|
張培河1，張明山2
(1.煤炭科學(xué)研究總院西安研究院，陜西西安710054；2.東北煤田地質(zhì)局107隊(duì)，遼寧阜新123003)
摘要：在對(duì)國(guó)內(nèi)外煤層氣勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀調(diào)研的基礎(chǔ)上，分析了不同煤層氣開(kāi)發(fā)方式的技術(shù)特點(diǎn)、技術(shù)優(yōu)勢(shì)和存在問(wèn)題，以及應(yīng)用現(xiàn)狀和應(yīng)用效果，并根據(jù)不同開(kāi)發(fā)方式的技術(shù)、工藝要求，從地質(zhì)、儲(chǔ)層、地形和投資等方面研究了主要開(kāi)發(fā)方式的適應(yīng)性。基于美國(guó)和我國(guó)煤層氣地質(zhì)條件的綜合對(duì)比分析，并針對(duì)我國(guó)主要煤盆地的地質(zhì)特征和地形條件等，提出了相應(yīng)的煤層氣開(kāi)發(fā)方式：沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣比較適合地面垂直井和定向井開(kāi)發(fā)方式；其他地區(qū)因地質(zhì)條件大都比較復(fù)雜等原因，建議首選直井方式進(jìn)行煤層氣勘探開(kāi)發(fā)。
我國(guó)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)90年代初，至今已有近20a歷史。自2005年以來(lái)，隨著國(guó)家相關(guān)政策的出臺(tái)，我國(guó)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)出現(xiàn)了新的高潮，近4a施工的煤層氣井超過(guò)以往10余a煤層氣井的總和。至2008年底，我國(guó)實(shí)施的各類(lèi)煤層氣井已有3000余口，煤層氣勘探開(kāi)發(fā)遍及全國(guó)的主要煤盆地，大規(guī)模的煤層氣勘探開(kāi)發(fā)即將到來(lái)。
目前，地面煤層氣開(kāi)發(fā)方式主要有地面垂直井、地面采動(dòng)區(qū)井、叢式井、羽狀水平井和U型井等方式。這些開(kāi)發(fā)方式可系統(tǒng)地劃分為定向井開(kāi)發(fā)方式和直井開(kāi)發(fā)方式兩類(lèi)。其中，地面垂直井和地面采動(dòng)區(qū)井為地面直井開(kāi)發(fā)方式；叢式井、羽狀水平井和U型井為定向井開(kāi)發(fā)方式。煤層氣開(kāi)發(fā)方式的合理選擇是煤層氣開(kāi)發(fā)需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容，也是煤層氣勘探開(kāi)發(fā)成功的關(guān)鍵。美國(guó)是煤層氣開(kāi)發(fā)最成功的國(guó)家，由于煤盆地構(gòu)造簡(jiǎn)單和煤層滲透率高等特點(diǎn)，不同類(lèi)型開(kāi)發(fā)方式的氣井的產(chǎn)能都普遍較高，且經(jīng)濟(jì)效益顯著。我國(guó)煤盆地的地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件復(fù)雜，煤層滲透率低，煤層氣開(kāi)發(fā)難度大，對(duì)開(kāi)發(fā)技術(shù)及工藝要求嚴(yán)格，這使煤層氣開(kāi)發(fā)方式的選擇顯得尤為重要。因此，結(jié)合我國(guó)目前的煤層氣勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，開(kāi)展煤層氣開(kāi)發(fā)方式適應(yīng)性研究，對(duì)診斷目前勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在問(wèn)題，有效指導(dǎo)今后的煤層氣勘探開(kāi)發(fā)作業(yè)具有重要意義。
1煤層氣不同開(kāi)發(fā)方式的應(yīng)用及效果
