云南恩洪-老厂煤层气勘查区地质特征及勘探开发策略

贾高龙 莫日和 赖文奇 袁 燊 张三科

(中联煤层气有限责任公司 北京 100011)

云南恩洪-老厂煤层气勘查区地质特征及勘探开发策略

贾高龙 莫日和 赖文奇 袁 燊 张三科

(中联煤层气有限责任公司 北京 100011)

综合地质分析表明，云南恩洪-老厂煤层气勘查区具有煤系发育、埋深适中、中厚煤层、中高阶煤、含气量高、构造复杂、资源潜力大等特点，是我国西南地区最有希望实现煤层气勘探开发商业化的地区之一。根据该勘查区煤系特征与地形特点，提出了具体的勘探开发策略建议：对煤层气、致密砂岩气和页岩气应“三气共探”；应采用丛式井组、压裂改造和水平井等钻完井技术，试用N2压裂和CO2注入等增产措施；煤层气企业应与煤矿合作，在高瓦斯矿区推广利用煤层气地面抽采技术，在降低煤矿安全风险的同时加快煤层气商业化开发进程。

云南省；恩洪-老厂勘查区；煤层气；地质特征；勘探开发策略

云南省东部恩洪-老厂含煤区为我国西南地区重要的富煤中心区，可采煤层总厚度均大于20 m[1]；煤层气总资源量为1 400亿m3，属于大型气田[2]。该区地域经济较发达，具有广阔的煤层气下游市场[3]，因此在该地区开展煤层气地质研究，并提出下一步勘探开发策略，具有十分重要的现实意义。

恩洪-老厂煤层气勘查区总面积1 201.98 km2，两区块最近距离不足10 km。其中恩洪勘查区(恩洪区块)位于曲靖市麒麟区与富源县境内，面积719.41 km2；老厂勘查区(包括老厂道班房和老厂雨旺两区块)位于曲靖市富源县东南部，面积合计482.57 km2(图1)。恩洪-老厂煤层气勘查区内地形切割强烈，沟谷发育，海拔1 800～2 500 m，属中高山区。

图1 云南省恩洪-老厂勘查区位置及构造纲要图

1 勘查区地质特征

1.1 含煤地层特征

恩洪勘查区含煤地层为上二叠统宣威组(P2x)，主要岩性为灰色粉细砂岩、深灰色泥岩、砂质泥岩及煤，含动植物化石，为陆相—海陆交互相沉积；含煤地层厚度205～335 m，平均厚度250 m,埋深500～1 500 m，多在1 000 m以浅；含煤18～73层，煤层总厚度15.99～67.68 m，平均厚度32 m。可采煤层有8～20 层，可采总厚度10～31 m，平均厚度为18 m。全区大面积可采煤层有12层，其中9#、16#、23#等主力煤层厚度较稳定且分布范围广。

老厂勘查区含煤地层为上二叠统龙潭组(P2l)和长兴组(P2c)，岩性以深灰色细碎屑岩为主，主要由粉砂岩、砂质泥岩及煤组成，为海陆交互相沉积；含煤地层厚度约460 m,埋深500～1 500 m，一般在1 000 m以浅；煤层主要分布在龙潭组中上部，一般含煤层27～42层，煤层总厚度41 m；可采煤层有11～15层，可采总厚度6～33 m，平均厚度为20 m。该区主力煤层为龙潭组7#+8#、9#、13#和19#煤层，各主力煤层厚度较稳定且分布范围广。

1.2 构造特征

恩洪勘查区主体为NNE向大型复式向斜构造，地层倾角为10°～ 30°。受到东西向主应力挤压作用影响，区内断层发育，走向多为NNE、近SN和NE向，由北向南呈右旋雁行排列，其中以富源弥勒大断裂为代表的一组NNE向断层规模大、延伸长，对全区构造起控制作用(图1)。受其边界断层构造运动的影响，恩洪勘查区地层具有东北深、西南浅的埋深特点，煤层发育受沉积和构造因素的控制，具有东北厚、西南薄的特征[4]。

老厂勘查区主要构造为老厂复背斜，总体呈NE向展布。其中，老厂道班房区块位于老厂复背斜的两翼，其西北翼构造复杂，煤层被断层切割破坏，埋藏较深；南东翼保存比较完好，煤层埋藏较浅。老厂雨旺区块位于老厂复背斜的南东翼，总体为一较平缓的单斜构造，地层走向NE，倾向SE，倾角8°～15°，局部倾角20°，区块内断层较稀少(图1)。

