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低煤阶煤层气成藏特点与勘探开发技术

 摘要:随着科学技术的发展,我国在煤炭的开发上取得了不小的成就。我国的煤炭主要集中在华北、东北和西部地区,低煤阶煤层气主要集中于西北地区,如:准噶尔、吐哈、塔里木、柴达木、三塘湖等盆地。本文对我国低煤阶煤层气成藏的特点进行分析,探讨低煤阶煤层气的勘探开发技术和未来的发展前景。

关键词:低煤阶煤层气;特点;勘探开发;前景

1低煤阶煤层气成藏的特点

煤阶代表了煤化作用中能达到的成熟度的级别,煤阶的改变是由于深埋而增加的温度而改变的。随着煤埋藏深度的增加,煤阶从褐煤,亚烟煤,烟煤到无烟煤间不断变化,煤处于哪种煤阶是很重要的,因为无烟煤煤阶的煤层很可能是最好的煤层气储层。较不成熟的煤层将产生并保持较少的煤层气,而较成熟的煤层的渗透率较低。低煤阶的煤层镜煤反射率小于0.65%,主要有褐煤和长焰煤。低煤阶煤层气是指赋存于褐煤和长焰煤及其围岩中的煤层气,煤层气的主要成分为甲烷。

1.1低煤阶吸附能力弱,含气量较低

低煤阶煤层的封闭能力较弱,这是因为低煤阶煤层的顶底板由于成岩作用较低造成的。煤的变质程度决定着煤层气的生成量和煤的吸附能力,煤阶越高,煤层的吸附能力就越高,煤层的含气量也就较高。而低煤阶煤层的煤阶较低,煤层的封闭能力较弱,故而含气量较低。要开发低煤阶煤层,就必须是要较好的渗透力,否则开发会没有多大的价值。另外,低煤阶的相对孔隙度较高,有的甚至可以达到10%左右,如果没有较好的地质条件,煤层的孔隙度难以被游离气充填,这样就会导致煤层气含量少,没有太大的经济价值。

1.2储集层渗透率高

    低煤阶的变质程度较低,基质较为疏松,基质的孔隙度较高。由于煤层的储集层的渗透率的主要贡献者是割理和构造裂隙,当开发低煤阶煤层时,储集层的压力会降低,压力降到临界解吸压力时,煤层气就开始解吸,基质就开始收缩,基质收缩使得割理和构造裂隙的张开程度加大,这样就使得煤层的储集层的渗透率较高。

1.3成藏过程简单

    低煤阶煤层气成藏过程一般较为简单,以一次沉降为主。未成熟低煤阶煤层气成藏历史短,在煤层形成之后只经历过一次抬升,而且煤层的构造格局和地下水的赋存状态会影响到煤层气的成藏,所以说未熟的低煤阶煤层气成藏有着持续性的特点。成熟低煤阶煤层气成藏过程以深成变质作用为主。成熟低煤阶煤层气成藏除了具有持续性的特点,还具有阶段性的特点,这是因为煤层气的热演化时期决定了热成因煤层气的特点,故而又具有阶段性的特点。

2低煤阶煤层气勘探开发技术

    随着社会经济的发展,高煤阶煤层气的开发已经取得了很大的成效,在机械设备、勘探开发技术上都有着一定的成就。然而,经济的发展要求有更多的煤炭资源,而我国的低阶煤煤层气资源占到总资源的大概36%,那么对低阶煤煤层气进行开发研究势在必行,而且自进入21世纪以来世界各国都有不少低煤阶煤层气勘探开发成功的案例。譬如说:2002年澳大利亚的苏拉特盆地成功开发了低煤阶煤层气;同年,加拿大的阿尔伯塔盆地也成功开始了低煤阶煤层气的大规模开发。目前,低煤阶煤层气的勘探开发技术主要有两个。

2.1裸眼洞穴完井技术

    洞穴完井技术并不是在开发低煤阶煤层气时才开始使用的技术,早在开发高煤阶煤层气时就已经得到了广泛的运用,它从动力学机理角度分析,可以适用于任何煤阶的煤层气开发。

裸眼洞穴完井技术是将空气和水的混合物注入裸眼层,当注入达到一定的压力时,放喷释放井底压力,这样周期的进行注入—放喷,诱发井筒周围煤层中裂隙和节理系统的连通和向外延伸,提高煤储集层渗透性的一种完井技术方法。

裸眼洞穴完井技术在美国圣湖安盆地的低煤阶煤层气勘探开发中得到了广泛的运用,并且获得了较大的成功。在开采中,裸眼洞穴完井技术与压裂完井技术产生的气比例大约是7:1,单井气产量大于28300m³/d,这充分说明裸眼洞穴完井技术可以有效的达到气产量的增产,尤其是单井气产量的大幅度提高,可以实现较好的经济开发价值。

2.2连续油管压裂技术

连续油管压裂技术在20世纪90年代开始得到了快速的发展,在很多低煤阶煤层气的开发上已经得到了广泛的运用,这是一种安全、经济、高效的勘探开发技术。连续油管压裂技术特别适用于具有多个气层的井进行逐层压裂作业,它可以在欠平衡的条件下作业,不需要压死井,能够减轻对煤层气的伤害。能够使得每个小层都得到合理的压裂改造,达到整口井的压裂增产的效果,同时,连续油管压裂技术在作业时速度较快,可以大大节约时间。加拿大的阿尔伯塔盆地的低煤阶煤层气的勘探开发中就广泛的运用了这项技术,取得了较好的效果。

无论是裸眼洞穴完井技术还是连续油管压裂技术,都能给煤层气的开发带来较好的经济价值,而且连续油管压裂技术还可以大大节约作用时间,具有较高的商业价值。而且,这两项技术还能大大减少煤层气开采过程中的浪费,对我国目前的低煤阶煤层气的勘探开发具有重要作用。

3我国低煤阶煤层勘探开发前景

    我国的低煤阶煤层气的含量丰富,占到了我国煤层气资源的三分之一,在当前资源紧缺的情况下,注重开采的方法和技术,促进低煤阶煤层气的勘探开发具有重要意义。从前文两项技术特点上来看,在我国新疆的昌吉、大井等低煤阶区,可以大力采用裸眼洞穴完井技术,这些地区的煤层厚度大,渗透性好,含气饱和度较高。在鄂尔多斯盆地等低煤阶区,煤层的单层厚度较多,而且层数较多,这些地区可以较多的采用连续油管压裂技术。

结束语

    低煤阶煤层气的勘探开发技术研究在当今形势下有着可观的经济价值,可以促进我国煤气资源的开发,促进我国经济的发展。除了对现有的两种技术进行完善研究外,还应根据低煤阶煤层气的特点进行新技术的开发研究,努力使得低煤阶煤层气的勘探开发中减少资源的浪费,产生更大的经济价值。

参考文献:

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[3]徐忠美叶欣.低煤阶煤层气成藏条件及主控因素分析[J].重庆科技学院学报(自然科学版),2011(2).

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