1.1國(guó)內(nèi)外煤層氣勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀
美國(guó)是世界上煤層氣勘探開(kāi)發(fā)最早的國(guó)家，也是最成功的國(guó)家。美國(guó)煤層氣工業(yè)起步于20世紀(jì)70年代，首先在黑勇士盆地和圣胡安盆地取得成功；90年代后，在粉河、猶因塔等盆地也相繼取得了成功。至2006年，美國(guó)煤層氣生產(chǎn)井已達(dá)35000口，年產(chǎn)煤層氣5600×108m3/a。美國(guó)的煤層氣勘探開(kāi)發(fā)主要采用地面垂直井方式，在部分地區(qū)實(shí)施了數(shù)量較少的羽狀水平井和地面采動(dòng)區(qū)井。
通過(guò)美國(guó)的示范作用，澳大利亞、加拿大等國(guó)家競(jìng)相開(kāi)展煤層氣的勘探開(kāi)發(fā)，并逐步進(jìn)入工業(yè)化開(kāi)采，煤層氣勘探開(kāi)發(fā)也主要采用地面垂直井方式。加拿大的煤層氣勘探開(kāi)發(fā)自20世紀(jì)80年代開(kāi)始，主要位于阿爾伯達(dá)盆地，2001年之前，僅有70余口煤層氣井，近年來(lái)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，2003年新增1000口煤層氣生產(chǎn)井，2004年又鉆井1500口，煤層氣產(chǎn)量總計(jì)約10.22×108~15.33×108m3/a[1]。澳大利亞的煤層氣勘探開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)70年代末，主要集中在悉尼、岡尼達(dá)、鮑恩、加利利等盆地，2004年煤層氣產(chǎn)量達(dá)13.55×108m3/a，目前達(dá)到27×108m3/a，昆士蘭的鮑恩盆地單井日產(chǎn)氣量最高可超過(guò)28320m3/d。
我國(guó)的煤層氣勘探開(kāi)發(fā)起步于20世紀(jì)90年代初，首先在沁水盆地的晉城礦區(qū)取得了成功，并逐漸擴(kuò)展到整個(gè)沁水盆地。受煤層氣產(chǎn)業(yè)政策等方面的影響，在本世紀(jì)初，我國(guó)的煤層氣勘探開(kāi)發(fā)規(guī)模逐步擴(kuò)大，勘探足跡遍及鄂爾多斯、阜新、吐哈、準(zhǔn)噶爾和鶴崗等多個(gè)盆地，已形成了沁水潘莊、潘河、樊莊、成莊、柿莊、陽(yáng)泉寺家莊、韓城象山和阜新劉家等多處開(kāi)發(fā)區(qū)。潘莊、潘河、柿莊、阜新劉家和韓城象山等區(qū)已初步進(jìn)入商業(yè)化開(kāi)發(fā)階段。我國(guó)的煤層氣勘探開(kāi)發(fā)主要采用地面垂直井方式，并實(shí)施了40余口羽狀水平井和20余口地面采動(dòng)區(qū)井的勘探開(kāi)發(fā)試驗(yàn)，近年來(lái)又進(jìn)行了少量U型井的煤層氣勘探。至2008年底，已施工各類(lèi)煤層氣井3000余口，煤層氣產(chǎn)量達(dá)到3.4×108m3/a。
1.2不同開(kāi)發(fā)方式的應(yīng)用效果
1.2.1地面直井
煤層氣勘探開(kāi)發(fā)的地面直井方式包括地面垂直井和地面采動(dòng)區(qū)井。
a.地面垂直井
地面垂直井方式是在地面打垂直井進(jìn)入目標(biāo)煤層，通過(guò)采取一系列增產(chǎn)強(qiáng)化措施抽采目標(biāo)煤層的煤層氣。地面垂直井方式是目前國(guó)內(nèi)外煤層氣勘探開(kāi)發(fā)廣泛應(yīng)用的方式。受地質(zhì)條件的影響，垂直井煤層氣開(kāi)發(fā)的完井方式不一致，目前主要的完井方式有射孔壓裂完井、裸眼完井和洞穴完井等。
