該礦段內(nèi)不宜采用羽狀水平井、U型井以及水平井開發(fā)方式。

目標(biāo)煤層特征：石寶礦段主要開發(fā)C17、C25煤層，屬于多煤層開發(fā)，且煤層埋藏較深(700～1000m)；不符合羽狀水平井、U型井、水平井對構(gòu)造條件的要求，即400～800m。因此，該礦段內(nèi)

表2 石寶礦段煤層氣開發(fā)方式適用性

注：Y—適用；N—不適用

不宜采用羽狀水平井、U型井以及水平井開發(fā)方式。

煤體結(jié)構(gòu)：石寶礦段C17、C25煤為碎裂-糜棱煤結(jié)構(gòu)，不符合羽狀水平井、U型井、水平井對構(gòu)造條件的要求，即碎裂-原生煤結(jié)構(gòu)。因此，該礦段內(nèi)不適宜本區(qū)羽狀水平井、U型井以及水平井開發(fā)方式。

技術(shù)及工藝：叢式井作業(yè)難度大，每一口定向井都必須完全達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，否則會增大后期在區(qū)塊內(nèi)整體開發(fā)的難度；叢式井開發(fā)工藝的技術(shù)成熟度較低，遠(yuǎn)低于地面垂直井、U型井和羽狀水平井，且在現(xiàn)有的鉆井設(shè)備及技術(shù)條件下，叢式井的井眼軌跡、中靶精度等技術(shù)難度較大。因此，該礦段內(nèi)不宜采用叢式井開發(fā)方式。

鉆井投資成本：羽狀水平井、U型井、叢式井、水平井對其所用鉆井設(shè)備要求很嚴(yán)格，因此其投入成本很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地面垂直井。

綜上所述，從地質(zhì)結(jié)構(gòu)、目標(biāo)煤層特征、煤體結(jié)構(gòu)、技術(shù)及工藝、鉆井投資成本方面分析，可以得出：地面垂直井開發(fā)方式優(yōu)于羽狀水平井、U型井、叢式井以及水平井開發(fā)方式。

[1] 湯達(dá)禎，劉大錳，唐書恒，等.煤層氣開發(fā)過程儲層動態(tài)地質(zhì)效應(yīng)[M].北京：科學(xué)出版社，2014.

[2] 李鴻業(yè).世界主要產(chǎn)煤國煤層氣開發(fā)前景[J].中國煤層氣，1995(2)：35-37.

[3] 張新民，趙靖舟，張培河.中國煤層氣技術(shù)可采資源潛力[J].煤田地質(zhì)與勘探，2007，35(4)：23-26.

[4] 秦勇，桑樹勛，傅學(xué)海，等.中國重點礦區(qū)煤層氣資源潛力及若干評價理論問題[J].中國煤層氣，2006，3(4)：17-20.

[5] 張培河，張明山.煤層氣不同開發(fā)方式的應(yīng)用現(xiàn)狀及適應(yīng)條件分析[J].煤田地質(zhì)與勘探，2010，38(2)：9-13.

[6] 何俊宏，巫曉兵，等.川南古敘礦區(qū)石寶礦段煤層氣地質(zhì)主控因素分析[J].中國煤層氣，2012，9(5)：12-15.

[7] 張洪，何愛國，譚成錦.煤層氣儲層類型及配套鉆井方案概述[J].中外能源，2010，15(11)：50-52.

(責(zé)任編輯 王一然)

Research on CBM Development Modes in Shibao Mine Section of South Sichuan

LIU Lei, WAN Zhijie, QIAO Kang, ZHOU Jijia, BAI You, ZHANG Zhen

(Xi’an Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group Co., Ltd, Shaanxi 710054)

Aimed at the characteristics of different development modes of CBM, and according to the ground conditions, geological conditions, technology and investment of different development modes, the adaptability of the main development modes is studied, combining the mine geology, hydrogeology, the target of coal seam, permeability and gas content of Shibao Mine Section of South Sichuan. Under the present technical and economic conditions, corresponding CBM development way is proposed, and vertical wells are the best development mode in this area.Keywords:CBM; development mode; Shibao Mine Section of South Sichuan

國家科技重大專項資助項目(2011ZX05040-003)

劉磊，男，陜西榆林人，碩士，助理工程師，從事煤層氣資源勘探開發(fā)以及安全科學(xué)與工程技術(shù)研究。