1.3 储层特征

恩洪勘查区煤层含气量7.37～23.00 m3/t，深度700 m以浅参数井测试含气量2.54～10.03 m3/t，且含气量随着深度的增加而逐渐增高。煤层全烃含量较高，CH4含量也较高，出现重烃组分C2、C3、nC4、iC4，含少量N2和微量CO2。原煤灰分19.36%～24.35%，垂向上各煤层灰分表现为上部和下部含量略高，中部含量较低，其中以9#煤层灰分最低。主力煤层为中等变质程度，属于焦煤。煤储层物性较好，据区内参数井注入压降测试成果，属欠压—正常储层(表1)。

表1 恩洪和老厂勘查区主力煤层储层参数

老厂勘查区煤层含气量为9.23～26.20 m3/t，平均15.20 m3/t ，且随着深度的增加而逐渐增高。煤层全烃含量较高，CH4含量也较高，出现重烃组分C2、C3、nC4、iC4，含少量N2和微量CO2。原煤灰分约20%，挥发分约8.5%，发热量28 MJ/kg，镜质体反射率Ro为3.008%～3.247%，各煤层的煤阶单一，属无烟煤三号。除渗透率较低外，其他煤层物性参数较高，据区内参数井注入压降测试成果，属正常—微欠压储层(表1)。

根据煤层气等温吸附理论，兰氏体积越大，煤的吸附能力越强；兰氏压力越高，煤层气越容易解吸。煤层等温吸附实验结果表明，恩洪勘查区EH-1井9#煤层空气干燥基兰氏体积为17.55 cm3/g，干燥无灰基兰氏体积为20.19 cm3/g，兰氏压力为2.73 MPa；16#煤层空气干燥基兰氏体积为22.75 cm3/g，干燥无灰基兰氏体积为25.65 cm3/g，兰氏压力为2.93 MPa(图2)。老厂勘查区LC-1井7#+8#煤层空气干燥基兰氏体积为33.70 cm3/g，干燥无灰基兰氏体积为37.31 cm3/g，兰氏压力为2.06 MPa(图2)。也就是说，恩洪16#煤层的吸附能力略强于9#煤层；老厂7#+8#煤层与恩洪煤层相比有更强的吸附能力。由表1和图2可以看出，老厂勘查区的煤层物性参数和生产能力比恩洪勘查区更具优势。

1.4 煤层气资源潜力

恩洪和老厂勘查区煤层气资源丰富，煤层气资源丰度高(表2)，具备形成大型气田的基础条件,而且煤层埋深适中，有利于勘探开发。其中，恩洪勘查区9#、16#、23#主力煤层的煤层气资源总量为330亿m3，占本区的63%；老厂勘查区7#+8#、9#、13#和19#主力煤层的煤层气资源总量约为300亿m3，占本区的35%。

图2 恩洪和老厂勘查区煤层等温吸附曲线

表2 恩洪和老厂勘查区煤层气预测资源量统计表

2 煤层气勘探进展

2.1 恩洪勘查区

2002年，在恩洪勘查区南部实施6条二维地震测线，完成满24次覆盖剖面长度36.62 km，野外采集物理点1 059个；2004年,又在该区中南部实施3条二维地震测线，满24次覆盖剖面长度10.24 km，野外采集物理点322个。2002—2010年，在恩洪勘查区共施工煤层气参数井7口，其中压裂排采井有2口，气产量为300～750 m3/d(表3)。

表3 恩洪勘查区煤层气参数井及采气试验井一览表

EH-2井和EH-5井均具有一定的产气能力[5-6]，但煤层本身基本不含水，且具有较强的吸水性，造成压裂液不能完全返排，使增产效果受到了影响。由于该区块勘探程度低，煤层气排采井稀少，单井排采未达到井间干扰[7-8]，因此原有生产井的产气能力不具有普遍代表性，今后有必要进一步试验新的增产技术。

EH-3井于2007年采用高能气体多级脉冲加载压裂10层煤层，合采最高日产气量仅50 m3左右，储层改造效果差，产气能力极低。欣欣煤矿于2011年整体竣工投产，目前主要开采8#煤层，该煤矿采动范围到达EH-3井附近时，出于煤矿安全考虑，于2014年10月26日对其封井弃井，封井弃井时井口盖发现有大量气体涌出；10月26日至11月8日进行排采试验14天，7#煤层瞬时气流量最高为26.13 m3/h，自然产气量600 m3/d以上，累计产气2 451.60 m3，CH4含量92%。分析认为，在8#煤层被采动后，采动区附近的煤体结构再次遭受松动，在地层压力的作用下使临近煤层(如7#煤层)及其顶底板产生微裂缝和裂隙，扩展了煤岩层裂缝的宽度和长度，临近煤层及其围岩岩体的渗透率大大提高，从而增加了煤层气运移通道的输气能力。因此，选择在煤矿采动区附近分析煤矿开采过程中煤岩层松动规律，合理选定煤层气抽采的目标层段，将能大幅度提高该区低渗欠压条件下的煤层气产量，这是一条与煤矿合作在地面开发煤层气资源的新途径。