在美國(guó)猶因塔、黑勇士等盆地，多采用地面垂直井方式進(jìn)行煤層氣勘探開(kāi)發(fā)，使用射孔壓裂完井的強(qiáng)化措施提高氣井產(chǎn)能。猶因塔盆地的煤層氣井產(chǎn)氣量平均為2800m3/d，勘探初期3口井壓裂后排采1a多時(shí)間，單井產(chǎn)氣在1000m3/d左右，隨后井組逐漸擴(kuò)大到23口，連續(xù)排采4a以上，單井產(chǎn)氣量逐漸增加到5000m3/d以上，在大規(guī)模生產(chǎn)階段，超過(guò)20000m3/d[2]；黑勇士盆地煤層氣井產(chǎn)量在3000m3/d左右，在實(shí)行優(yōu)化完井和增產(chǎn)措施的基礎(chǔ)上能夠取得超過(guò)8495m3/d的單井產(chǎn)量[3]。粉河盆地采用裸眼完井，產(chǎn)氣效果非常好，截止2006年底，煤層氣生產(chǎn)井達(dá)到16000口，產(chǎn)量超過(guò)140×108m3/a，單井產(chǎn)量3700~9900m3/d，最高達(dá)28000m3/d?；圣胡安盆地大部分井采用裸眼洞穴法完井，產(chǎn)氣效果也非常好，煤層氣富集區(qū)的氣井產(chǎn)量為57000~85000m3/d，是采用地面垂直井開(kāi)發(fā)凝膠壓裂增產(chǎn)井的7倍，甚至更高，但在煤層氣富集區(qū)之外，洞穴完井方法增產(chǎn)效果不佳，甚至不如套管壓裂增產(chǎn)的煤層氣井。目前，洞穴完井方法僅適合于煤層厚度大、硬度大，滲透率和氣含量較高的地區(qū)。
我國(guó)的煤層氣勘探開(kāi)發(fā)主要采用地面垂直井方式，采取壓裂增產(chǎn)的強(qiáng)化措施，效果比較顯著，近年來(lái)，地面垂直井?dāng)?shù)量大增。沁水盆地是我國(guó)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)的最熱點(diǎn)地區(qū)，煤層氣開(kāi)發(fā)效果好，已形成了潘莊、柿莊、樊莊、潘河和陽(yáng)泉寺家莊等多個(gè)煤層氣開(kāi)發(fā)區(qū)，主要采用地面垂直井、套管完井作業(yè)方式進(jìn)行煤層氣開(kāi)發(fā)，單井最高產(chǎn)量達(dá)到16000m3/d，平均產(chǎn)量為2000m3/d。在沁水南部還進(jìn)行了裸眼完井試驗(yàn)，試驗(yàn)表明：在地質(zhì)條件相似，實(shí)施的壓裂改造效果基本一致的情況下，裸眼完井比套管完井的煤層氣井產(chǎn)氣效果好，但裸眼完井的煤層氣井在排采過(guò)程中大都不同程度地出現(xiàn)煤層坍塌、堵塞篩管的情況，而且修井頻率高[4]。
b.地面采動(dòng)區(qū)井
地面采動(dòng)區(qū)井是在采煤之前由地面打垂直井進(jìn)入主采煤層頂板，主要用于抽放煤炭采動(dòng)影響范圍內(nèi)的不可采煤層及巖層中的煤層氣。由于受采動(dòng)影響，抽放井筒附近煤層及圍巖破裂，裂隙增加，而且應(yīng)力釋放，煤儲(chǔ)層壓力降低，煤層及圍巖的甲烷大量解吸，并經(jīng)巖石冒落帶或裂隙帶進(jìn)入井筒產(chǎn)出，因此氣井產(chǎn)量通常都比較高。
在美國(guó)的勇士盆地和阿巴拉契亞盆地，地面采動(dòng)區(qū)煤層氣開(kāi)發(fā)也已進(jìn)入了商業(yè)化階段，勇士盆地的吉姆沃爾特(JimWalter)煤礦是美國(guó)最深的高瓦斯礦井，鉆采地面采空區(qū)井200余口，單井產(chǎn)量在4000m3/d以上，最大超過(guò)10000m3/d，甲烷的體積分?jǐn)?shù)在90%以上[5]。我國(guó)采動(dòng)區(qū)地面鉆孔抽放始于20世紀(jì)80年代，曾在陽(yáng)泉、淮北和鐵法礦務(wù)局進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)，由于種種原因均未形成規(guī)模。1995年，鐵法礦務(wù)局引進(jìn)美國(guó)采動(dòng)區(qū)井采氣技術(shù)，在大興礦N1405工作面施工3口采動(dòng)區(qū)井，產(chǎn)氣約2000~20000m3/d，取得了較好的產(chǎn)氣效果。與此同時(shí)，淮北礦務(wù)局也開(kāi)始在桃園、臨渙、蘆嶺等礦進(jìn)行地面采動(dòng)區(qū)井煤層氣勘探試驗(yàn)，蘆嶺礦1048Ⅱ工作面回采期間，采用井上、下煤層瓦斯綜合抽采方式治理瓦斯，地面采動(dòng)區(qū)井最高抽放量達(dá)到46000m3/d[6]。
1.2.2定向煤層氣井
