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深层煤岩气水平井各段产出贡献及其主控因素——以鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县区块为例

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天然气工业 2024年第10期44卷 80-92页

作者：闫霞熊先钺李曙光黄力王峰孙雪冬郭乐乐冯延青中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京市100028 中石油煤层气有限责任公司

在“双碳”目标背景下,实现深层煤岩气高效开发、甲烷管控或近零排放具有极其重要的战略意义。但深层煤岩气水平井各段产出贡献不清、主控因素不明,制约了煤层气单井产能提升和降本增效。为此,以鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块为例,通... 详细信息

在“双碳”目标背景下,实现深层煤岩气高效开发、甲烷管控或近零排放具有极其重要的战略意义。但深层煤岩气水平井各段产出贡献不清、主控因素不明,制约了煤层气单井产能提升和降本增效。为此,以鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块为例,通过示踪剂监测技术,获得了深层煤岩气水平井各段差异认识,提出了基于深层煤岩气地质—工程甜点系数的模型构建方法、“黑金”靶体和地质—工程甜点分类评价标准,构建了沿水平井地质—工程甜点模型,提取了11项地质因素和10项工程因素开展“定性+定量”评价,明确了深层煤岩气水平井各段产出贡献的主控因素。研究结果表明:①深层煤岩气水平井各井段的产出差异大,各井段产气量贡献率介于2.2%~25.3%,同一口井各井段产气量差异最高达11.5倍。②明确了影响水平井各井段产出主控因素是钻遇Ⅰ、Ⅱ类地质—工程甜点情况和压裂改造规模;钻遇Ⅰ类和Ⅱ类甜点井段长度占水平井长度的63.7%,其中采用相对更高规模压裂设计的Ⅰ、Ⅱ类甜点段仅占37.5%,却贡献了单井59.2%的累计产气量。③影响高产段的离散型因素,裂缝形态以均匀缝为主;构造曲率以正曲率和零曲率为主;煤岩类型以光亮煤和半亮煤为主。④利用斯皮尔曼相关系数法、层次分析法和梯度提升树法定量确定的主控因素,与基于甜点模型得到的认识一致。结论认为,研究成果为深层煤岩气水平井甜点评价、“黑金”靶体钻遇率提高、压裂段簇差异化设计、施工方案优化等方面提供了新认识、新方法和新思路。

关键词：鄂尔多斯盆地深层煤岩气水平井示踪剂监测产出剖面主控因素甜点煤层气

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煤岩气:概念、内涵与分类标准

石油勘探与开发 2024年第4期51卷 783-795页

作者：李国欣张水昌何海清何新兴赵喆牛小兵熊先钺赵群郭绪杰侯雨庭张雷梁坤段晓文赵振宇中国石油天然气股份有限公司北京100007 中国石油勘探开发研究院北京100083 中国石油油气和新能源分公司北京100007 中国石油长庆油田公司西安710018 中石油煤层气有限责任公司北京100028 中联煤层气国家工程中心北京100028 中国石油天然气集团有限公司非常规油气重点实验室河北廊坊065007

近年来,准噶尔、鄂尔多斯等盆地深层煤岩储层中的天然气勘探开发取得重大突破。针对目前工业界和学术界对这种新类型非常规天然气表述不一致的现状,在前人研究的基础上定义了“煤岩气”概念,并系统对比剖析其赋存状态、运储形式、差异... 详细信息

近年来,准噶尔、鄂尔多斯等盆地深层煤岩储层中的天然气勘探开发取得重大突破。针对目前工业界和学术界对这种新类型非常规天然气表述不一致的现状,在前人研究的基础上定义了“煤岩气”概念,并系统对比剖析其赋存状态、运储形式、差异聚集和开发规律。在地质上,煤岩气不同于传统意义上的煤层气,具有游离气与吸附气并存、富含游离气,自生自储-微距运移并可有他源的聚集,煤岩割理裂缝发育、游离气差异富集等特点,埋深超过2000m的深层煤岩气具有“高压力、高温度、高含气、高饱和、高游离”的“5高”地质特征;在开发上,与页岩气、致密气特征相似,人工改善储层连通性后,无需排水降压,高势能游离气弹性驱动产出、压降后吸附气解吸接替,可依靠地层自然能量开采,游离气与吸附气连续接力长周期产气。按照埋深、煤阶、压力系数、储量规模、储量丰度和气井产量等,提出了煤岩气的分类标准和资源/储量估算方法。初步估算埋深超过2 000 m的中国煤岩气地质资源量超过30×1012m3,是国家重要的战略资源。提出鄂尔多斯、四川、准噶尔和渤海湾等盆地是煤岩气的规模富集有利区,梳理了技术与管理挑战并指出攻关方向,为中国煤岩气管理与勘探开发奠定理论、评价和生产实践基础。

