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低煤阶、薄互层煤层气的成藏特征及开发技术——以澳大利亚苏拉特

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第13卷第6期 2016年12月 中国煤层气 CHINA C0ALBED METHANE Vo1.13 No.6 December.2016 低煤阶、薄互层煤层气的成藏特征及开发技术 以澳大利亚苏拉特盆地为例 李乐忠 (中海石油气电集团技术研发中心,北京100028) 摘要:苏拉特盆地经历了一次沉降一抬升过程,煤层气的成藏历史比较简单,成藏过程主要具 有两个特点,一是煤层形成后经历抬升形成次生生物成因气,热变质作用相对有限;二是现今构 造格局和地下水的补给、运移、排泄和滞流对煤层气藏产生一些有利的调整和改造。采用多元线 性回归向后分析法得出影响煤层气产能的主要因素为地层系数kh,开发实践表明,产能高的煤 层气井均位于埋深较浅及背斜或隆起的高渗区域,在相对低渗的区域目前依然未取得煤层气产能 的突破,最后对薄互层煤层气的开发技术进行了探讨。 关键词:苏拉特盆地煤层气低煤阶薄互层成藏开发技术 Reservoir Formation Characteristics and Development Technology for Low Rank CBM with Thin Interbed Taking Surat Basin in Australia as an Example LI Lezhong (Research&Development Center of CNOOC Gas&Power Group,Beijing 100028) Abstract:Surate Basin has relatively simple history of reservoir formation,with only one subsidence and uplitf process.There are two major characteristics of reservoir formation process.First,secondary biogen— ic gas was formed after the coal seams were formed and went through uplit process,and the therfmal met- amorphism has limited effect.Second,the current structure and the supplement,transportation,dis— charge and stagnation of groundwater will bring benefits for adjustment and reform of gas reservoirs.It U— ses multivariate linear regression backward analysis to figure out that the formation coeficifent kh is the main factor to affect CBM productivity.The development practice indicates that the CBM wells with high production are located in the high permeability areas with relatively shallow burial depth and anticline, but there is no breakthrough on CBM production quantity in area with relatively low permeability.The pa— per also discusses the CBM development technology in coal seam with thin interbed. Keywords:Surat Basin;CBM;lOW coal rank;thin interbed;reservoir formation;development techno1. 