沁水盆地南部煤层气评价试采井组的标定技术及应用

2021-08-17许立超刘昌平孙泽军原红超王福胜

中国煤层气 2021年2期

许立超刘昌平沈健孙泽军原红超王福胜

(中国石油与天然气股份有限公司华北油田山西煤层气勘探开发分公司，山西 048000)

1 概况

沁水盆地整体表现为大型复式向斜沉积盆地，构造较为简单。盆地南部富煤层系主要为石炭-二叠系地层，其中石炭系15号煤层在全区分布较为稳定，厚度为1～8m，纵向上分为3层，分别为15-1、15-2和15-3，平面上分布上表现为西厚东薄，埋藏深度比3号煤层深400～1700m；二叠系3号煤层分布稳定，局部地区存在分叉现象，厚度在5～7m，表现为西薄东厚，埋藏深度300～1600m。

本区石炭-二叠系地层主要发育三大水文地质单元，一个是南部的樊庄水文地质单元，包括晋城-高平一带，西部边界是寺头断层；另一个是北部的长治水文地质单元，包括襄垣-屯留-长治-长子一带，西部边界为向斜轴部；第三个是西部安泽水文地质单元，包括安泽-马必-郑庄-阳城一带，中边界为向斜轴部。

煤岩含气性在平面表现为，盆地边缘含气量低、盆地内部含气量高；盆地南部含气量高，北部含气量低；内部高含气区局部含气两低的特点。盆地边缘含气量低主要是由于地下水活跃，处于潜流区，对煤层甲烷冲洗而形成的；含气量南高北低的特征主要受煤岩热演化程度高低控制；盆地内部煤层含气的不均一性主要是由构造活动引起的，在断层附近煤岩含气量降低，由于构造引起局部水动力环境改变而对煤层气的保存受到影响。

2 评价阶段试验井组井位标定技术

煤层气作为非常规能源，其勘探开发的技术与常规油气有差别，主要表现在煤层气的开采主要是通过排水降压的手段来开采，由于煤层的渗透性很低，甲烷气体解吸速度慢，从投产到达产的周期较长。为了验证评价区煤层气的可开采性和经济产能，根据煤层气井排采规律，面积降压有利于扩大降压漏斗，提高煤层气解吸效率和提产产能的基本原理，在评价阶段通过井组试采来验证单井产量的可靠性，为后续的规模开发提供技术参数和技术借鉴。但是评价阶段标定试采井组面临资料少，地质认识深度有限，地质条件变化多的难题，如何做好试采井组的标定成为关键一环。

2.1 试采井组地质选区技术

评价阶段要做好试采井组井位的标定难度较大，特别是评价初期阶段，地质资料少，动态排采数据更是缺乏，面对这种情况，就需要对区域地质资料进行综合分析，优选试验区块，然后在试验区块内，精细地质研究，确定井位标定的各项参数。

首先利用煤矿钻孔和探井资料优化试验层系。在煤层埋深较浅的区域，经常有煤矿勘查和开采区，借用煤矿勘查资料确定试验层系，选择煤层分布稳定、厚度较大、瓦斯含量较高的层系开展试采试验；在没有煤矿勘查和开采的区域，则要利用煤层气探井资料来确定试采层系。在优选试采层系是，经常用到的地质资料主要包括钻孔、构造研究、煤岩分析化验、顶底板力学实验、煤体结构结构、瓦斯含量测试、煤体结构、煤岩裂隙描述等。

其次利用区域地质资料搞清评价区煤层气地质条件。对于一个新的评价区块，要收集整理区域地质资料，包括区域地层钻井资料、构造演化分析资料、热演化生烃资料、沉积演化资料、煤层沉积环境分析资料、水文区域调查资料等，通过这些资料的分析整理，搞清楚评价区块内煤层纵向发育特征，横向分布特征，优选出分布较为稳定、厚度较大、含气量高的煤层做为主要的勘探评价层系。同时，利用区域水文地质资料结合区内的探井资料，搞清瓦斯风化带深度和平面分布范围，对于评价选区具有重要意义。

2.2 试采井组标井位标定技术

然后根据煤岩性质、地面条件、排采工艺确定井网、井距、井型。煤岩的裂隙发育程度、压裂裂缝延伸距离、单井控制的储量等参数决定了井网采用三角形、矩形还是梅花形；而井距越大，单井控制的地质储量越大，煤层气井开采年限越长，但是由于煤层的低渗透性，井距太大，压裂裂缝延伸距离达不到两井沟通的距离，造成中间部分资源无法开采，沁水盆地南部煤层压裂半径一般100～150m，因此，井距一般设定250～300m较为合适。结合地面条件和排采工艺进一步可以确定采用的井型，从节约土地资源，地面集约化管理的角度，采用丛式井开采较为有利，但是受排采工艺的限制，要考虑合理的井斜角度，目前，最大井斜角可达到45°。

最后再根据勘探评价资料和试验目的确定试采井的钻井参数。在具体井位井位标定时，主要考虑试验目的层的深度、煤层厚度、煤岩裂隙发育程度和区域住裂缝的发育方向等参数。这些参数的确定需要根据二维地震资料、探井实钻资料等确定。在丛式井钻井地质设计时，需要根据井口位置和靶点坐标、井底坐标来确定钻井轨迹和井斜角、井斜方位等钻井参数。

3 试采井组应用效果

古1大井组位于沁水盆地南部东部斜坡带，该区域煤矿勘查程度较高，资料较为丰富，随后煤层气勘探过程中又开展了二维地震勘探和资料井的钻探，综合分析这些资料，标定了古1大井组。

3.1 利用煤层气勘探资料优选有利构造位置

二维地震勘探成果表明，评价区断层和褶曲发育，构造较为复杂。经过比较，最终选定中部断块构造相对简单，地层产状较为平缓区域为试验的有利区域(图1)。

图1 古1井组局部构造图

3.2 井网、井距、井型、钻井参数的确定

根据该区煤矿钻孔瓦斯抽排是压裂裂缝检测结果，主裂缝发育方向为NNE向，井网设计采用正三角形；裂缝半长最大为150m，确定井距300m，排距260；地面条件较为开阔和平坦，井型采用直井(图2)。根据煤矿钻孔，该区域3号煤层埋深650～700m，其它煤层厚度较薄，不具备开采条件，因此确定主要试采层系为3号煤层，完钻原则为钻穿3号煤层，留足口袋完井。