关键词：煤岩气煤层气吸附气游离气分类标准储量估算方法

大宁—吉县区块深部煤层气富集主控因素分析及地质工程甜点区评价

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西安石油大学学报（自然科学版） 2024年第4期39卷 1-9页

作者：王成旺刘新伟李曙光熊先钺王玉斌陈高杰中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京100951 中石油煤层气有限责任公司北京100020 中石油煤层气有限责任公司工程技术研究院陕西西安710082

精准评价和合理优选煤层气地质工程甜点区是翔实制定勘探开发一体化方案的基础。本文聚焦大宁—吉县区块深部石炭系本溪组8^(#)煤层,充分利用研究区煤心描述、分析化验、测录井、地震及开发动态等资料,通过研究区深部8^(#)煤层的各种资... 详细信息

精准评价和合理优选煤层气地质工程甜点区是翔实制定勘探开发一体化方案的基础。本文聚焦大宁—吉县区块深部石炭系本溪组8^(#)煤层,充分利用研究区煤心描述、分析化验、测录井、地震及开发动态等资料,通过研究区深部8^(#)煤层的各种资料系统整理和深入剖析,从煤层顶底板岩性、厚度、构造、沉积环境及煤岩特征等方面,系统探讨了深部煤层气富集的主控因素,并建立了地质工程甜点区评价标准,进而划分了研究区的地质工程甜点区。研究结果表明,煤层气富集主要受顶底板岩性、构造及煤岩特征等影响,沉积环境对煤层气富集的影响多体现在顶底板岩性组合及封闭性等特征上;研究区评价出地质一类、工程一类有利区411.5 km^(2),资源量1 038.75×10^(8) m^(3);地质二类、工程一类有利区596.2 km^(2),资源量1 192.4×10^(8) m^(3);地质二类、工程二类有利区287.4 km^(2),资源量574.5×10^(8) m^(3)。

关键词：深部8~#煤层甜点区评价煤层气主控因素地质工程大宁—吉县区块

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深部煤层气游离气饱和度计算模型及其应用

煤田地质与勘探 2024年第2期52卷 134-146页

作者：石军太曹敬添徐凤银熊先钺黄红星孙政贾焰然马淑蕊郑浩杭邓婷李靖李相方中国石油大学(北京)油气资源与工程全国重点实验室北京102249 中国石油大学(北京)煤层气研究中心北京102249 中国石油学会北京100724 中石油煤层气有限责任公司北京100028 中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京100095 中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室江苏徐州221116

近几年全国深部煤层气基于精细地质研究和水平井多段加砂压裂取得重大突破,部分井日产气量高达十万方,给煤层气产业重新树立了信心。但是,由于深部煤储层处于高地应力、高地温、高孔隙压力、低渗透率的复杂地质环境,不同深度煤储层典型... 详细信息

近几年全国深部煤层气基于精细地质研究和水平井多段加砂压裂取得重大突破,部分井日产气量高达十万方,给煤层气产业重新树立了信心。但是,由于深部煤储层处于高地应力、高地温、高孔隙压力、低渗透率的复杂地质环境,不同深度煤储层典型参数和煤层气赋存方式的分布特征以及对储量和产量的影响亟需揭示。基于Langmuir等温吸附式、亨利定律及物质平衡原理,考虑吸附层和溶解气的影响,建立了深部煤层气游离气饱和度计算模型;以国内鄂尔多斯盆地大宁-吉县区块深部煤层气藏为例,分析不同深度深部煤层气赋存方式及分布特征,并评价游离气饱和度对深部煤层气储量、产量与合理配产的影响。研究认为:当煤层埋深大于溶解饱和对应的深度,游离气才会出现,且随着埋深的增加,游离气饱和度先快速增加后缓慢增加,目标区块埋深1875 m处才出现游离气,在埋深2800 m处游离气饱和度高达90%,游离气的占比高达17.3%。游离气饱和度对深部煤层气储量计算、产气特征和合理配产影响很大,随着游离气饱和度的增大,煤层气储量线性增大,累产气量持续上升但后期上升幅度逐渐变缓,深部煤层气井最优配产增加,井底流压下降速度加快,压裂改造区的内外压差降低,未改造区动用程度增加。目标区块主力开发煤层埋深位于2100~2300 m,游离气饱和度介于48%~68%,游离气占比介于10%~13%,建议气井合理配产介于(4~10)×10^(4)m^(3)/d。研究结果可为深部煤层气进一步开发提供理论依据和方法支撑。

