曲延林 闫伟
(黑龙江省煤田地质局 哈尔滨 150001)
摘要:依兰煤田位于伊依地堑方正断陷东北缘，形成于古近纪，为断陷型含煤盆地，含煤地层为达连河组。该组仅有一个煤层群，集中分布于煤系底部10～40m厚的范围内，煤层群厚约10～30m，含煤五层，煤层平均厚度14.63m。煤层群顶部为巨厚油页岩层(70～140m)，煤类为长焰煤，煤层含气量为4～12m3/t，平均8.0m3/t，煤层渗透率0.29mD。依兰煤田煤炭保有储量1.97亿t，预测煤炭资源量3.61亿t;煤层气资源量为52.73亿m3，埋藏于1500m以浅。本区煤层群顶板厚层油页岩，是煤储层最理想的封盖层，断层不发育的块段，是依兰煤层气相对富集的地带。2009年施工2口煤层气生产试验井，经射孔、压裂、排采，初步获得成功，经过近10个月的排采试验，日产气量均在1500m3左右。2011年正在施工煤层气生产井3口，计划再施工生产井10口，煤层气生产井总数可达15口，初步形成小规模勘探开发网。本文通过对依兰煤层气钻井、固井、压裂、排采等工程的分析和总结，认为依兰煤田煤层气勘探开发的前景非常广阔。
关键词:依兰煤田 煤层气工程 经验总结 前景展望
作者简介: 曲延林，男，研究生，副局长，高级工程师，多年从事煤田及煤层气勘查开发工作。地址: 哈尔滨市南岗区新永和街 46 号，邮编: 150001，电话: 0451 － 85728666，传真: 0451 － 87709301，E － mail: quyanli0451@ 163. com。
Achievements and Prospects of CBM Exploration and Developments in Yilan Coal Field
QU Yanlin YAN Wei
( Coal Field Geology Bureau of Heilongjiang Province，Harbin 150001，China)
Abstract: Yilan coal field is located at the northeast of Fangzheng Rift of Yiyi Graben and it is a rift-type coal-bearing basin. Yilan coal field was formed in the Paleogene and the coal-bearing layers belong to Dalianhe Group. This group has only one coal seam group that concentrates in the bottom of the coal measure strata with the thickness about 10 ～ 30 m. This group includes five layers of coal，the average coal thickness is 14. 63 m. There is an oil shale layer on the top of the coal group with the thickness 70 ～ 140 m. The coal in Yilan coal field is long- flame coal，its gas content is 4 ～ 12 m3/ t，average 8. 0 m3/ t，the coal reservoir permeability is 0. 29 mD. Yilan coalfield holds the coal reserves 197 million tons and the forecast coal amount of resources 361 million tons with the CBM resource of 5. 273 billion m3，buried within 1500 m. In this area，the roof of coal seams is thick oil shale， which is the most ideal coal reservoir cover layer，and the faults don't grow in the section. It is relatively rich zone of Yilan coal bed methane. Two coal bed methane production test wells were constructed in 2009. Meanwhile， we've obtained initial success by the perforating，fracturing，and extraction. After nearly 10 months of extraction test，daily gas production is around 1500 m3/ d. In 2011，3 CBM production wells are being under construction. Another 10 have been planned to drill as well. Then the total number of coal bed methane production wells will be up to 15. Thus a small-scale exploration and development grid is coming into being. This article confirms that Yi- lan coal bed methane exploration and development prospect is very bright，which is based on the analysis and sum- mary of Yilan coal bed methane drilling，cementing，fracturing，extraction projects and so on.