作者简介李乐忠,男,博士,主要从事油气田开发方面研究。 16 第4期 1 苏拉特盆地煤层气的成藏特征 苏托特盆地煤层气减具有构造稳定、煤阶低、 性能的影响足通过控制储集层物质组成来实现的 不同成煤环境煤储集层的煤 特 、煤质特征、生 气潜力、储集性能及渗透性具有一定的差异。 苏托特 地Wallo(Ⅲ群主要为能量较低的曲流 含气饱 度高、煤层层数多、厚度薄以及渗透率岛 非均质性强的特点.构造演化比较简 ,成藏过程 河及『H1流河・ 角洲一湖泊沉积体系,主要以粉砂 主 包括i埘个特 ,一址煤层形成后 JJ 抬 形成 次生生物成I大1气,热变质作片J卡H对有限;二足脱今 构造格局和地下水的补给、运移、排泄 滞流对煤 层气减的测整和改造 、 1.1 沉积环境有利于煤层气的保存 岩、泥岩和煤等细粒沉积物为主,煤系地层岩性总 体比较致密,其中煤岩主要发育在泛滥平原或j角 洲平原上的}f{泽中,以暗煤为主,灰分含艟中等偏 高,约30%,从沉积特 来看,成煤环境不利于 对煤储层的发育,但对煤层气的保仔比较有利。 表1 成煤环境与储集层特征 成煤环境对煤 气的,£成、储集干I】储集层渗透 煤 成煤环境 宏观煤柑 类型 高位泥炭沼泽 半睛 特 ;l} lF 微组分 特f煤质特 灰分 生气 硫分 潜力 储集 性能 渗透性 微煤 类型 微情煤,做亮煤 结构镜质体.丝质体 微情煤.,茫顷亮煤 微镜煤,较低 特低 低 较低 较好 好 差 好 好 较好 较好 较好 好 十燥森林泥炭沼泽 Iif}淡} 潮湿森林泥炭沼泽 光庇 丝顷体,半丝质体 结构镜质体,均质镜 质体粗粒体 ,微暗煤 流水泥炭}fj泽 半亮划一 半暗型 做亮煤,做镜煤 质镜质体. 碎啊壳质体 中 盘f 较筹 较篾 开阔水体泥炭沼泽 暗淡型 微 合煤,做类惜煤 藻类体,泡子体 商 好 较差 差 1.2构造稳定有利于煤层气成藏 虽然煤层气的成减/1 依赖于常规inI 藏成藏 论巾的“ 闭”概念,仇构造【大I素对煤层气的成 减同佯具柯重要的影响 构造冈索会血接或问接地 世挤压与掀斜作用影响,苏拉特盆地Walh)n亚群 发育一定数量的规模较小的 皱与背斜构造,并局 部发育少 J 断层,断距较小,介于10~50m之 间,断层封闭性好。总体来看,苏托特盆地煤层构 造稳定,钉利于煤层气成臧,后期地质改造运动对 储层渗透性起到了改良作川,在背斜的轴部和两 翼、隆起的翼部r}1于托张庇力的释放,煤层裂缝比 较发育,煤 渗透性比较好. .∞0控制煤层气生成、聚集、保存乃至富集的每个环节 苏托特盆地Walloon 群经历丫一次沉降一抬 升过程,构造比较简单,地层非常平绥,地层倾角 一般小丁0.6。,煤层埋深0~1000m. 受rf1晚一 400 800 l200 1600 屡2000 2400 2800 3200 3600 冬1 1 苏L'd,k 地 域二维地震削 第4期 低煤阶、薄互层煤层气的成藏特征及开发技术 17 1.3气源多样化形成高含气饱和度 苏拉特盆地Walloon亚群构造演化史相对比较 简单,白垩世中期达到最大埋深,约2000m,煤岩 演化程度低,Ro处于0.4%一0.6%之间,处于褐 煤一长焰煤阶段,热成因生气能力有限。中晚白垩 世开始,地层开始缓慢抬升并局部遭受剥蚀,盆地 东北边缘煤层出露地表,该阶段Walloon亚群煤系 地层处于非常有利于甲烷菌生长和富集的温度压力 体系,露头区域煤层接受大气降水和上覆松散沉积 物的垂直渗漏补给,地层水矿化度低,利于次生生 物气的生成,同位素及天然气组分分析结果表明: 解吸气甲烷同位素( ̄13C1)在一64.10%o一 一图2苏拉特盆地单井埋藏史图 2煤层气排采特征及影响因素 针对苏拉特盆地煤层气“低煤阶、高渗透率、 薄互层”的地质特点,该地区探索出一套“直 井+裸眼完井+多层合采”的开发策略,排采上 45.30%o之间,明显具有生物成因气特征。