关键词：深部煤层气赋存方式游离气饱和度储量评价产气规律合理配产

大宁–吉县区块深部煤层气多轮次转向压裂技术及应用

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煤田地质与勘探 2024年第2期52卷 147-160页

作者：熊先钺甄怀宾李曙光王红娜张雷宋伟林海徐凤银李忠百朱卫平王成旺陈高杰中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京100095 中石油煤层气有限责任公司北京100028 中油油气勘探软件国家工程研究中心有限公司北京100080 中国石油天然气股份有限公司青海油田分公司甘肃敦煌736202 中国石油学会北京100724

鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县区块深部煤层气资源丰度高,煤储层天然裂缝与煤自身割理裂隙发育、煤体结构好、机械强度高、顶底板封盖能力强,为大规模体积压裂缝网的形成提供了有利条件。超大规模压裂改造工艺使深部煤层气单井产量获得重... 详细信息

鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县区块深部煤层气资源丰度高,煤储层天然裂缝与煤自身割理裂隙发育、煤体结构好、机械强度高、顶底板封盖能力强,为大规模体积压裂缝网的形成提供了有利条件。超大规模压裂改造工艺使深部煤层气单井产量获得重大突破,但示踪剂监测结果显示,水平井各压裂段产气效果贡献不均一、资源动用存在盲区、综合效益未达预期。指出深部煤储层形成超大规模有效缝网面临两类主要挑战:(1)深部煤层裂缝扩展规律认识不清;(2)现有压裂技术存在过度改造及改造不充分区域。基于此问题,提出适合深部煤储层改造的多轮次转向缝网弥合压裂技术。首先,分析深部煤层超大规模缝网形成的可行性;其次结合现场压裂数据与微地震监测结果,分析地层曲率、倾角等对压裂裂缝扩展的影响;最后建立应力场计算方法,以此为依据,进行多轮次转向工艺优化及现场试验。在大宁-吉县区块现场进行试验验证,井周微应力场非均匀区域水力裂缝实现了较为均匀的扩展,增大了裂缝整体改造体积,单井产气效果较周边井有明显提升,其中DJ55井5轮次压裂,储层改造体积达到243.6×10^(4)m^(3),生产340 d累产气量970.5×10^(4)m^(3),平均日产气量2.85×10^(4)m^(3),日产量和压力均保持稳定,改造效果较好,预计采收储量(EUR)大于3000×10^(4)m^(3),产气潜力较大;JS8-6P05井第1-7段采用2~3轮次压裂,压后日产气量8.59×10^(4)m^(3),相比各段均采用单轮次压裂的JS8-6P04井加砂规模降低41.9%、压裂费用降低21%,但2口井水平段千米日产气量相当。试验效果表明,多轮次压裂工艺在一定程度上解决了水平井两侧应力差异而导致的裂缝单侧扩展问题,促进井筒两侧压裂裂缝趋于均匀扩展,极大程度上保障了深部煤储层资源动用程度和压后产量,是深部煤层气压裂工艺降本增效的主要技术途径。

关键词：鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气超大规模压裂微应力场多轮次

鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气开发先导试验效果与启示

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煤田地质与勘探 2024年第2期52卷 1-12页

作者：聂志宏徐凤银时小松熊先钺宋伟张雷刘莹孙伟冯延青刘世瑞闫霞孙潇逸吴满生中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京100095 中国石油学会北京100724 中石油煤层气有限责任公司北京100028 中国石油天然气股份有限公司青海油田分公司甘肃敦煌736202

鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县区块深部煤层气勘探开发取得突破对煤层气产业带来重大影响,引起业内广泛关注和跟进。前期一些学者对深部煤层气勘探开发理论技术难点与对策开展了研究,但缺乏对典型气田开发先导试验系统总结。通过深入剖析... 详细信息

鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县区块深部煤层气勘探开发取得突破对煤层气产业带来重大影响,引起业内广泛关注和跟进。前期一些学者对深部煤层气勘探开发理论技术难点与对策开展了研究,但缺乏对典型气田开发先导试验系统总结。通过深入剖析深部煤层气地质特征与效益开发难点,总结大宁-吉县区块开发先导试验项目取得的进展和成效,明确开发规律并提出效益开发对策。结果表明:(1)深部煤层具有广覆式发育、含气性好、游离气含量高、保存条件好、煤体结构好、脆性指数高、顶底板封盖性强等地质特征,但微构造发育、渗透性极差、矿化度高等因素制约了深部煤层气效益开发;(2)不同地质条件下气井生产特征差异较大,通过先导试验落实气井产能和适应性开发技术对策,采用滚动开发模式可有效降低煤层强非均质性带来的开发风险;(3)开展地质-工程一体化井网优化设计,构建井网与缝网高度弥合的人造气藏,可实现资源动用和采收率最大化;(4)“长水平段+多段多簇+大砂量”的大规模、大排量极限体积压裂技术可增大有效改造体积和井控储量,大幅提高单井产量;(5)深部煤层气井具有“见气时间短、上产速度快、初期产量高、递减快”的生产特征,可实现短期快速规模上产,但气田长期稳产需持续新井投入;(6)前期开发成本偏高,实现效益开发需不断提高工程作业效率、降低开发成本。综合认为,深部煤层气资源品质好,可动用性强,具备快速推广复制条件,大宁-吉县区块深部煤层气开发实践可为国内其他区块深部煤层气规模动用提供技术借鉴,对加快深部煤层气规模勘探开发具有重要意义。

关键词：鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县区块深部煤层气先导试验开发规律极限体积压裂技术

鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气高效开发理论技术体系

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煤炭学报 2024年第1期49卷 528-544页

作者：徐凤银聂志宏孙伟熊先钺徐博瑞张雷时小松刘莹刘世瑞赵增平王渊黄红星林海鲲中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京100095 中国石油学会北京100724 中石油煤层气有限责任公司北京100028

针对深部煤储层埋藏深、渗透率低、应力环境复杂等开发难题,总结大宁—吉县区块近5 a勘探开发取得成果,明确了资源富集条件、有效改造体积、水平段长、良好储盖组合条件是气井高产关键因素。在“人造气藏”开发理论指导下,建立了地质-... 详细信息

针对深部煤储层埋藏深、渗透率低、应力环境复杂等开发难题,总结大宁—吉县区块近5 a勘探开发取得成果,明确了资源富集条件、有效改造体积、水平段长、良好储盖组合条件是气井高产关键因素。在“人造气藏”开发理论指导下,建立了地质-工程一体化背景下的深部煤层气高效开发技术体系:(1)基于储层资源条件、构造保存条件和工程改造条件三大类11项指标,建立深部煤层气地质工程开发甜点评价标准;(2)基于微幅构造刻画、多尺度裂缝预测、三维地质模型构建等技术,形成“地质+工程”全要素定量化、可视化表征的煤储层精细评价技术;(3)按照“地质小尺度、三维地震微尺度、轨迹走靶体、少调快钻”导向思路,形成以钻前轨迹精优设计、精准入靶及靶后微调为核心的三阶段地质工程一体化导向技术;(4)按照实现资源动用和采收率最大化为目标,形成“地应力场、天然裂缝场、人工裂缝场、井型与方位、井网井距”五位一体井网优化设计技术;(5)依据深部煤层气赋存特征、渗流机理和气井生产特征,形成以产量不稳定分析法为主,经验产量递减法、数值模拟法和经验类比等多方法结合的气井产能评价及EUR预测技术;(6)遵循“四位一体”精准选段和“井间交错+段内差异化”设计原则,形成以构建人造气藏为目标的大规模体积压裂技术;(7)根据气井气水变化特征,形成全生命周期不同生产阶段排采优化控制技术;(8)结合当前AI技术进展与深部煤层气开发规律、集输等特征,探索了地质、工程、地面等多专业一体化协同环境下集输和数智化技术。在这一成果指导下,已投产29口水平井生产初期日产量5×10^(4)~16×10^(4) m^(3),平均10.2×10^(4) m^(3),区块日产气量突破300万m^(3),对加快鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气规模上产具有重要指导意义,也为同类资源高效开发建立了参考标准。

