在碳达峰碳中和战略目标下，加快煤层气勘探开发成为国家重大需求，煤层气产业发展迎来了新机遇，煤层气勘探开发技术自主创新和突破也成为产业发展新动能。新疆是我国五大国家级综合能源基地之一，煤炭及伴生煤层气资源丰富，据国土资源部2015年全国油气资源动态评价结果，新疆2000m 以浅的煤层气地质资源量为7.5万亿m3，约占全国总资源量的1/4。
本期将分享文章是《新疆煤层气大规模高效勘探开发关键技术领域研究进展与突破方向》，了解新疆煤层气勘探开发的最新进展和突破方向。
文章信息
桑树勋，李瑞明，刘世奇，等. 新疆煤层气大规模高效勘探开发关键技术领域研究进展与突破方向[J]. 煤炭学报，2024，49(1)：563−585.
看点导读
新疆煤层气资源量7.5万亿m3(2000m以浅)，已施工煤层气井450口，年产气量达到0.8亿m3，新疆维吾尔自治区提出了2025年实现煤层气产量25亿m3的目标，煤层气大规模高效开发成为紧迫的重大需求。从煤层气富集模式与选区技术、“甜点”预测探测技术、加速滚动开发与快速增储上产策略、地质适配性开发技术、煤层气与煤炭、油气协同开发技术5个关键技术领域，系统梳理了新疆煤层气勘探开发已取得的主要研究进展，分析提出了可能突破方向。
研究表明：新疆煤储层具有多−厚煤层普遍、低阶煤发育、急倾斜煤层多见、煤体变形与构造控制显著、水文条件和露头条件复杂，和三“低”(含气量低、甲烷体积分数低、含气饱和度低)五“高”(高含气强度、高孔隙度、高地应力变化、高储层压力变化、高渗透率变化) 的含气性及物性等煤层气地质独特性。
煤层气富集模式
一、新疆煤储层的显著特征
新疆普遍发育多煤层 (组) 且以厚−巨厚煤层为主；已探明煤储层低阶煤普遍发育但在部分地区发育中高阶煤；天山南北两侧盆地边缘冲断带普遍发育高角度地层和急倾斜煤层，向盆地深部煤层倾角显著变缓；煤层气赋存发育特征受到构造和煤体变形的显著控制等。
二、煤层气富集机制与模式的多样化
新疆煤层气具有典型的低煤阶为主、游离气含量高、气藏成因复杂、构造与埋深联合控气的富集特征，根据煤层气成因及其与埋深的关系可将新疆煤层气富集模式划分为3种主要类型：生物成因气为主的浅部煤层气富集模式、热成因气为主的深部煤层气富集模式和2者复合的过渡带煤层气富集模式。
图1 新疆浅部煤层气生物成因机制与富集模式
图2 新疆深部煤层气热成因机制与富集模式
图3 新疆过渡带煤层气生物−热复合成因机制与富集模式
深部煤层气/煤系气“甜点”发育规律与预测探测技术
一、深部煤层气/煤系气“甜点”发育规律
相较于浅部诸多不利条件，新疆深部煤层气/煤系气吸引了越来越多的关注，但其勘探程度低，摸清深部煤层气/煤系气“甜点”发育规律是规模效益开发的先决条件。准噶尔盆地内发育石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系和古近系 5 套主要烃源岩层段，其中侏罗系八道湾组及西山窑组是深部煤层气/煤系气勘探开发的重点层段。准噶尔盆地西山窑组煤层除盆地南缘埋藏较浅外，盆地其余地区煤层埋深多超过2000 m。高含气与高渗透是“甜点”发育的根本，基于构造与煤层气富集模式的匹配关系，将新疆准噶尔盆地深部煤层气/煤系气“甜点”发育区域可圈定为盆内坳陷的凸起、盆内隆起的凹陷、盆缘斜坡 3 类地质构造环境。
图4 准噶尔盆地南缘头屯河至乌鲁木齐河地区煤层气构造高位富集示例
二、深部煤层气/煤系气“甜点”预测探测
煤层气/煤系气“甜点”已由原来的关注资源禀赋的地质“甜点”，扩展到储层可改造性的工程“甜点”。深部煤层气/煤系气地质“甜点”与工程“甜点”之间并非彼此孤立，而是相互联系、相互制约。
基于岩石力学地层新理论，提出了适配于新疆深部煤层气/煤系气“甜点”一体化预测探测思路。
图5 基于岩石力学地层的新疆深部煤层气/煤系气“甜点”一体化预测方法