该地 区生物成因气特征极大提高了煤层含气性,平均含 一Ⅲ】 攥剿 气量4m /t,含气饱和度平均为102%,整体处于 饱和一过饱和状态,对开发极为有利。 则采用“泵抽+自喷”相结合的方式,并取得了 良好的开发效果,目前苏拉特盆地约90%以上的 井均采用此完井方式。 2.1 排采特征 1.4单煤层厚度薄。层数多。煤层累计厚度大 苏拉特盆地沉积成煤时期地层平缓,水体动荡 频繁,形成的煤层以薄互层的煤层为主,单层厚度 薄,主要以0.3m以内的薄煤层为主,但总含煤地 层厚度大,煤层层数多,累计净煤层厚度可达30m 以上,具有良好的煤层气成藏基础。 1.5煤储层物性好、渗透率高,但非均质性强 苏拉特盆地煤层气的开发具有以下几种特征: (1)见气时间短 煤层气井见气时间的长短主要受含气饱和度、 渗透率等因素的影响,该地区煤层含气饱和度高、 据DST测试解释结果,苏拉特盆地煤层气渗 透率总体较高,平均可达100mD,但非均质性强, 渗透率范围跨度大,处于0~1000mD之间。苏拉 【|网 目[==========U 侏 腮 罗 鲫 晚 w 渗透率高,临储比比较高,见气时间非常短。据统 计,苏拉特盆地煤层气井平均见气时间为2天以 内,多数井则表现为开井即可见气。 特盆地煤岩渗透率受沉积及埋深影响以外,后期构 纪造运动对煤岩渗透性的改善非常明显,煤岩储层的 (2)煤层气井单井产能高,产能受煤岩渗透 性影响大 盛 气高渗透区域主要位于埋深较浅及构造背斜或隆起 物性特征受沉积及构造双重因素控制,盆地内煤层 的区域。 据统计,目前苏拉特盆地煤层气开发区主要集 中在中高渗区域,在中高渗区绝大多数开发井 (约90%)稳定产气量大于1万m’/d,其中,大 单煤层厚度/m 图3苏拉特盆地单煤层厚度分布直方图 l8 中国煤层气 第4期 于3万m /d的开发井约占70%,但在低渗区煤层 气开发还未取得突破。 (3)排采曲线呈现多种特征 典型煤层气排采曲线主要包括三个阶段:早期 阶段,气产量上升阶段,水产量下降;过渡阶段, 气产量出现高峰期,水产量较低;晚期阶段,气产 量递减期,符合递减曲线特征,水产量低产且稳 定。根据统计分析结果,总结出苏拉特盆地煤层气 的产气曲线主要呈现有四种类型,分别为:①单峰 型,符合煤层气典型的产气特征,该类型比例约 40%;②多峰型,主要由于泵抽与自喷之间排采制 度的改变导致,比例约25%;③递减型,开井后 产气量即很高,产气量迅速进入递减阶段,具有常 规天然气开发的特征,比例约25%;④稳定一递 减型,与“递减型”类似,但有一定时间的稳产 期,之后进入递减阶段,比例约10%。 单峰型 多峰型 q ● ● X ,●O 递减型 稳定型t 图4苏拉特盆地煤层气产气曲线类型 2.2排采影响因素分析 采用多元线性回归向后分析法,综合考虑各种 地质因素,如渗透率、含气量、煤层有效厚度、埋 深、产水量等对产气量的影响。考虑稳定期产气量 Y与影响它的一系列地质影响因素如渗透率X 、含 气量X 、有效厚度X,、KH值X 、埋深X 、产水量 X 之间的关系,并找出各个因素的影响权重。用 多元线性回归的方法检验自变量与因变量之间的 关系。 设因变量Y与自变量X。、X 、…x 的线性回归 模型如下所示。 Y=13o+p1X1+132X2+…136X6+£ 其中,13。为回归常数,13 、13:…B 为回归系 数。y为因变量,也称为被解释变量,X是自变量, 也称为解释变量,s为随机误差,满足E(8)=0, var(8)=8 。 在此模型中,获得n组观测数据,线性回归模 型可以表示为: fYl=130+131Xl1+B2X12+…136x16+81 1l Y..2 ..一 130+131x21+B2x22+…p6x26+82 Ly =p0+plx l+B2xIl2+…p6Xn6+8 写成矩阵的形式为 Y=x13+s 其中: y 13l SI y ,: 13= 132 /32 ● ● : : ● Y B 8n l XI1 X12 1 X21 X22 ● : 此模型通常用最小二乘法求解系数,并用t统 计量检验系数的显著性,用F统计量检验方程的 显著性。