定向井煤層氣開(kāi)發(fā)是近年來(lái)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究的新技術(shù)或引自石油天然氣系統(tǒng)的技術(shù)，比較適合低滲透煤儲(chǔ)層的煤層氣開(kāi)發(fā)。與地面直井比較，定向煤層氣井的開(kāi)發(fā)優(yōu)勢(shì)是：增加了煤層氣產(chǎn)出的有效供給范圍；無(wú)需壓裂增產(chǎn)，減輕了對(duì)煤儲(chǔ)層傷害；單井產(chǎn)氣量高，煤層氣采出程度高；減少鉆前工程、占地面積、設(shè)備搬遷和鉆井工作量，節(jié)約地面管線等費(fèi)用；投資回收期短，經(jīng)濟(jì)效益好。定向煤層氣井開(kāi)發(fā)方式包括叢式井、羽狀水平井、水平井和U型井等。羽狀水平井、水平井和U型井通常都稱為地面水平井。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外煤層氣開(kāi)發(fā)企業(yè)將定向井煤層氣開(kāi)發(fā)作為提高煤層氣單井產(chǎn)量的重要手段進(jìn)行試驗(yàn)或推廣。
a.地面水平井
羽狀水平井是由美國(guó)CDX公司研發(fā)，并在近年來(lái)逐步得到推廣的一項(xiàng)新興技術(shù)，適合低滲透煤儲(chǔ)層的煤層氣開(kāi)發(fā)。在美國(guó)，該技術(shù)已成功地應(yīng)用于西弗吉尼亞、阿巴拉契亞和圣胡安盆地等地區(qū)的煤層氣開(kāi)采，單井產(chǎn)量達(dá)到20000~80000m3/d，是常規(guī)井的10~20倍，3~5a采出程度可達(dá)70%以上。最近幾年，CDX國(guó)際公司在阿巴拉契亞盆地鉆了近百口定向羽狀分支水平井，在低滲透煤層氣開(kāi)發(fā)中取得了顯著成效[7]，單井產(chǎn)氣34000~56000m3/d，比地面垂直井產(chǎn)量提高20倍以上(直井壓裂開(kāi)采產(chǎn)氣只有1700m3/d)[2]。羽狀水平井在圣胡安盆地也得到應(yīng)用，在BP公司所屬的區(qū)塊內(nèi)實(shí)施2口羽狀水平井，效果顯著，單井產(chǎn)氣57000m3/d，而該區(qū)垂直井單井產(chǎn)氣量?jī)H為2800m3/d。我國(guó)于2003年開(kāi)始進(jìn)行羽狀水平井的煤層氣勘探試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)主要集中在沁水盆地，在鄂爾多斯盆地、寧武盆地等也進(jìn)行了勘探試驗(yàn)，到目前為止，已施工的羽狀水平井有40余口，沁水盆地南部的羽狀水平井產(chǎn)量一般在20000m3/d以上，最高可達(dá)到90000m3/d，其他地區(qū)試驗(yàn)效果差，甚至不成功。
U型井(又稱對(duì)接井)是國(guó)內(nèi)外巖鹽鉆井水溶開(kāi)采比較通行的方法，在我國(guó)已開(kāi)始進(jìn)行煤層氣的應(yīng)用試驗(yàn)，在鉆井和完井技術(shù)及工藝方面得到了較大發(fā)展，我國(guó)首先在山西的保德地區(qū)進(jìn)行勘探試驗(yàn)，施工了4個(gè)U型井的井組，氣井產(chǎn)水量較大，均在200m3/d以上，除1號(hào)井外，其余3口井長(zhǎng)期水量不減[8]。在山西和順地區(qū)、陜西彬長(zhǎng)礦區(qū)和寧夏石炭井礦區(qū)也正在進(jìn)行U型井的勘探試驗(yàn)。我國(guó)正處于U型井的勘探試驗(yàn)階段，目前還沒(méi)有翔實(shí)的氣井產(chǎn)能資料。
b.叢式井
叢式井是近年來(lái)引自油氣田開(kāi)發(fā)的一套新技術(shù)。自20世紀(jì)90年代初，我國(guó)的長(zhǎng)慶、克拉瑪依、大慶和青海等油田，都開(kāi)始采用叢式井進(jìn)行油氣開(kāi)發(fā)。目前，在世界上，煤層氣開(kāi)發(fā)叢式井的應(yīng)用較少，我國(guó)的晉城煤業(yè)集團(tuán)公司、中國(guó)石油天然氣公司在沁水盆地南部施工了100多口叢式井，產(chǎn)量在2500m3/d左右，與地面垂直井差別不大。
