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我国煤层气产业发展现状和技术进展


第 44 卷第 1 期
2016 年 1月

煤炭科学技术
Coal Science and Technology

Vol. 44 Jan.

No. 1 2016

我国煤层气产业发展现状和技术进展
1, 2 1 叶建平 , 陆小霞

( 1. 中

联煤层气有限责任公司, 北京 100011 ; 2. 中国煤炭学会 煤层气专业委员会, 北京 100011 )

要: 通过对近年来我国煤层气勘探开发项目的调研 , 总结了我国煤层气勘探开发的现状和特点。 煤层气勘探从华北地区扩展到西北 、 西南地区, 从高阶煤拓展到低阶煤, 煤层气产量稳中有升, 主要煤 摘 层气田初具规模, 支撑了煤层气产业的发展。阐述了当前煤层气主要技术发展趋势 , 勘探技术手段不 断深化, 活性水压裂技术工艺进一步优化以适应不同的储层特点 , 新的增产改造技术不断探索形成, 煤层气井排采技术和排采管理得到高度重视 , 煤层气开发中地质研究须进一步满足产业要求。 最后 。 提出了煤层气产业存在的问题和发展方向 关键词: 煤层气; 勘探开发; 沁水盆地; 鄂尔多斯盆地; 高阶煤; 低阶煤 中图分类号: TD712 文献标志码: A 文章编号: 0253 - 2336 ( 2016 ) 01 - 0024 - 05

Development status and technical progress of China coalbed methane industry
2 Ye Jianping1, , Lu Xiaoxia1

( 1. China United Coalbed Methane Corporation Limited,Beijing 100011 ,China; 2. Coalbed Methane Professional Committee,China Coal Society,Beijing 100011 ,China)

Abstract : With the investigation on the exploration and development projects of China coalbed methane conducted in the recent years,the paper summarized the status and features of the coalbed methane exploration and development in China. With the coalbed methane exploration expanded from North China to Southwest China and Southwest China and from the high rank coal to low rank coal,the coalbed methane production was steadily increased and the major coalbed methane fields were in an initial scale and could support the development of were coalbed methane industry. The paper stated the major technical development tendency of the present coalbed methane. The exploration technical means were continuously deepening and the activated hydraulic fracturing technology and technique are further optimized in order to meet different reservoir features. The new reconstruction technology of the production increased is continuously discovered and formed. The high attention was made to the drainage technology and gas drainage management of the coalbed methane wells. The study on the geology of the coalbed methane development was closely to the requirements of the coalbed methane industry. Finally, the paper provided the problems existed in the coalbed methane industry and the development tendency. Key words: coalbed methane; exploration and development; Qinshui Basin; Ordos Basin; high rank coal; low rank coal

0





低油价时代对煤层气勘探开发提出了严峻挑 元以下, 战。与常规天然气相比, 煤层气属于边际气田, 由此 决定了煤层气是一种低成本运行的项目。煤层气井 产量低, 生产周期长, 项目经济性差, 导致了近几年来 煤层气勘探开发投入明显降低。笔者通过我国煤层 气勘探开发项目的调研, 阐述当前我国煤层气勘探开 发利用现状和技术进展情况, 提出煤层气产业发展过

国家对煤层气 ( 煤矿瓦斯) 开发更加重视, 出台 , 了煤层气勘探开发行动计划 鼓励支持煤层气产业的 发展。近两年来, 我国煤层气新区勘探成果显著, 煤 层气产量保持平稳增长, 煤层气技术研发力度持续加 2015 年国际石油价格降到每桶 40 美 大。另一方面,
收稿日期: 2015 - 11 - 06 ; 责任编辑: 王晓珍

DOI: 10. 13199 / j. cnki. cst. 2016. 01. 005

基金项目: 国家科技重大专项资助项目( 2011ZX05042 ) 作者简介: 叶建平( 1962 —) , 男, 浙江宁海人, 教授级高级工程师, 博士, 现任中联煤层气有限责任公司总经理助理兼勘探部主任。 Tel: 010 - 64265710 , E - mail: yejp01@ 163. com J] . 煤炭科学技术, 2016 , 44 ( 1 ) : 24 - 28 , 46. 引用格式: 叶建平, 陆小霞. 我国煤层气产业发展现状和技术进展[ Ye Jianping, Lu Xiaoxia. Development status and technical progress of China coalbed methane industry[ J]. Coal Science and Technology, 2016 , 44 ( 1 ) : 24 - 28 , 46.