传统方法进行编程计算较为繁琐,引入统 计学常用软件SPSS进行计算分析。 ● ● ● 分析结果表明:苏拉特盆地影响煤层气产能最 ● 明显的因素为渗透率K,其次为煤层厚度h,开发 X ;● 0 实践也表明,产能高的煤层气井均位于埋深较浅及 背斜或隆起的高渗区域,而在地层系数kh< 300mD・m的区域,目前还未取得商业价值的煤层 气产量。 3存在的问题分析及技术探讨 苏拉特盆地目前采用“直井+裸眼完井+多 层合采”的开发策略已经取得了一定的成功,获 得了较高的煤层气产量,但仍然存在一定的问题, 主要体现在以下几个方面: (1)开采方式为大井段裸眼完井,合采层段 跨度太大,岩性组合复杂,导致煤层气井产水量 大,且对主力产气、产水层的认识不清楚; (2)开采过程中出煤粉、出砂比较严重,影 响排采设备的寿命; (3)目前所采用的开发策略不适用于相对低 渗的区域,低渗区的开发技术亟需突破。 针对以上问题分析,针对苏拉特盆地低煤阶、 第4期 低煤阶、薄互层煤层气的成藏特征及开发技术 19 薄互层煤层气的开发可以考虑尝试以下技术: (1)开展薄互层煤层气精细地层对比及开发 层系组合研究,明确主力产气、水层位,划分合理 的开发层组组合; (2)合理控制排采制度,以降低出煤粉、出 砂量; (3)针对薄互层的地质点,在相对低渗区尝 试“短半径径向水平井技术”,不仅能控制更多的 煤层,也可以提高单煤层的开发效果,以提高单井 产量; (4)采用连续压裂技术,可以开发纵向 连续分布的薄煤层的煤层气。该项技术特点包括排 量大、效率高、成本低、产量最大化,该项技术在 美国、加拿大等国家煤层气开发中取得了成功。] ] ] ]  ] 4 结论 (1)苏拉特盆地Walloon亚群经历了一次沉 降一抬升过程,成藏历史比较简单,成藏过程主要 包括两个特点,一是煤层形成后经历抬升形成次生 生物成因气,热变质作用相对有限;二是现今构造 格局和地下水的补给、运移、排泄和滞流对煤层气 藏的有利调整和改造。 (2)苏拉特盆地Walloon亚群沉积环境为低能 量的曲流河及曲流河三角洲一湖泊沉积体系,水体 动荡频繁,煤层主要以薄互层煤层为主,煤层层数 多,单层薄,但煤层累计厚度大,具有良好的成藏 基础。 (3)煤岩的物性特征受沉积及构造双重因素 的控制,煤岩的渗透率受沉积及埋深影响以外,后 期构造运动对煤岩渗透性的改善非常明显,盆地内 高渗透区域主要位于煤层埋深较浅及构造背斜或隆 起的区域,为目前苏拉特盆地勘探开发的甜点区。 (4)苏拉特盆地煤层气的生产具有见气时间 短、单井产能高、排采曲线多样化的特点,通过分 析得出,苏拉特盆地影响煤层气产能因素主要为渗 透率和煤层厚度,针对苏拉特盆地薄互层、非均质 性强的地质特征,应加强精细开发地质、多层压裂 及短半径水平井技术的研究。 参考文献 [1] 翟光明,何文渊.抓住机遇,加快中国煤层气产业 的发展[J].天然气工业,2008,28(3):1—4. 王勃,李景明,张义,等.中国低煤阶煤层气地质 特征[J].石油勘探与开发,2009,36(1):3O一 35. 桑树勋,秦勇,傅雪海,等.陆相盆地煤层气地 质——以准噶尔,吐哈盆地为例[M].徐州:中 国矿业大学出版社.2001.147—160. 中国煤田地质总局.中国煤层气资源[M].徐州: 中国矿业大学出版社,1999.26—87,130—135. 方爱民,侯泉林,琚宜文,等.构造对煤层气成藏 的控制作用[A].宋岩,张新民.煤层气成藏机制 及经济开采理论基础[C].北京:科学出版社, 2005.140—151. 孙万禄.中国煤层气盆地[M].北京:地质出版 社,2005.1—3. 傅雪海,秦勇,韩训晓,等.煤层气运聚与水文地 质关系研究述评] ] [A].宋岩,张新民.煤层气成藏 I0 = 1 1J 1J机制及经济开采理论基础[C].北京:科学出版 社,2005.152—157. 王勃,姜波,王红岩,等.低煤阶煤层气藏水文地 质条件的物理模拟[J].煤炭学报,2007,32 (3):258—260. 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