此外，恩洪勘查区中部埋深适中,为勘探开发有利区，尚有大于135 km2的可先期勘探面积，煤层气资源量约235亿m3，预计可提交150亿m3探明储量[2]。

2.2 老厂勘查区

2003—2008年，在老厂道班房区块施工煤层气参数井2口；在老厂雨旺区块施工煤层气参数井4口，并完成由4口定向井与先期的1口参数直井组成的先导性试验丛式井组。

2011年1月对老厂雨旺区块丛式井组进行了压裂，压裂5口井共9层。同年3月开始排采试验，其中LC-CS1-04井最高产气量达1 851 m3/d，8月13日至10月14日，该井的产气量一直维持在1 000 m3/d以上，随后略有下降，维持在500～1 000 m3/d，基本达到了提交探明储量的要求，但该井地层供液能力低，累计产水仅525 m3。另外，本井组LC-CS1-01和LC-01两口井的产气量也达到800 m3/d，显示了良好的开发前景(图3)。

LC-CS1-04井高产稳产时间较短，其原因为：一是由于排采后期煤层空隙通道被堵塞；二是由于该井地层的供液能力低导致后期产气量不足；三是煤层未得到完全沟通。

对排采试验结果分析表明，丛式井组实现了一定范围内的井间干扰，有助于提高单井产气量，是本区今后煤层气勘探开发的主要手段之一。老厂雨旺区块煤储层埋深适中，一般为680～910 m，且煤层气资源量丰富，属于勘探开发有利区，预计可提交100亿m3探明储量。

图3 老厂雨旺区块丛式井组生产试验排采曲线图

3 勘探开发策略

3.1 拓宽勘探思路，实现综合勘探

鉴于恩洪-老厂勘查区煤系发育、煤层多且厚度适中、含气量高等特点，首先应拓宽勘探思路，不限于单个煤层，应着眼整个含煤层系寻求气储层，对煤层气、致密砂岩气和页岩气等煤系气进行综合勘探(三气共探)。其次要持续开展煤层气地质基础研究，提高对储层特性与地质构造规律的认识，研究“构造煤”的分布特点，试用适合本区的钻完井技术和改造工艺，总结适用的排采增产措施。

恩洪-老厂煤层气勘查区地质构造复杂，断层发育，煤层气勘探工程部署首先要按照“动中求静”的原则，即钻井目标靶心尽量离开已查明的断层，寻找构造相对稳定的区位部署煤层气勘探工程并进行煤层气生产试验；其次是利用物探手段提高对地质构造的认识和控制程度，并指导钻井工程的部署。

3.2 探索使用新技术，提高单井产气量

根据研究区煤储层低渗特点，以往煤层气井均采用了常规的水力加砂压裂改造措施，但增产效果不理想。今后采气试验的关键是围绕提高单井产气量开展工作，要进一步尝试使用先进的钻完井技术[9-13]，试验新的增产改造工艺，提高煤储层的导气能力，获得理想的煤层气产量。可具体尝试以下技术:

1) 根据研究区地质及地形特点，应以布置丛式井组为主要勘探手段，实现一个井场钻多口定向井，进行井组排采试验，实现井间干扰，以提高单井产气量、节约用地和减少钻前费用。

2) 对煤层顶板附近井段射孔压裂改造。研究区以往直井均设计在煤层井段射孔，只对煤层进行压裂改造，排采后期因煤粉堵塞通道而使产气效果变差。今后应选择在煤层顶板附近的井段射孔，对煤层近顶压裂改造，这样可有效防止排采过程中产出煤粉堵塞通道而影响产气量。

3) 沿主煤层顶板的U型水平井完井技术。目标主煤层为构造煤时(如恩洪区块9#煤)，沿煤层中的U型水平井完井方式可能会因煤粉堵塞通道而导致产气不会太理想，此时应尝试沿煤层近顶板的U型水平井完井方式，预计可以提高产气量、延长稳产时间。