2煤層氣不同開(kāi)發(fā)方式的適應(yīng)條件
煤層氣開(kāi)發(fā)方式受開(kāi)發(fā)目的、所在地區(qū)的地形條件、地質(zhì)條件以及資金等方面影響。在各種影響因素中，地質(zhì)條件是內(nèi)在因素，不同開(kāi)發(fā)方式需要有不同的地質(zhì)條件與之相適應(yīng)。合理的開(kāi)發(fā)方式不僅影響氣井的產(chǎn)能，而且影響到項(xiàng)目的投資。
美國(guó)煤層氣地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，煤層氣開(kāi)發(fā)方式的選擇相對(duì)容易，氣井產(chǎn)量普遍較高。我國(guó)煤田地質(zhì)條件比較復(fù)雜，含煤盆地形成后普遍經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，致使含煤盆地內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，褶皺斷裂發(fā)育，煤層原生結(jié)構(gòu)被破壞，加之我國(guó)現(xiàn)今煤田的地應(yīng)力普遍較高，因此，煤層滲透率普遍較低；同時(shí)，受構(gòu)造作用的強(qiáng)度、部位等影響，我國(guó)不同地區(qū)煤層氣含量、滲透率的分布存在顯著差異，從而加大了煤層氣勘探開(kāi)發(fā)方式的選擇難度。
美國(guó)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，不同類(lèi)型儲(chǔ)層采用不同的開(kāi)發(fā)技術(shù)，對(duì)于高煤階低滲煤層，發(fā)展羽狀水平井開(kāi)發(fā)技術(shù)；中煤階中低滲煤層采用低成本直井壓裂開(kāi)發(fā)技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化壓裂體系與規(guī)模，增加有效支撐縫長(zhǎng)，提高裂縫導(dǎo)流能力的途徑提高氣井產(chǎn)量；低煤階高滲煤層采用洞穴完井技術(shù)。我國(guó)的地形條件和煤層氣地質(zhì)條件比較復(fù)雜，煤層氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)依據(jù)不同地區(qū)的地形、地質(zhì)和儲(chǔ)層條件等，優(yōu)化選擇合理的煤層氣開(kāi)發(fā)方式。
不同煤層氣開(kāi)發(fā)方式有著不同的開(kāi)發(fā)技術(shù)和工藝，對(duì)地形、地質(zhì)和投資等條件的適應(yīng)性也不一致。在同一地區(qū)或相同的開(kāi)發(fā)條件下，采用不同的煤層氣開(kāi)發(fā)方式，煤層氣井的開(kāi)發(fā)效果會(huì)差別很大。因此，研究煤層氣不同開(kāi)發(fā)方式適應(yīng)的地形、地質(zhì)和資金等條件，針對(duì)不同地區(qū)選擇合理有效的開(kāi)發(fā)方式，對(duì)煤層氣開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外煤層勘探開(kāi)發(fā)的實(shí)踐，根據(jù)煤層氣不同開(kāi)發(fā)方式的技術(shù)和工藝，對(duì)其適應(yīng)條件進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表1。
目前，地面垂直井煤層氣開(kāi)發(fā)方式的技術(shù)、工藝成熟，但該方式單井控氣面積小，適合于地形平坦、交通方便的地區(qū)。其對(duì)地質(zhì)條件的要求是：構(gòu)造簡(jiǎn)單或相對(duì)簡(jiǎn)單，目標(biāo)煤層深度300~1200m，厚度大且穩(wěn)定，目標(biāo)煤層1~3層，目標(biāo)煤層以碎裂-原生結(jié)構(gòu)為主，煤層氣含量及滲透率相對(duì)較高。該開(kāi)發(fā)方式工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟，投資成本低，但單井產(chǎn)氣量低、煤層氣采收率低，由于需要施工的煤層氣井?dāng)?shù)量多，因此管理成本高，集輸管路復(fù)雜，集輸投入高。