Keywords: Yilan coal field; coal bed methane project; experience summarizes; prospect forecast
1 概况
依兰矿区位于黑龙江省依兰县达连河镇境内，松花江东岸。地理坐标为东经129°19'00″～129°28'45″，北纬46°04'30″～46°11'00″，面积约49.70km2，见交通位置图(图1)。
图1 依兰矿区交通位置图
依兰矿区现有达连河露天矿在开采，年产量可达400万t。依兰二矿及多个地方小井均已停产。
依兰煤田煤炭保有储量1.97亿t，预测煤炭资源量3.61亿t。煤层气资源量为52.73亿m3，均埋藏于1500m以浅。
2 地质背景
依兰矿区位于我国东北地区著名的北东向构造———伊通依兰地堑内(黑龙江境内佳依地堑)，为一早新生代半地堑式断陷含煤盆地。地堑内主要充填有古近系始新统达连河组(E2d)含煤地层，厚1500m左右。达连河组只发育一个含煤组，五个煤分层，位于盆地基底附近，煤类为长焰煤。
2.1 地层
矿区煤系基底为海西期花岗岩。区内沉积有古近系、新近系和第四系地层，由老到新简述如下:
(1)古近系达连河组(E2d):为本区主要沉积地层亦是含煤地层，厚度0～1500m。岩组可分为三段，下部含煤段，厚50～250m;中部油页岩段，厚70～150m;上部砂泥岩段，厚450～1100m。
(2)新近系道台桥组(N1d):由灰绿色粉砂岩和弱胶结细砂、砂砾石组成，厚度0～35m，向西部增厚。
(3)第四系(Q):由粘土、亚粘土夹细砂、砾石等组成，厚5～30m。
2. 2 构造
依兰矿区为一走向近东西的断陷型含煤盆地。盆地形成以来，经历喜马拉雅晚期的构造运动，致使原始煤盆地北侧抬升剥蚀，煤系地层直接出露地表，南侧沉降、含煤地层被深埋，形成现今向南倾斜的半掩盖式单斜构造形态。矿区东南为北东向盆缘断裂所斜切(佳依地堑东南缘断裂)。
2.3 煤层
本区只有一个可采煤层群，其最小厚度12.28m，最大厚度约46.19m，平均27.24m。可采煤层5层:上1、上1上2、上2、中、下煤层。纯煤总厚度最小1.77m，最大23.08m，平均14.63m，一般值在11.10～18.17m。
煤层群集中分布于煤系的底部靠近基盘10～30m的部位，所以煤层厚度受古地形影响较明显，尤其是下煤层很不稳定。各煤层厚度见表1。
表1 依兰矿区煤层厚度情况表
2.4 煤岩、煤质
本区显微煤岩组分以镜质组为主，占90%以上，详见表2。煤质特征见表3。
表2 依兰矿区显微煤岩特征表
表3 依兰矿区煤质特征表
上煤层及下煤层属于中灰煤—富灰煤。中煤层灰分最低，属于特低灰煤—低灰煤。
3 储层特征
依兰达连河矿区煤层气含气量资料较少，截至目前，已有5个参数井含气量资料，以资料比较好的YD02井为主，叙述如下:
3.1 含气量
YD02井共测含气量煤芯煤样22个。其中，上1、上2煤层各5个样，中煤层气7个样。归纳如下，见表4。
表4 YD02井煤层甲烷含量表
3.2 储层压力
YD02井试井分两个层段进行，既上1+上2煤层、中+下煤层。煤层埋藏深度在766～809m之间。主要参数见表5。
表5 YD02井煤层试井主要参数表
从表中看，本区煤储层压力基本正常。中下煤层渗透率也相对较好。
3.3 等温吸附特征
YD02井煤层兰氏体积、兰氏压力见表6。根据本区实测含气量数据，经计算本区煤层气含气饱和度明显偏低(叶建平等，1998)。
表6 YD02井煤层等温吸附参数表
3.4 气藏特征
依兰煤田总体构造特征为一向南倾斜的单斜构造，矿区深部有一走向北西、倾向西南的大型逆冲断层。煤层上部发育一层70～140m厚的油页岩层，为煤层气藏的良好盖层。本区的煤层气藏类型应为水力封堵和构造封堵两种煤层气藏(叶建平等，1998)。
4生产试验井施工
2009年黑龙江省煤田地质局与合作方在依兰矿区施工两口煤层气生产试验井(YD03、YD04)，经排采两口井日产气量均在1500m3左右，达到了工业气流的标准。有必要对其施工过程中的经验教训进行总结。
4.1 井位选择及布置
依兰矿区构造形态总体为一近东西，向南倾斜的单斜构造。矿区中部有一走向北西，倾向西南的逆断层，断距300余米，并由东向西逐渐尖灭，甚至扭变为一个正断层。因矿区浅部为露天矿开采区，以往含气量测试数据较低。而矿区深部暨逆断层南部(上盘)煤层厚10m左右，属未采动区，煤层气藏类型应属于构造圈闭型气藏。依兰矿区首批生产试验井YD03、YD04井，经研究评审布置在逆断层上盘一个构造高点的斜坡上。
4.2 井距确定
黑龙江省首次施工煤层气生产试验井，没有经验，因担心井距大，两井沟通不好，为保证初次施工煤层气井成功，井距确定为150m。后经压裂施工，两口井连通，证明井距偏小，但也包括因小断层而形成连通的因素，或两井距联线与构造节理方向一致的原因。后期正在施工的YD05、YD06、YD07三口井距改在250～300m之间。
4.3 完井方式
依兰矿区煤层气煤层气生产试验井采用套管完井，完井原则为下煤层一下60m完钻。采用Φ273mm的表层套管，Φ139.7mm的生产套管。固井水泥返高位上1煤层顶板以上200m。