4) 水平井分段压裂改造技术。

5) 使用N2压裂、CO2注入等增产技术。

6) “弱含水-高应力-低渗-多煤层”条件下的储层增产改造技术。

7) 针对研究区煤层含水弱的实际，探索多煤层合采的可行性。

3.3 与煤矿合作勘探开发煤层气

煤层气与煤炭属于共生矿产资源，由于历史原因，煤层气勘查区与煤炭勘探开采矿区存在着矿权重叠的现实问题，解决这个问题的有效途径主要是采取双方合作的模式。

恩洪-老厂勘查区煤炭资源丰富、煤层条件较好，煤炭开采强度较大，但煤炭企业也因矿井瓦斯问题突出而影响采煤生产。因此，通过实施煤层气地面抽采以大幅度减少井下瓦斯，可降低煤矿生产安全风险、实现安全生产。

鉴于煤层气井排采的特点，排采设备需要充足、连续的电力供给[14]。因此，煤层气企业与煤矿合作，可利用煤矿现有专供网电，实现输电排采，减免电力增容费用，降低单井电耗成本，从而增加经济效益。

矿井瓦斯负压抽采系统是高瓦斯矿井不可或缺的部分，需要巨额建设投资。若能在设计之初综合考虑煤层气增压站的相应功能，则可节省大量的建站资金和土地使用面积。另外，矿井抽采的瓦斯浓度通常<35%，若与地面开发的甲烷浓度>95%的煤层气按适当比例混合，也可拓宽矿井抽采瓦斯的应用范围[15]。

4 结束语

云南恩洪-老厂煤层气勘查区煤层含气量高、资源潜力大，煤层厚度与埋藏深度均适中，是我国西南地区最有希望实现煤层气勘探开发商业化的地区之一。因此，建议该勘查区应拓宽勘探思路，对煤层气、致密砂岩气和页岩气等煤系气进行综合勘探，推广使用丛式井组和水平井技术等先进的钻完井技术，以提高单井产量。当然，在当前煤层气矿权与煤炭矿权大面积重叠的背景下，煤层气企业应与煤矿合作，在高瓦斯矿区推广利用煤层气地面抽采技术，这样既能合理开发利用煤层气资源，又能极大降低煤矿瓦斯事故的风险，实现煤层气企业与煤矿在经济效益和安全生产方面的共赢。

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(编辑：张喜林)

CBM geological characteristics and exploration and development strategy of Enhong-Laochang exploration blocks, Yunnan province

Jia Gaolong Mo Rihe Lai Wenqi Yuan Shen Zhang Sanke

(ChinaUnitedCoalbedMethaneCorporation,Ltd.,Beijing100011,China)

Comprehensive geological analysis indicates that the coalbed methane reservoirs of Enhong-Laochang exploration blocks in Yunnan province have such characteristics as rich coal-bearing strata, suitable burial depth, middle thickness, middle-high rank, high gas content, complex geological structure, high potential of resource, which is one of the most hopeful region of commercial exploration and development in the southwest of China. Based on the characteristics of coal-bearing strata and topography, the strategy of exploration and development is proposed. Tight gas, shale gas and CBM should be explored in the same exploration well; the cluster horizontal well groups stimulated by fracturing are suitable methods in which nitrogen foam fracturing and carbon dioxide injection should be tentatively applied; corporation with coal mines should be established and CBM drainage on surface in high gas area should be applied, which can reduce the mine risk and promote the commercial development of CBM.

Yunnan province; Enhong-Laochang exploration blocks; coalbed methane; geological characteristics; exploration and development strategy

贾高龙，男，高级工程师，1982年毕业于原山西矿业学院地质系煤田地质及勘探专业，获工学学士学位，2001年研究生毕业于中央党校经济管理专业，现任中联煤层气公司外围项目部经理，主要从事地质勘探及管理工作。地址：北京市东城区安外大街甲88号中联大厦(邮编：100011)。电话：010-64260325。E-mail:gaolongjia@263.net。

1673-1506(2016)01-0029-06

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.01.004

TE132.2; P618.13

A

2015-07-20 改回日期：2015-10-30

贾高龙,莫日和,赖文奇，等.云南恩洪-老厂煤层气勘查区地质特征及勘探开发策略[J].中国海上油气，2016,28(1)：29-34.

Jia Gaolong,Mo Rihe,Lai Wenqi,et al.CBM geological characteristics and exploration and development strategy of Enhong-Laochang exploration blocks, Yunnan province[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(1):29-34.