叢式井開(kāi)發(fā)方式適應(yīng)條件與地面垂直井基本一致，由于是在一個(gè)井場(chǎng)同時(shí)實(shí)施多口煤層氣井，因此對(duì)地形、交通條件的要求較地面垂直井低，其產(chǎn)能狀況與地面垂直井基本一致，集輸、管理相對(duì)簡(jiǎn)單，且成本較低。叢式井開(kāi)發(fā)的目標(biāo)煤層一般為1~3層，施工工藝較垂直井復(fù)雜。目前地面叢式井在石油、天然氣勘探開(kāi)發(fā)作業(yè)中應(yīng)用效果較好，由于石油、天然氣井的深度通常都比較大，因此生產(chǎn)作業(yè)便于操控；煤層氣井一般都比較淺，而且排采作業(yè)對(duì)井斜的要求高，下泵深度通常要到達(dá)目標(biāo)煤層甚至目標(biāo)煤層以下位置，因此排采生產(chǎn)容易引起管柱系統(tǒng)與套管磨損等，致使氣井管理、維護(hù)比較困難。受我國(guó)煤層氣地質(zhì)條件的制約，煤層氣勘探開(kāi)發(fā)的理想深度是1200m以淺。因此，叢式井方式并不完全適合我國(guó)的煤層氣地質(zhì)條件，目前已很少應(yīng)用。
地面采動(dòng)區(qū)井開(kāi)發(fā)方式技術(shù)、工藝簡(jiǎn)單，但單井控氣面積比較小，而且在氣井部署、氣井產(chǎn)能、產(chǎn)氣質(zhì)量等方面受到煤炭采掘部署及采掘進(jìn)度的影響。該方式適合在開(kāi)采煤層上方的鄰近煤層發(fā)育、氣含量較高的地區(qū)應(yīng)用，氣井的產(chǎn)氣量一般都比較高。鉆井深度要求到煤層上方的煤炭采動(dòng)裂隙帶，鉆井深度小，同時(shí)該方式不需要實(shí)施壓裂增產(chǎn)等強(qiáng)化措施，投資費(fèi)用低。由于是在煤炭采掘工作面前方鉆井，因此受到煤炭采掘部署等影響顯著，適應(yīng)范圍小，而且對(duì)地形、交通條件要求高，集輸、管理成本高。
羽狀水平井、U型井和水平井開(kāi)發(fā)方式的單井控制面積大，煤層氣井產(chǎn)能高，采收率高，對(duì)地形、交通等適應(yīng)性強(qiáng)，而且由于單井控制面積大，因此管理成本和集輸投入都相對(duì)較低。這類(lèi)煤層氣開(kāi)發(fā)方式的缺點(diǎn)是：對(duì)地質(zhì)條件要求高，適合在構(gòu)造及水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，煤層穩(wěn)定且厚度大，煤層原生結(jié)構(gòu)發(fā)育的地區(qū)；這類(lèi)開(kāi)發(fā)方式的工藝技術(shù)復(fù)雜，鉆井費(fèi)用較高。
3我國(guó)主要煤盆地煤層氣開(kāi)發(fā)方式探討
3.1地質(zhì)條件分析
美國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)成功的關(guān)鍵是美國(guó)大陸具有穩(wěn)定的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景，構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤層發(fā)育，埋藏較淺，且以原生結(jié)構(gòu)為主，煤層滲透率高。
中國(guó)大陸則遭受多個(gè)板塊的碰撞，構(gòu)造背景復(fù)雜。我國(guó)南方的主要煤田斷裂、褶皺發(fā)育，尋找一個(gè)構(gòu)造簡(jiǎn)單的區(qū)域相對(duì)困難，多不適合定向井的煤層氣勘探開(kāi)發(fā)；新疆的準(zhǔn)噶爾煤田，不僅構(gòu)造發(fā)育，而且地層傾角大，局部地區(qū)地層直立甚至倒轉(zhuǎn)；黑龍江的鶴崗盆地張性、張扭性構(gòu)造及層滑構(gòu)造都比較發(fā)育；遼寧的阜新盆地不僅斷裂發(fā)育，而且火成巖墻分布廣泛；山西、陜西等華北地區(qū)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，但也存在局部復(fù)雜區(qū)。
