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低煤階煤層氣成藏特點與勘探開發技術

 摘要:隨著科學技術的發展,我國在煤炭的開發上取得了不小的成就。我國的煤炭主要集中在華北、東北和西部地區,低煤階煤層氣主要集中于西北地區,如:準噶爾、吐哈、塔里木、柴達木、三塘湖等盆地。本文對我國低煤階煤層氣成藏的特點進行分析,探討低煤階煤層氣的勘探開發技術和未來的發展前景。

關鍵詞:低煤階煤層氣;特點;勘探開發;前景

1低煤階煤層氣成藏的特點

煤階代表了煤化作用中能達到的成熟度的級別,煤階的改變是由于深埋而增加的溫度而改變的。隨著煤埋藏深度的增加,煤階從褐煤,亞煙煤,煙煤到無煙煤間不斷變化,煤處于哪種煤階是很重要的,因為無煙煤煤階的煤層很可能是非常好的煤層氣儲層。較不成熟的煤層將產生并保持較少的煤層氣,而較成熟的煤層的滲透率較低。低煤階的煤層鏡煤反射率小于0.65%,主要有褐煤和長焰煤。低煤階煤層氣是指賦存于褐煤和長焰煤及其圍巖中的煤層氣,煤層氣的主要成分為甲烷。

1.1低煤階吸附能力弱,含氣量較低

低煤階煤層的封閉能力較弱,這是因為低煤階煤層的頂底板由于成巖作用較低造成的。煤的變質程度決定著煤層氣的生成量和煤的吸附能力,煤階越高,煤層的吸附能力就越高,煤層的含氣量也就較高。而低煤階煤層的煤階較低,煤層的封閉能力較弱,故而含氣量較低。要開發低煤階煤層,就必須是要較好的滲透力,否則開發會沒有多大的價值。另外,低煤階的相對孔隙度較高,有的甚至可以達到10%左右,如果沒有較好的地質條件,煤層的孔隙度難以被游離氣充填,這樣就會導致煤層氣含量少,沒有太大的經濟價值。

1.2儲集層滲透率高

    低煤階的變質程度較低,基質較為疏松,基質的孔隙度較高。由于煤層的儲集層的滲透率的主要貢獻者是割理和構造裂隙,當開發低煤階煤層時,儲集層的壓力會降低,壓力降到臨界解吸壓力時,煤層氣就開始解吸,基質就開始收縮,基質收縮使得割理和構造裂隙的張開程度加大,這樣就使得煤層的儲集層的滲透率較高。

1.3成藏過程簡單

    低煤階煤層氣成藏過程一般較為簡單,以一次沉降為主。未成熟低煤階煤層氣成藏歷史短,在煤層形成之后只經歷過一次抬升,而且煤層的構造格局和地下水的賦存狀態會影響到煤層氣的成藏,所以說未熟的低煤階煤層氣成藏有著持續性的特點。成熟低煤階煤層氣成藏過程以深成變質作用為主。成熟低煤階煤層氣成藏除了具有持續性的特點,還具有階段性的特點,這是因為煤層氣的熱演化時期決定了熱成因煤層氣的特點,故而又具有階段性的特點。

2低煤階煤層氣勘探開發技術

    隨著社會經濟的發展,高煤階煤層氣的開發已經取得了很大的成效,在機械設備、勘探開發技術上都有著一定的成就。然而,經濟的發展要求有更多的煤炭資源,而我國的低階煤煤層氣資源占到總資源的大概36%,那么對低階煤煤層氣進行開發研究勢在必行,而且自進入21世紀以來世界各國都有不少低煤階煤層氣勘探開發成功的案例。譬如說:2002年澳大利亞的蘇拉特盆地成功開發了低煤階煤層氣;同年,加拿大的阿爾伯塔盆地也成功開始了低煤階煤層氣的大規模開發。目前,低煤階煤層氣的勘探開發技術主要有兩個。

2.1裸眼洞穴完井技術

    洞穴完井技術并不是在開發低煤階煤層氣時才開始使用的技術,早在開發高煤階煤層氣時就已經得到了廣泛的運用,它從動力學機理角度分析,可以適用于任何煤階的煤層氣開發。

裸眼洞穴完井技術是將空氣和水的混合物注入裸眼層,當注入達到一定的壓力時,放噴釋放井底壓力,這樣周期的進行注入—放噴,誘發井筒周圍煤層中裂隙和節理系統的連通和向外延伸,提高煤儲集層滲透性的一種完井技術方法。

裸眼洞穴完井技術在美國圣湖安盆地的低煤階煤層氣勘探開發中得到了廣泛的運用,并且獲得了較大的成功。在開采中,裸眼洞穴完井技術與壓裂完井技術產生的氣比例大約是7:1,單井氣產量大于28300m³/d,這充分說明裸眼洞穴完井技術可以有效的達到氣產量的增產,尤其是單井氣產量的大幅度提高,可以實現較好的經濟開發價值。

2.2連續油管壓裂技術

連續油管壓裂技術在20世紀90年代開始得到了快速的發展,在很多低煤階煤層氣的開發上已經得到了廣泛的運用,這是一種安全、經濟、高效的勘探開發技術。連續油管壓裂技術特別適用于具有多個氣層的井進行逐層壓裂作業,它可以在欠平衡的條件下作業,不需要壓死井,能夠減輕對煤層氣的傷害。能夠使得每個小層都得到合理的壓裂改造,達到整口井的壓裂增產的效果,同時,連續油管壓裂技術在作業時速度較快,可以大大節約時間。加拿大的阿爾伯塔盆地的低煤階煤層氣的勘探開發中就廣泛的運用了這項技術,取得了較好的效果。

無論是裸眼洞穴完井技術還是連續油管壓裂技術,都能給煤層氣的開發帶來較好的經濟價值,而且連續油管壓裂技術還可以大大節約作用時間,具有較高的商業價值。而且,這兩項技術還能大大減少煤層氣開采過程中的浪費,對我國目前的低煤階煤層氣的勘探開發具有重要作用。

3我國低煤階煤層勘探開發前景

    我國的低煤階煤層氣的含量豐富,占到了我國煤層氣資源的三分之一,在當前資源緊缺的情況下,注重開采的方法和技術,促進低煤階煤層氣的勘探開發具有重要意義。從前文兩項技術特點上來看,在我國新疆的昌吉、大井等低煤階區,可以大力采用裸眼洞穴完井技術,這些地區的煤層厚度大,滲透性好,含氣飽和度較高。在鄂爾多斯盆地等低煤階區,煤層的單層厚度較多,而且層數較多,這些地區可以較多的采用連續油管壓裂技術。

結束語

    低煤階煤層氣的勘探開發技術研究在當今形勢下有著可觀的經濟價值,可以促進我國煤氣資源的開發,促進我國經濟的發展。除了對現有的兩種技術進行完善研究外,還應根據低煤階煤層氣的特點進行新技術的開發研究,努力使得低煤階煤層氣的勘探開發中減少資源的浪費,產生更大的經濟價值。

參考文獻:

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