煤层气勘探开发关键技术与应用

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一、成果概况

1.背景

新疆2000米以浅煤层气资源量为9.51×1012m3，占全国煤层气资源总量的26%。煤层气地质资源量大于1×1012m3的含气盆地有9个，新疆北部就占了3个。尽管新疆北部煤层气资源丰富，但煤层气工业化进程缓慢。

2.研究结论

通过对准南、吐哈、三塘湖等煤田沉积相古地理的研究，提出了新疆北部聚煤规律；通过煤储层的储层特征研究、成藏地质条件研究、煤层气富集规律研究，提出了新疆特有的煤层气成藏模式；结合基础地质研究，综合国内外研究成果，对低阶煤层气勘探开发技术进行了优化与创新。揭示了急倾斜煤层火烧区滞水层对煤层气成藏的控制作用

二、技术先进性及取得成果

与当前国内外同类研究、同类技术综合比较，本项目在理论研究与技术评价等方面达到国际领先水平。

1.揭示了新疆北部煤储层主要发育在辫状河三角洲平原环境中，在三角洲平原-前缘过渡带的分流间湾中煤层厚度大，在坝后沼泽中煤层厚度较小且连续性差。

2.提出了新疆北部煤体结构对煤甲烷吸附性能具有重要影响的观点，揭示了不同温压条件下强韧性构造煤甲烷吸附性能明显高于脆性构造煤，同时指出随着温度的增加，温度对煤吸附甲烷能力影响起主导作用，煤体结构的影响不再明显。揭示出新疆北部煤层随变质程度增强，煤微观表面平均粗糙度逐渐减小，纳米级变质气孔更加发育；随构造变形强度的增加，煤表面形貌中凸起逐渐被挤压磨平，纳米级表面网状栅格结构向蠕动状结构转化。煤中封闭孔隙体积随变形程度增大而增大，但其占总孔隙体积的比例逐渐减小，同时封闭孔体积主要分布在10纳米到50纳米之间。

3.识别出双侧向测井显示为负异常、补偿中子平均值较高、井径测井幅度差较小为新疆北部煤层气高产井测井响应标志，建立了高产井测井评价模型，优选出煤层气井的压裂改造层段。揭示了急倾斜煤层火烧区滞水层、煤储层非均质性、煤储层超压对煤层气成藏的控制作用，建立了新疆北部急倾斜煤层火烧区滞水层煤层气成藏模式。

4.利用地质块段法、体积法和丰度法，预测了新疆北部1000米以浅煤层气资源量约为2.28×1012m3，2000米以浅煤层气资源量约为7.12×1012m3。

5.形成了顺倾向钻进的顺煤层L型井钻完井技术和超大排量、高砂比、低摩阻压裂液压裂技术，解决了新疆北部大倾角煤层的增产问题。此外为提高单井压裂改造效率，缩短压裂周期，形成了连续油管底封分层+喷砂射孔+油套环空压裂技术。

6.开展了煤储层应力敏感性研究，形成了新疆北部负压抽采增产技术和激励性排采模式。项目查新报告：国内外未见有与本项目查新点综合研究内容及研究成果相同的文献报道。本项目在《煤炭学报》《Energy&Fuels》《Fuel》等学术杂志以及国内外会议上发表99篇研究成果，其中SCI收录17篇（共被引254次，他引207次，单篇最高他引45次），在学术界产生了较大影响。研究成果共获得专利5个，其中发明专利2个，实用新型专利1个，软件著作权2个。在以上成果的综合指导下，新疆煤田地质局一五六队在准南阜康白杨河区块建设生产井80余口，单井最高日产气量6426立方米，年产量3000万立方米，使该区块成为国内首个在低煤阶煤层气取得工业化突破的区块。

三、推广应用

人民网、新疆网对新疆首个煤层气开发利用示范工程进行了报道，ECF国际页岩气论坛对成果给予高度评价。新疆煤层气示范工程荣获“中国地质学会2016年度十大地质科技进展”，新疆“358”地质找矿项目优秀成果一等奖。

四、经济效益

本项目属于产、学、研密切结合的集成创新成果，科技攻关与工程实施同步进行，进一步补充和完善了中-低煤阶煤层气勘探开发理论和技术。该项研究成果在新疆北部应用以来，取得了一系列新认识和新突破，相继发现和落实了阜康、米东、呼图壁、玛纳斯、后峡、三塘湖及艾维尔沟等一批有利区块，圈定了新疆北部煤层气下一步的勘探开发有利区。一五六队基于本项目研究成果，2014—2017年共承担国家下发勘探开发研究项目5个，科研基金共计2.69亿元。通过本成果的指导，基于排采试验工作，遵循“先抽后采”、采煤采气一体的瓦斯治理模式，优派能源（新疆）矿业有限公司及新疆焦煤（集团）有限公司生产作业区瓦斯突出的风险有效降低，累计节约安全成本2000万元。300余人直接参与了项目课题研究，项目推动了新疆煤层气行业的技术进步，取得了巨大经济效益和社会价值。项目提出了适合新疆北部的煤层气后备资源开发的可行性建议和一套较为成熟的煤层气勘探开发理论及技术体系，为新疆煤层气科技工作作出了理论指导。这一整套技术理论的应用，为新疆“十三五”期间煤层气工业跨越式发展提供了有力的技术支撑。