5射孔层段确定
据YD03井测井资料，YD03井见煤3层，中煤层厚12.40m，上2煤层及下煤层均为复杂结构的煤层组，煤层组厚度分别为8.00m和8.15m厚。经研究确定YD03井射孔3段，分别为上2煤层射8.00m;中煤层射开8.00m，顶底板处各留2.00m左右厚的煤层;下煤层射8.15m。见图2。
据YD04井测井资料，YD04井见煤4层，中煤层厚12.95m，上2煤层、上1煤层及下煤层均为复杂结构的煤层组，煤层组厚度分别为8.80m、11.95m和3.70m厚。经研究确定YD04井射孔4段，分别为上2煤层射8.80m;上1煤层射11.95m;上2煤层射11.95m;中煤层射开8.00m，顶底板处各留2.00m左右厚的煤层;下煤层射3.70m。见图3。
射孔均采用89枪型、89子弹。孔密16孔/m，相位90。
图2 YD03井射孔段设计示意图
图3 YD04井射孔段设计示意图
6 压裂施工
6.1 压裂设计数据
YD03井三层压裂数据基本一致。前置液一般注入37.5min，注入量300m3，排量8m3/min。砂比由5%逐渐增至20%，注砂时间预计50min，总注砂量40m3，携砂液740m3。
YD04井第二和第三层压裂数据基本与YD03井一致。前置液一般注入37.5min，注入量300m3，排量8m3/min。砂比由5%逐渐增至20%，注砂时间预计60min，总注砂量40m3，携砂液730m3至765m3。
第一和第四层，前置液一般注入37.5～50min，注入量300m3，排量6～8m3/min。砂比由5%逐渐增至20%，注砂时间预计40～50min，总注砂量30m3，携砂液635m3。
石英砂粒径选用0.45～0.9mm，少量100目石英砂。压裂液就地取水，经化验合格，液型MC1。施工最高泵压不得超过35MPa。
6.2 实际压裂数据
实际压裂数据见表7。
表7 依兰煤层气生产试验井压裂数据表
压裂过程中，在压裂液中加少量助排挤(表面活性剂)和柴油(用于消沫)。
7 排采工作
YD03、YD04两井经过3个多月的排采试验，取得了完整的排采数据，现介绍如下。
为了改善气井储层渗透率、安全稳定的释放井底压力，准确的取得相关参数，排水采气试验工作主要分为四个阶段。
7.1 控制溢流排量释放井内压力阶段
该阶段参照低阶煤煤层气开发区所采用的中级排采强度(产水量20m3/d左右)，以免因井底压力释放过快造成於井、卡泵及堵塞气水通道。此阶段，YD03井用了12天的时间。YD04井用了19天的时间。
7.2 清洗通道逐渐改善渗透率阶段
该阶段通过对压裂液的反排，井底压力得到了连续稳定的降低，从而使煤储层中液体流动的动能得到控制，在不堵塞通道的基础上达到了清洗通道、扩大通道、减少污染的目的。此阶段，YD03井用了48天的时间。YD04井用了37天的时间。
7.3 提高煤储层渗透率、探索合理的工作制度阶段
该阶段通过对各项参数的分析，急时调整排采工作制度控制水位降深、控制井底压力，达到了进一步提高储层渗透率的目的。YD03井用了13天的时间，井口压力从0增长到1.80MPa。YD04井用了31天的时间，井口压力从0增长到1.70MPa。为后期的产量评价做好了准备工作。
7.4 产量评价阶段
进入该阶段后开始逐渐的释放套压，并降低井内水位深。随着井内水位的逐渐降低产气量也日益增加。此阶段，YD03井用了35天时间，当水位深稳定在660m左右，套压稳定在0.25MPa，此时储层产气量达到了1200Nm3/d左右，产气量趋势平稳。YD04井用了24天时间，当水位深稳定在660m左右，套压稳定在0.28MPa，此时储层产气量达到了1450Nm3/d左右，产量趋势基本平稳。见图4、图5。
图4 YD03井排采曲线
图5 YD04井排采曲线
8 结论
(1)依兰矿区为古近系小型断陷型沉积盆地，地层产状以单斜为主。煤层发育于煤系地层下部，距基底古风化壳较近。应加强对本区水文地质条件的研究，确定其与本区煤层气储层之间的相互关系。
(2)通过生产井施工，本区小型断层较发育，其发育方向及构造位置直接影响生产井布井及井距选择，应加强构造及应力情况研究，总结小断层的发育规律，合理设计布井方案及选择合理的井距。
(3)本区煤层气井产气量、产水量、套压、水位深等参数的相关关系不够明确，应在今后的排采工作中进行探索，寻找本区储层排采规律，确定合理的排采工作制度，达到最佳排采效率。
(4)2011年正在施工煤层气生产井3口，2012年计划再施工煤层气生产井10口，煤层气生产井总数可达15口，初步形成小规模勘探开发井网。
综上所述，依兰矿区煤层气勘查开发，无论从地质构造、含煤地层、煤层厚度、煤层气资源量、储层特征、单井产能等多方面看，依兰煤田煤层气勘探开发的前景非常广阔。
参考文献
叶建平，秦勇，林大扬等.1998.中国煤层气资源［M］.徐州:中国矿业大学出版社，103～184
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