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叶建平等: 我国煤层气产业发展现状和技术进展

2016 年第 1 期

程中应该引起重视的问题和发展方向。

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中国煤层气勘探开发利用现状

区建设, 实现小规模商业性生产。 2 ) 煤层气产量稳中有升。截至 2014 年底, 全国 8 3 煤层气产量 155 × 10 m ( 据国家能源局统计数据 ) , 占全国天然气产量的 11% ( 我国 2014 年天然气年 8 3 8 3 产量 1 329 × 10 m , 净增长 132 × 10 m , 同比增长 10. 7% ) 。其中地面开发产量 37 × 10 8 m3 , 同比增长 26. 5% ; 煤矿区抽采产量合计 118 × 10 8 m3 , 同比增 长 8. 5% 。煤 层 气 地 面 开 发 产 量 持 续 保 持 稳 定 增 长。2006 —2010 年 是 煤 层 气 产 量 快 速 增 长 时 期, 2012 —2014 年以来, 随着投资规模的减少, 产量增 。 2014 , 长放缓 年产量有所增长 主要与潘庄、 保德 煤层气开发项目的投产有关, 而且一些项目的老井 随着排采的持续进行, 产量也得到提高。 地面开发的煤层气一直保持 85% 以上的较高 利用率。而煤矿井下抽采的煤层气利用率仍然较 2014 年约为 32% , 低, 见表 1 。
表1 Table 1 我国煤层气产量增长率变化 coalbed methane in China
方式 地面开发 井下抽采 平均增长率 2006 —2010 年 2011 —2014 年 141. 7 27. 2 26. 3 12. 1

我国煤层气勘探开发经历了 20 多年的探索和 发展, 已初步建成沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘两 大产业发展基地, 全国主要的勘探投资也集中在这 两大盆地。根据国土资源部油气储量办公室统计数 据, 到 2014 年为止, 沁水盆地已探明储量 4 686 × 8 3 10 m , 鄂尔多斯盆地东缘探明煤层气储量 1 488 × 10 8 m3 , 形成 2 个千亿方大气田。 1 ) 煤层气勘探从华北地区扩展到西北、 西南地 区, 从高阶煤拓展到低阶煤。 近两年我国煤层气勘 探工作的最大进展表现为: 新疆准噶尔盆地南缘、 贵 州六盘水和织纳地区煤层气勘探获得突破 。新疆准 噶尔盆地南缘阜康地区, 钻井 70 多口, 单井产量达
3 3 到 1 000 ~ 2 800 m / d, 最高产量 15 000 m / d, 水平 4 3 井产量达到 3 × 10 m / d。 贵州黔西地区累计施工

煤层气井 90 多口, 在土城向斜钻直井 9 口, 按煤层 3 组分组压裂, 平均产量达到 1 400 m / d, 最高达到 2 700 m / d。在织金纳雍地区试验了短半径水平井,
3 最高获得 5 000 m 的单井日产气量。 其次, 煤系地层中煤层气、 致密砂岩气资源综合 3

The change of output growth rate of

%
利用率 85. 73 32. 46

2014 年同比 2014 年 增长率 26. 5 8. 5

勘探的成效显著。鄂尔多斯盆地东缘继煤层气勘探 之后, 从北到南在神府、 临兴、 三交北、 石楼西、 延川 乡宁等区块均获得较高致密砂岩气试气产 南、 [1 - 2 ] 。中联煤层气有限责任公司 ( 以下简称中联 量 公司) 在临兴区块钻井 105 口, 完成二维和三维地 震勘探工作, 获得千亿立方米的致密气储量, 煤层气
3 探明储量 101 亿 m 。 临兴区块致密砂岩气单层产 3 量达到 3 000 ~ 170 000 m / d, 单井产量最高可达 30

3 ) 我国 主 要 煤 层 气 田 已 初 具 规 模 , 支撑了煤 层气产业的发展 。 截至 2014 年底 , 我国已建成煤
8 3 层气开发项目 10 个 , 产能 57 × 10 m 。 已建成包 潘 河、 樊 庄 - 郑 庄、 枣 园、 柿 庄 南、 寺河 - 括潘庄 、

成庄 、 韩城 南 、 保 德、 阜 新、 延 川 南、 筠连在内的多 个煤 层 气 田 , 这些煤层气田整体生产情况较好 ( 表 2) 。

m3 / d 以上 ( 无阻流量 ) , 目前已开始进行先导试验
Table 2
项目 沁南潘庄 沁南潘河 沁南樊庄郑庄 沁南寺河成庄 沁南柿庄南 陕西韩城南 山西保德 辽宁阜新 陕西延川南 四川筠连 投产井 / 口 49 226 2 680 5 000 987 833 916 41 928 275