中國(guó)煤盆地普遍具有煤層發(fā)育層數(shù)多，煤層厚度大的特點(diǎn)，但多數(shù)煤盆地的煤體結(jié)構(gòu)差，構(gòu)造煤發(fā)育，不利于定向井的鉆探成孔。我國(guó)主要煤田的煤層滲透率普遍較低，注入/壓降試井測(cè)試滲透率多在1mD以下，按美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)均為低滲透儲(chǔ)層。我國(guó)不同煤田的氣含量變化范圍大，氣含量高值區(qū)主要位于中-高變質(zhì)程度的煤盆地或地區(qū)，如六盤(pán)水含煤區(qū)、川南黔北地區(qū)、沁水盆地、鄂爾多斯盆地、淮南煤田、淮北煤田等；低變質(zhì)煤區(qū)的煤層氣含量普遍較低，如二連盆地、海拉爾盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、吐哈盆地等。我國(guó)煤田的水文地質(zhì)條件差別也非常顯著，南方的多數(shù)煤田水文地質(zhì)條件都比較復(fù)雜，不適合進(jìn)行定向井的煤層氣勘探開(kāi)發(fā)；華北地區(qū)多數(shù)煤田含水層不發(fā)育，含水層富水性弱；東北及西北地區(qū)煤系含水層比較少，含水層富水性弱，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。
3.2不同煤盆地的煤層氣開(kāi)發(fā)方式
我國(guó)的沁水盆地、鄂爾多斯盆地構(gòu)造簡(jiǎn)單、煤層埋藏淺、厚度大、滲透性好、氣含量高、原生結(jié)構(gòu)煤發(fā)育，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，適合采用地面垂直井、羽狀水平井和U型井進(jìn)行煤層氣勘探開(kāi)發(fā)；太行山東麓煤田構(gòu)造較簡(jiǎn)單、煤層發(fā)育、氣含量高，但部分地區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，適合采用地面垂直井進(jìn)行煤層氣開(kāi)發(fā)；內(nèi)蒙古的二連盆地、海拉爾盆地構(gòu)造較復(fù)雜，氣含量低，但煤層發(fā)育，厚度大且較穩(wěn)定，適合采用地面垂直井、采動(dòng)區(qū)井方式進(jìn)行煤層氣開(kāi)發(fā)；黑龍江的雞西、雙鴨山和勃利等煤田構(gòu)造較簡(jiǎn)單，煤層發(fā)育，但厚度普遍較小，而且穩(wěn)定性差，適合地面垂直井和采動(dòng)區(qū)井進(jìn)行煤層氣開(kāi)發(fā)；鶴崗盆地構(gòu)造較復(fù)雜、氣含量低，但煤層發(fā)育層數(shù)多、穩(wěn)定且厚度大，適合采用地面垂直井和采動(dòng)區(qū)井煤層氣開(kāi)發(fā)；遼寧的阜新盆地煤層發(fā)育，氣含量較高，但火成巖發(fā)育，適合采用地面垂直井和采動(dòng)區(qū)井進(jìn)行煤層氣開(kāi)發(fā)；新疆地區(qū)主要煤田構(gòu)造都比較復(fù)雜、氣含量低，但煤層發(fā)育，厚度大，適合采用地面垂直井和采動(dòng)區(qū)井進(jìn)行煤層氣開(kāi)發(fā)；安徽的淮南、淮北煤田構(gòu)造復(fù)雜，煤體結(jié)構(gòu)破碎，滲透性差，但煤層發(fā)育層數(shù)多，厚度大，適合采用地面垂直井和地面采動(dòng)區(qū)井煤層氣開(kāi)發(fā)；我國(guó)南方的六盤(pán)水等盆地構(gòu)造復(fù)雜，煤層穩(wěn)定性差，煤體結(jié)構(gòu)差，地應(yīng)力高，滲透率低，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，而且地形復(fù)雜，交通不便，煤層氣勘探開(kāi)發(fā)難度大，但煤層發(fā)育層數(shù)多，間距小，氣含量高，在地形、交通等條件合適的地區(qū)可采用地面垂直井和地面采動(dòng)區(qū)井方式進(jìn)行煤層氣勘探開(kāi)發(fā)。