关键词：深部煤层气鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块高效开发理论技术体系

The status and development strategy of coalbed methane industry in China

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石油勘探与开发:英文版 2023年第4期50卷 765-783页

作者： XU Fengyin HOU Wei xiong xianyue XU Borui WU Peng WANG Hongya FENG Kun YUN Jian LI Shuguang ZHANG Lei YAN Xia FANG Huijun LU Qian MAO Delei National Engineering Research Center of China United Coalbed Methane Co. Ltd.Beijing 100095China Chinese Petroleum Society Beijing 100724China PetroChina Coalbed Methane Company Limited Beijing 100028China CNPC Research Institute of Safety&Environment Technology Co. Ltd.Beijing 102200China

To achieve the goals of carbon peaking and carbon neutrality under the backgrounds of poor resource endowments, weak theoretical basis and other factors, the development of the coalbed methane industry of China faces many bottlenecks and challenges. This paper systematically analyzes the coalbed methane resources, key technologies and progress, exploration effect and production performance in China and abroad. The main problems are summarized as low exploration degree, low technical adaptability, low return on investment and small development scale. This study suggests that the coalbed methane industry in China should follow the “two-step”(short-term and long-term) development strategy. The short-term action before 2030, can be divided into two stages:(1) From the present to 2025, to achieve new breakthroughs in theory and technology, and accomplish the target of annual production of 10 billion cubic meters;(2) From 2025 to 2030, to form the technologies suitable for most geological conditions, further expand the industry scale, and achieve an annual output of 30 billion cubic meters, improving the proportion of coalbed methane in the total natural gas production. The long-term action after 2030 is to gradually realize an annual production of 100 billion cubic meters. The strategic countermeasure to achieve the above goals is to adhere to “technology+management dual wheel drive”, realize the synchronous progress of technology and management, and promote the high-quality development of the coalbed methane industry. Technically, the efforts will focus on fine and effective development of coalbed methane in the medium to shallow layers of mature fields, effective development of coalbed methane in new fields, extensive and beneficial development of deep coalbed methane, three-dimensional comingled development of coalbed methane, applying new technologies such as coalbed methane displacement by carbon dioxide, microwave heating and stimulation technology, ultrasonic stim

关键词： coalbed methane industry status strategic goal development countermeasures combined gas mining enhanced recovery in-situ conversion

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深部煤层气地质特征与开发对策

石油学报 2023年第11期44卷 1918-1930页

作者：江同文熊先钺金亦秋中国石油天然气股份有限公司科技管理部北京100007 中石油煤层气有限责任公司北京100028 中国石油油气和新能源分公司北京100007

深部煤层气勘探与开发先导试验取得的重要突破展示了良好的勘探开发前景。但深部煤层气埋藏较深、非均质强,影响开发效果的地质、工程因素众多,合理的开发对策尚不明确。通过分析鄂尔多斯盆地8号煤层的成藏规律与开发地质特征表明:8号... 详细信息

深部煤层气勘探与开发先导试验取得的重要突破展示了良好的勘探开发前景。但深部煤层气埋藏较深、非均质强,影响开发效果的地质、工程因素众多,合理的开发对策尚不明确。通过分析鄂尔多斯盆地8号煤层的成藏规律与开发地质特征表明:8号煤层有机质成熟度高,全盆地稳定分布,生烃潜力巨大;深部煤岩储层微孔、介孔、宏孔和微裂缝体积平均占比分别为78.0%、6.8%、2.1%和13.1%,为典型的多重孔-裂隙系统,储集条件复杂;深部煤层气通常位于临界深度以下,构造抬升幅度更小,埋藏深,储层相对致密,断裂不发育,水动力较弱,保存条件更好;深部煤层气含气量高且吸附气与游离气共存,煤体结构发育相对完整,更有利于压裂改造,气井排采早期产气量便快速提升,具有早期产量高、递减快的特征,按照解吸规律可划分为游离气采出、稳产和递减3个开发阶段。针对深部煤层气的开发难点,结合致密气与页岩气的开发经验,提出坚持三维地震先行、建立储层地质力学模型、工厂化大井丛建产模式、坚持先导试验4点针对性建议。以大宁—吉县区块为例,总结了先导试验取得的规律认识,以期为深部煤层气进一步开发提供借鉴。

关键词：深部煤层气保存条件成藏模式吸附气游离气微幅构造地质力学开发对策先导试验