表 2 我国主要煤层气田生产情况( 资料截止到 2015 年 8 月) Main coal seam gas fields in China( Data by the end of August 2015 )
年产量 / 亿 m3 4. 3 2. 6 7. 9 14. 3 2. 3 1. 6 3. 6 0. 3 1. 0 0. 5 平均单井日产量 / ( m3 ·d - 1 ) 26 500 3 200 1 270 ~ 3 300 1 200 — — 2 200 2 500 — — 已建产能 / 亿 m3 5. 0 2. 6 17. 5 — 9. 0 2. 5 7. 7 — 5. 0 — 备注 水平井 直井 含水平井 116 口 — — — — — — —

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煤炭科学技术

第 44 卷

由表 2 可见, 目前主要煤层气生产项目集中于 沁水盆地南部, 其已成为我国重要的煤层气生产基 拥有 地。沁水盆地拥有全国 1 /10 的煤层气资源, 1 /5 的煤层气矿权登记面积, 拥有 75% 的探明地质 储量, 现有产气量占全国煤层气产量的 78% 。 据不完全统计, 目前正在建设的煤层气开发项
3 目产能约 60 亿 m , 包括中石油华北油田公司的郑 庄、 郑庄北、 马必、 沁南 - 夏店项目; 中联公司的柿庄

对提高我国煤层气 造煤增产措施方法上有新进展, 单井产量有重要帮助。 过高排量排采, 过大降压速率都易形成煤粉堵 塞通道, 需重复压裂。潘庄多分支水平井, 采用氮气 泡沫解堵技术, 使单井产量大幅提高, 实现稳产高 产。开展活性水二次压裂, 达到解堵增产的目的, 樊
[7] 庄区块现场实施取得了很好的增产效果 。 深部煤层气储层应力大、 压力高, 压裂工艺比较

北、 寿阳南燕竹、 柳林项目; 中石油煤层气公司的韩 城西、 临汾、 保德南项目。随着这些开发项目的建设 投产, 煤层气地面开发产量将进一步提升 , 从而保证 国家规划目标的实现。 4 ) 煤矿区煤层气抽采量稳定增长。 煤矿区煤 3 层气抽采量达到 118 亿 m 。山西省抽采量最大, 达
3 3 到 48. 04 亿 m ; 其次是贵州省, 为 24. 3 亿 m ; 安徽 3 3 省位列第三, 为 9. 5 亿 m 。年产量超过 1 亿 m 的还

复杂。沁南东区块进行了 2 个井组的煤层气井同步 压裂技术先导试验并获得成功, 比同一区块其他煤
[8 ] 层气井气量有较大提高 。 水力波及压裂技术在 柿庄北深煤层 SX - 017 井组进行试验应用。 氮气

泡沫压裂具有抗滤失性好、 携砂能力强, 在深煤层压 [9 - 10 ] 。 沁南里必合作区块采用水平 裂中得到应用 井分段滑套压裂技术, 单井日产量达到 4 000 万 ~ 3 25 100 万 m 。延长矿区采用了活性水压裂液、 大排 量低砂比、 脉冲加砂和复合支撑的思路对深部煤层 进行了压裂, 目前该技术已成功在延长的深层煤层
[11 ] 气井进行了 2 口井的现场压裂试验 。 针对多煤层地区, 采用煤层和岩层组合分段压