值得注意的是，以上認(rèn)為適合不同盆地的煤層氣開(kāi)發(fā)方式，并不是說(shuō)全區(qū)(或全盆地)都適宜用某種方式進(jìn)行煤層氣勘探開(kāi)發(fā)。受我國(guó)煤盆地地質(zhì)條件的影響，適合定向井煤層氣勘探開(kāi)發(fā)的地區(qū)(或盆地)非常有限。另外，由于定向井煤層氣開(kāi)發(fā)方式對(duì)地質(zhì)條件的要求苛刻，而且投資大、風(fēng)險(xiǎn)高，我國(guó)已有失敗的教訓(xùn)。因此，應(yīng)慎重采用定向井進(jìn)行煤層氣的勘探開(kāi)發(fā)。
4結(jié)論
煤層氣的不同開(kāi)發(fā)方式適應(yīng)的條件不同，各類(lèi)開(kāi)發(fā)方式普遍適合于構(gòu)造及水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，煤層穩(wěn)定，厚度大，且原生結(jié)構(gòu)發(fā)育的地區(qū)。地面垂直井開(kāi)發(fā)方式適合在地形、交通等比較便利的地區(qū)，定向井開(kāi)發(fā)方式對(duì)地質(zhì)條件的要求嚴(yán)格，但對(duì)地形、交通等地理?xiàng)l件的適應(yīng)性強(qiáng)。我國(guó)華北的沁水盆地、鄂爾多斯盆地東緣比較適合地面垂直井和定向井煤層氣開(kāi)發(fā)，東北、西北以及南方的煤盆地在地形、交通方便的情況下，比較適合采用直井方式進(jìn)行煤層氣開(kāi)發(fā)。
參考文獻(xiàn)
[1]李旭.世界煤層氣開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀[J].煤炭加工與綜合利用，2006(6)：41－44.
[2]嚴(yán)緒朝，郝鴻毅.國(guó)外煤層氣的開(kāi)發(fā)利用狀況及其技術(shù)水平[J].石油科技論壇，2007(6)：24－30.
[3]楊毅，楊堅(jiān)，孫茂遠(yuǎn).技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)美國(guó)煤層氣工業(yè)發(fā)展[J].中國(guó)煤炭，1997，23(4)：44－48.
[4]李友誼，王宇紅，張利芳，等.裸眼煤層氣井在潘莊區(qū)塊的應(yīng)用效果評(píng)價(jià)[G]//中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)煤層氣專業(yè)委員會(huì)，中國(guó)石油學(xué)會(huì)石油地質(zhì)專業(yè)委員會(huì).2008年煤層氣學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.北京：地質(zhì)出版社，2008：272－275.
[5]黃勝初.美國(guó)煤層氣地面鉆井開(kāi)發(fā)技術(shù)[J].中國(guó)煤層氣，1995(2)：25－30.
[6]吳建國(guó).蘆嶺煤礦卸壓區(qū)瓦斯綜合抽采試驗(yàn)及分析[J].煤田地質(zhì)與勘探，2008，36(1)：27－33.
[7]黃洪春，申瑞臣，王璽.利用多分支水平井開(kāi)發(fā)煤層氣技術(shù)探討[G]//中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)，中國(guó)石油學(xué)會(huì).21世紀(jì)中國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展與展望.北京：煤炭工業(yè)出版社，2002：135－142.
[8]任光軍，王莉，婁建青.柳林地區(qū)水文地質(zhì)特征及其對(duì)煤層氣生產(chǎn)井的影響[G]//中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)煤層氣專業(yè)委員會(huì)，中國(guó)石油學(xué)會(huì)石油地質(zhì)專業(yè)委員會(huì).2008年煤層氣學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.北京：地質(zhì)出版社，2008：378－389. |