新疆煤层气加速滚动开发与快速增储上产技术策略
一、低风险、短周期滚动开发
滚动开发是针对地质条件复杂的油气藏提出的一种简化评价勘探、加速新油气田产能建设的快速勘探方法，同时也是进入油气勘探开发成熟期后的重要增储上产手段特征、煤层气富集模式、赋存规律等具有整体认识的基础上，将高产富集区率先投入开发，在重点区块突破的同时深化新区块、新层系的勘探，实现接续开发，并逐步调整完善井网及开发层系设计，具有勘探开发紧密结合、增储上产一体化的特点。
图6 加速滚动开发的技术流程
二、中浅部煤层气增储上产
中浅部煤层气是目前新疆煤层气开发的重点，也是新疆“十四五”煤层气勘查重点和增储上产的关键。随着新疆中浅部煤层气勘探开发步入规模化开发阶段，中浅部煤层气的勘探开发全面进入滚动开发阶段。
三、深部煤层气增储上产
新疆深部煤层气资源丰富，据预测准噶尔盆地、吐哈、三塘湖盆地 2000 m 以深的煤层气地质资源量达25.64×1012m3，可采资源量5.97×1012m3，远超2000 m以浅。新疆深部煤层气勘探已在准噶尔盆地东部白家海凸起等区块取得突破，证明新疆具有深部煤层气大规模开发的潜力。
图7 准噶尔盆地煤层气快速增储上产工程部署策略示意
新疆煤层气勘探开发地质适配性技术
一、井网、井型优化部署
新疆侏罗系八道湾组、西山窑组煤层具有单层和累厚厚度大、层数多、埋深与倾角变化大、渗透率与地应力各向异性强等特点，不同深度、倾角、厚度煤层中煤层气分层或合层勘探开发时，对勘探开发井井位 (网) 部署、井眼轨迹及井身结构设计提出了适配性要求。
二、钻完井
为适应新疆大倾角、多煤层、厚煤层的特点，形成了以丛式井为主，水平井为辅的开发模式，其中，丛式井包括直井和定向井，水平井包括顺煤层井、L 型井和多分支水平井，所采用的完井方式包括筛管完井、下套管射孔完井和洞穴完井。
图8 新疆煤层气井常用井型示意
三、压裂改造
针对新疆煤储层厚度大、难以充分改造，施工周期长的难题，形成了多厚煤层压裂选段原则，以保障所选层段的资源潜力和储层条件均较优；并通过引进再优化，形成了 2 套多厚煤层分层压裂工艺。
四、排采
受控于煤层含气性、压力、渗透性及其敏感性特征，新疆浅层、中深层、深层煤层气排采井储层适配性排采管控工艺存在显著差异，并具体表现在对套压、井底流压日降幅的差异性控制上。
图9 不同深度煤层气井不同排采阶段的套压与井底流压日降幅
新疆煤层气与煤炭、油气协同勘探
一、中浅部煤层气与煤炭协同勘探开发
新疆 2000 m 以浅的煤炭和煤层气资源量约为1.9×1012 t 和 7.51×1012 m3，均位居全国前列，中浅部煤层是煤炭开采的主力煤层，同时也是当前新疆煤层气开发的主战场，新疆中浅部煤层气与煤炭如何协同勘探开发成为关注的焦点。对此，笔者认为应着重从3个方面展开。坚持“先采气后采煤”的理念；探索新疆煤层气与煤协调共采模式；建立新疆煤层气与原位富油煤共采模式。
图10 新疆中浅部煤层气与煤炭协同勘探开发示意
二、深部煤层气与油气协同勘探开发
新疆深部煤系地层存在多种油气资源组合，形成了煤系全油气系统，根据油气藏类型及勘探开发方式，深部煤层气与油气协同勘探开发可分为煤系叠合型气藏开发、煤层气与煤系气共探共采、煤系全油气系统勘探开发 3 种类型。
图11 深部煤层气与油气协同勘探开发示意
结论
新疆煤储层具有多−厚煤层普遍、低阶煤发育、急倾斜煤层多见、煤体变形与构造控制显著、水文条件和露头条件复杂。煤层气形成于生物成因气、热成因气和生物−热复合成因等多机制。新疆中低阶煤煤层气勘探开发技术已取得重要进展，形成了较为成熟的井网井型差异性优化部署、低储层伤害钻井固井、高可靠性录井测井试井、多井型高效分段压裂、低套压−控压排采管控等工程技术。
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