有河南、 重庆、 四川、 陕西、 黑龙江、 辽宁、 甘肃、 河北、 江西、 宁夏等。

2

我国煤层气勘探开发技术进展

通过国家科技重大专项的持续支持和勘探开发 项目的不断试验创新, 煤层气勘探开发技术水平有 了长足的进步, 表现在勘探技术手段深化; 增产改造 技术不断探索; 煤层气井排采技术和排采管理更加 煤层气田采收 精细。开发地质研究成为重要领域, 。 率研究也越来越受关注 1 ) 勘探技术手段深化。煤层气三维地震勘探技 术应用于煤层气勘探, 提升了煤层气甜点区预测水 平。通过韩城、 郑庄等项目的勘探实践, 采用宽方位 勘探技术, 有利于对断层、 裂缝和地层岩性的识别, 优 化三维采集参数, 包括面元、 覆盖次数、 最大排列长度 等。应用叠前深度偏移技术, 提高三维地震资料品 质, 综合利用振幅属性、 厚度、 纵横波速度比、 伪泊松 [ 3 ] 埋深等多重信息, 对煤层气甜点区进行预测 。 比、 2 ) 活性水压裂技术工艺优化, 新的增产改造技 术不断探索。活性水携砂压裂仍然是煤层气增产改 造的主流技术, 而且针对储层性质的不同, 活性水携 [4 - 6 ] 。 其技 目前已趋于成熟 砂压裂工艺不断优化, 术的主体包括: 煤粉悬浮活性水技术、 变排量控制缝 高技术、 前置液粉砂多级段塞降滤失技术 、 前置液阶 段停泵测试技术、 大粒径 / 高强度支撑剂尾追技术、 压后合理放喷控制技术等。 近两年在重复压裂、 深煤层压裂、 层组压裂及构 26

裂技术, 可以有效提高单井产量和资源利用效率 。 贵州土城向斜煤层气井取得较高产量 。 构造煤增产改造是一个难题, 研究人员近年做 。 CO 了有益的探索 2 辅助水力压裂复合增产技术对 构造煤储层具有很好的适应性
[12 ]

。 水平井连续油

管水力喷射压裂在沁水盆地南部赵庄地区山西组 3 号煤层的构造煤中进行了试验, 在一口 U 型井中, 进行煤层水平段下套管水力喷射压裂 , 不固井, 煤层 3 水平段长 800 m, 分 8 段压裂, 最高日产气 6 000 m ,
3 3 目前日 产 气 5 124. 5 m , 日 产 水 19. 36 m 。 套 压 0. 288 MPa, 液面高度 691. 6 m。

3 ) 煤 层 气 井 排 采 技 术 和 排 采 管 理 更 加 精 细。 智能化排采技术在樊庄、 筠连等多个气田得到普遍 应用, 精细控制了井底流压, 不仅提高了排采精细化 自动化, 对井底流压、 套压、 液柱、 冲次等重要参数实 现了自动采集、 连续监测, 达到了连续稳定缓慢排采 要求, 而且减少了巡井作业强度和安全隐患。 柿庄 南气田应用无井下压力传感器自动化排采技术进行 排采试验, 效果良好, 具有节省测压设备, 减少作业 次数, 降低测压及维护成本等技术优势 。 排采中重视煤粉防治和精细管理 。研制防煤粉 技术、 空心抽油杆洗泵技术, 提高了泵效, 使检泵周 [13 - 14 ] 。 期延长到 2 ~ 3 年

叶建平等: 我国煤层气产业发展现状和技术进展

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4 ) 煤层气田开发和生产规律初步掌握。 通过 地质储层、 工程参数和排采生产数据综合分析 , 研究 进一步指导煤层气有利区 煤层气井产能影响因素, 优选, 指导气田生产。通过开发地质类型精细划分, 确定不同的开发技术模式
[15 - 16 ]

急倾斜、 多煤层、 低 要不断创新。 新疆中生代巨厚、 煤阶的煤层气开发技术极具挑战性 , 贵州、 云南地区 多煤层、 低渗透的煤层气开发技术有待深入 高应力、 探索, 煤系地层中煤层气和致密砂岩气的立体开采 技术更是面临的崭新课题, 亟需广大技术人员去探 索试验。 3 ) 增强信心, 加大投资, 确保实现“十三五 ” 规 划的目标。煤层气产业发展过程中技术、 资金、 管理 缺一不可。当前最重要的是对煤层气要增强信心, 加大投资力度, 才能确保实现“十三五 ” 规划 的 目 标。到目前为止, 沁水盆地浅部煤层气勘探基本完 成, 埋深在 1 000 ~ 2 000 m 的煤层气资源量 1. 87 ×
[17 ] 10 12 m3 , ; 中深部煤层气产量低, 占 47% 达产周期



通过樊庄气田煤层气井生产规律总结分析, 认 为气井采出率达到 30% 以后, 产量将开始递减, 产 量越高, 递减时间越早。为了保持气田产量稳定, 需 要部署调整井。 沁水盆地各个气田有大量低产井, 针对这些低 、 , 产井的提产 增产问题 已经开展相关研究。解决老 井稳产或减慢递减速度等问题, 需要统筹研究井网 井距设计、 压力和产量等生产参数控制、 采气速度等 关键因素, 既保证较长的单井生产周期, 又提高气田 采收率。

