石油学报

作者：熊先钺, 闫霞, 徐凤银, 李曙光, 聂志宏, 冯延青, 刘莹, 陈明, 孙俊义, 周科, 李春虎

单位：1. 中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司 北京 100095;2. 中石油煤层气有限责任公司 北京 100028;3. 中国石油学会 北京 100724

关键词：深部煤层气,耦合控制,等温吸附,微构造,开发单元,鄂尔多斯盆地,解吸阶段

基金：熊先钺,男,1984年2月生,2014年获中国矿业大学(北京)博士学位,现为中石油煤层气有限责任公司副总经理、总地质师、高级工程师,主要从事煤层气、非常规天然气地质综合研究及油气勘探管理工作。Email:xiongxianyue2009@petrochina.com.cn

摘要： 深部煤层气（埋深大于2 000 m）是煤层气勘探开发的重要领域，不同于以吸附气为主的中—浅部煤层气，其赋存状态以游离气与吸附气共存为特征。目前，深部煤层气的解吸规律尚不明确，游离气与解吸气的转换时机、开发效果差异的原因尚不清楚。以鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块为例，由于其关键地质参数的分布规律与构造趋势具有一致性，根据微构造形态可将该区块划分为负向微构造区、构造平缓区、正向微构造区和构造抬升区4个开发单元，并明确其地质特征。提出决定深部煤层气开发效果的关键要素可归纳为“五大必要条件”和“一个程度”，并对这些关键要素在深部煤层气开发中的耦合控制机理进行了剖析。“五大必要条件”包括保存条件、资源条件、解吸条件、渗流条件、可改造条件，是地质基础；“一个程度”指压裂改造程度，在开发过程中需要根据“五大必要条件”对其进行差异化调整。基于“五大必要条件”（25项地质参数），系统归纳了4个开发单元的煤层气开发评价结果、综合生产特征和典型生产曲线，并给出了相应的工程技术对策建议。以煤层气评价中一直被忽视的解吸条件为研究内容，通过等温吸附实验，明确了影响深部煤层气等温吸附特征的主控因素。深部煤岩的吸附能力随着温度、灰分含量和水分含量的升高而减弱，随着有机质热演化程度的升高而增加，同时，Langmuir压力会随着水分含量的升高而增加；当煤岩中灰分含量变化较大时，煤岩的吸附能力与煤岩热演化程度的相关性不明显，灰分含量成为影响解吸的主控因素；从构造平缓区至正向微构造区，煤岩的等温吸附曲线形态由陡变缓，Langmuir体积下降10.7%，但Langmuir压力增高36.8%。结合实验结果与基础理论方法进一步明确了深部煤层气在不同构造开发单元的解吸规律，对比分析了解吸特征的差异。深部煤层气的生产过程可划分为4个阶段：①低效解吸阶段+游离气主导阶段（阶段Ⅰ）、②缓慢解吸阶段（阶段Ⅱ）、③高效解吸阶段（阶段Ⅲ）、④敏感解吸阶段（阶段Ⅳ）。大宁—吉县区块深部煤层气的解吸启动压力为9.05～9.30 MPa、解吸转折压力约为6.00 MPa、解吸敏感压力为2.30～2.70 MPa，在深部煤层气井的生产中，从以游离气产出为主到以吸附气产出为主的转换是一个过程，主要取决于缓慢解吸阶段时间的长短及解吸关键压力点（解吸启动压力、转折压力）的大小、压力降幅和解吸曲线特征。最后，结合地质规律和认识，具体剖析了构造平缓区和正向微构造区煤层气井开发效果差异的原因，以期为推动深部煤层气高效开发所面临的地质精细评价与单元划分、开发规律预测、采气设备优选及排采制度制定等提供科学指导。

来源：2023年第11期

《石油学报》期刊编辑部

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