煤層氣勘探開發(fā)關鍵技術與應用

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一、成果概況

1.背景

新疆2000米以淺煤層氣資源量為9.51×1012m3，占全國煤層氣資源總量的26%。煤層氣地質(zhì)資源量大于1×1012m3的含氣盆地有9個，新疆北部就占了3個。盡管新疆北部煤層氣資源豐富，但煤層氣工業(yè)化進程緩慢。

2.研究結論

通過對準南、吐哈、三塘湖等煤田沉積相古地理的研究，提出了新疆北部聚煤規(guī)律；通過煤儲層的儲層特征研究、成藏地質(zhì)條件研究、煤層氣富集規(guī)律研究，提出了新疆特有的煤層氣成藏模式；結合基礎地質(zhì)研究，綜合國內(nèi)外研究成果，對低階煤層氣勘探開發(fā)技術進行了優(yōu)化與創(chuàng)新。揭示了急傾斜煤層火燒區(qū)滯水層對煤層氣成藏的控制作用

二、技術先進性及取得成果

與當前國內(nèi)外同類研究、同類技術綜合比較，本項目在理論研究與技術評價等方面達到國際領先水平。

1.揭示了新疆北部煤儲層主要發(fā)育在辮狀河三角洲平原環(huán)境中，在三角洲平原-前緣過渡帶的分流間灣中煤層厚度大，在壩后沼澤中煤層厚度較小且連續(xù)性差。

2.提出了新疆北部煤體結構對煤甲烷吸附性能具有重要影響的觀點，揭示了不同溫壓條件下強韌性構造煤甲烷吸附性能明顯高于脆性構造煤，同時指出隨著溫度的增加，溫度對煤吸附甲烷能力影響起主導作用，煤體結構的影響不再明顯。揭示出新疆北部煤層隨變質(zhì)程度增強，煤微觀表面平均粗糙度逐漸減小，納米級變質(zhì)氣孔更加發(fā)育；隨構造變形強度的增加，煤表面形貌中凸起逐漸被擠壓磨平，納米級表面網(wǎng)狀柵格結構向蠕動狀結構轉化。煤中封閉孔隙體積隨變形程度增大而增大，但其占總孔隙體積的比例逐漸減小，同時封閉孔體積主要分布在10納米到50納米之間。

3.識別出雙側向測井顯示為負異常、補償中子平均值較高、井徑測井幅度差較小為新疆北部煤層氣高產(chǎn)井測井響應標志，建立了高產(chǎn)井測井評價模型，優(yōu)選出煤層氣井的壓裂改造層段。揭示了急傾斜煤層火燒區(qū)滯水層、煤儲層非均質(zhì)性、煤儲層超壓對煤層氣成藏的控制作用，建立了新疆北部急傾斜煤層火燒區(qū)滯水層煤層氣成藏模式。

4.利用地質(zhì)塊段法、體積法和豐度法，預測了新疆北部1000米以淺煤層氣資源量約為2.28×1012m3，2000米以淺煤層氣資源量約為7.12×1012m3。

5.形成了順傾向鉆進的順煤層L型井鉆完井技術和超大排量、高砂比、低摩阻壓裂液壓裂技術，解決了新疆北部大傾角煤層的增產(chǎn)問題。此外為提高單井壓裂改造效率，縮短壓裂周期，形成了連續(xù)油管底封分層+噴砂射孔+油套環(huán)空壓裂技術。

6.開展了煤儲層應力敏感性研究，形成了新疆北部負壓抽采增產(chǎn)技術和激勵性排采模式。項目查新報告：國內(nèi)外未見有與本項目查新點綜合研究內(nèi)容及研究成果相同的文獻報道。本項目在《煤炭學報》《Energy&Fuels》《Fuel》等學術雜志以及國內(nèi)外會議上發(fā)表99篇研究成果，其中SCI收錄17篇（共被引254次，他引207次，單篇最高他引45次），在學術界產(chǎn)生了較大影響。研究成果共獲得專利5個，其中發(fā)明專利2個，實用新型專利1個，軟件著作權2個。在以上成果的綜合指導下，新疆煤田地質(zhì)局一五六隊在準南阜康白楊河區(qū)塊建設生產(chǎn)井80余口，單井最高日產(chǎn)氣量6426立方米，年產(chǎn)量3000萬立方米，使該區(qū)塊成為國內(nèi)首個在低煤階煤層氣取得工業(yè)化突破的區(qū)塊。

三、推廣應用

人民網(wǎng)、新疆網(wǎng)對新疆首個煤層氣開發(fā)利用示范工程進行了報道，ECF國際頁巖氣論壇對成果給予高度評價。新疆煤層氣示范工程榮獲“中國地質(zhì)學會2016年度十大地質(zhì)科技進展”，新疆“358”地質(zhì)找礦項目優(yōu)秀成果一等獎。

四、經(jīng)濟效益

本項目屬于產(chǎn)、學、研密切結合的集成創(chuàng)新成果，科技攻關與工程實施同步進行，進一步補充和完善了中-低煤階煤層氣勘探開發(fā)理論和技術。該項研究成果在新疆北部應用以來，取得了一系列新認識和新突破，相繼發(fā)現(xiàn)和落實了阜康、米東、呼圖壁、瑪納斯、后峽、三塘湖及艾維爾溝等一批有利區(qū)塊，圈定了新疆北部煤層氣下一步的勘探開發(fā)有利區(qū)。一五六隊基于本項目研究成果，2014—2017年共承擔國家下發(fā)勘探開發(fā)研究項目5個，科研基金共計2.69億元。通過本成果的指導，基于排采試驗工作，遵循“先抽后采”、采煤采氣一體的瓦斯治理模式，優(yōu)派能源（新疆）礦業(yè)有限公司及新疆焦煤（集團）有限公司生產(chǎn)作業(yè)區(qū)瓦斯突出的風險有效降低，累計節(jié)約安全成本2000萬元。300余人直接參與了項目課題研究，項目推動了新疆煤層氣行業(yè)的技術進步，取得了巨大經(jīng)濟效益和社會價值。項目提出了適合新疆北部的煤層氣后備資源開發(fā)的可行性建議和一套較為成熟的煤層氣勘探開發(fā)理論及技術體系，為新疆煤層氣科技工作作出了理論指導。這一整套技術理論的應用，為新疆“十三五”期間煤層氣工業(yè)跨越式發(fā)展提供了有力的技術支撐。