长, 缺乏有效的完井增产技术, 严重影响投资者信 心。但是, 就沁水盆地深部勘探和开发项目的情况 来看, 效果较好。如柿庄南气田, 单井平均产量每年 在增长。柿庄北勘探项目深部 1 400 m, 单井产量达
3 到 2 000 m / d, 只要保持连续稳定排采, 产量将持续 上升。里必项目采用水平井分段压裂技术, 单井产 3 量达到 4 000 ~ 31 000 m / d。 过去 20 年, 煤层气的发展起伏不 定。1995 —

3

我国煤层气产业发展的思考

1 ) 加强地质研究, 满足煤层气产业快速发展要 求。煤层气地质研究程度低, 不能满足勘探开发的 快速发展。同一区块内, 不同区域单井产气量经常 差几倍, 地质因素是控制煤层气产量的最主要问题 。 很多地区煤层气产量低, 归根结底是地质研究不到 位, 缺乏对有利区、 甜点区的优选和研究。以往煤层 气勘探手段简单, 无法有效支撑研究工作和高效选 。 , 三维地震勘探, 精细 区 因此 建议加强二维地震、 沉积相, 预测地应力分布、 含气性分 刻画构造特征、 布、 裂隙系统, 圈定构造分区, 预测甜点区, 部署井 位。加强测井手段应用, 尤其是高端测井方法的应 用, 充分提取勘探资料, 在煤相分析、 煤体结构分析、 含水层及富水性分析、 岩石力学性质等方面, 为增产 改造提供依据。 2 ) 煤层气开发技术创新和进步是煤层气产业 发展的根本动力。 我国煤层气资源实现商业化开 开始于沁水盆地南部无烟煤, 通过国家级的沁南 发, 煤层气高技术产业化示范工程建设, 形成了直井欠 平衡钻井技术、 低密度泥浆固井技术、 活性水携砂压 裂技术、 稳控精细排采技术、 分散集输一级增压技术 ( 演变到多点接入柔性集输技术 ) 等系列技术, 为沁 。 南煤层气商业开发奠定了良好的基础 但煤层气储 层性质差异大, 同一技术, 在不同煤层、 不同区块或 不同盆地、 不同煤级中无法得到相同效果, 这就要求 在不同区块、 不同煤层要采取适应性技术, 尤其是直 井或水平井完井技术、 增产改造技术、 排采技术, 需

2005 年每年仅 2 000 万 ~ 3 000 万元的投资, 制约了 产业发展。2006 年以来沁水盆地煤层气开发投资 开 始 增 长,尤 其 是 2010 —2013 年 每 年 投 入 3 2 000 ~ 4 000 口井, 煤层气产量跃上年产量 10 亿 m 3 台阶, 且每年增产 10 亿 m 。 近 2 年投资又明显下 降 。“十三五” 期间, 一方面要在老井提产增产稳 产上投入精力, 另一方面, 有关企业仍然要加大投
[18 ]

资, 才能保证规模产量, 保证实现国家和企业规划的 [19 - 20 ] 。 目标 据不完全统计, 沁水盆地钻井约 10 060 口, 投 产井 7 100 口, 未投产井约有 30% , 未产气和低产井 占 50% ~ 75% ( 不同区块内 ) 。 这些井的产能建设 “十三五 ” 将是 期间的重要工作, 为此, 和释放达产, 国家科技重大专项也将老井提产增产稳产列入重点 研究攻关课题。

4





煤层气勘探从沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘向 西北准噶尔盆地南缘以及西南黔西川南地区 、 从高 阶煤向中低阶煤扩展, 充分展示了我国煤层气资源 勘探潜力。 技术创新是推动煤层气井产量提高的原动力。 27

2016 年第 1 期

煤炭科学技术

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高效的勘探技术深化了地质认识和甜点的优选 。层 段压裂开采技术、 水平井分段压裂开采技术等为多 煤层、 深煤层煤层气开发提供了技术支撑。 精细化 智能化排采技术保障了煤层气井的高效生产 。 “十三五” 期间, 重点将是已钻井的改造投产和 已投产井的上产增产工作。充分利用好国家科技重 大专项的强大支持, 以解决煤层气产业关键共性技 术和针对性的技术难题。 致谢: 本文有关数据来自于中国煤炭学会煤层 气专业委员会等主办的“2015 年煤层气学术研讨 会” 以及中国石油学会等主办的“2015 中国非常规 油气论坛” 的会议材料, 得到了中石油华北油田山 西煤层气分公司、 中石油浙江油田公司、 中石化勘探 开发研究院、 煤层气国家工程研究中心的帮助 , 在此 深表感谢。
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