“煤”花三弄
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提起瓦斯,人们耳熟能详,但说到煤层气,却鲜有人知。
煤层气,俗称瓦斯,主要成分为甲烷,是煤的伴生矿产资源。近年来,因热值高、污染低,煤层气成为举世瞩目的洁净、优质能源。
2008年,华东油气吹响了向非常规资源进军的号角,历经14年,探索形成了一整套包括“有效支撑压裂”“拟水平井”等技术在内的煤层气高效开发技术体系,建成全国第一个商业开发的深层煤层气田——延川南煤层气田。截至2022年5月1日,已累计生产煤层气21亿立方米,可满足600万个中国家庭一年的燃气需求,减少二氧化碳排放250万吨。
试问“煤”花何处好?其能为祖国奉献光和热、为世界创造净与美。
一弄“煤”花
雪后疏梅,时见两三花
煤层气的勘探开发,既需要研究作为伴生矿的煤层气,也需要研究作为原生矿的固体煤。
2008年,华东油气初来乍到非常规领域。
2009年,他们借鉴沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘的开发经验,在2号煤层以常规压裂技术为手段,设计并完成延1井,最高日产气达2632立方米。
经历单井突破、井组试验、规模建产3个阶段后,2015年,全国第一个商业开发深层煤层气田——延川南煤层气田全面建成投产。
但是,延川南煤层气田单井日产量只有500~1500立方米,平均稳产周期只有2年,见气周期却在1年以上。与美国圣胡安、黑勇士盆地平均煤层气单井日产气过万立方米相比,经济效益不尽如人意。
煤层气与天然气的主要成分都是甲烷,但是天然气主要依靠自身正压产出,煤层气则需经历解吸—扩散—渗流的完整过程。当地层压力降至解吸压力以下,煤层气才能由吸附态转化为游离态,通过煤基质的微孔隙扩散进入地层裂缝,再经地层裂缝渗流进入井筒。
采气效率受制于解吸体积,因此,只有深度改造煤层,才能有效增大波及体积,充分释放资源。
但是,常规压裂裂缝的实际支撑范围只有井筒附近8米左右,即便是主裂缝长度也不过30米。解吸范围的绠短汲深,导致储量动用量小力微。
2017年12月,因生产低效,功勋井延1井被迫停抽关井。
二弄“煤”花
梅破知春近
有效支撑压裂的衡量标准简单而明了:压得开、造长缝、撑得住。
“压得开”是指由于延川南煤层气田属于深层煤层气田,平均埋深1280米,局部甚至超过1500米,因此要克服较高的地应力,在煤层里有效制造并充分扩展人工缝隙系统。
“造长缝”要求在煤基质不利的条件下,尽可能制造长的人工裂缝并充分地波及天然裂缝。
“撑得住”则需要有效抗衡煤基质的高塑性及深埋藏的高应力,对压裂缝网形成从近井端到远井端的全程有效支撑。
转眼到了2018年,一场覆盖压裂体系、压裂规模的全要素攻关拉开序幕。
在压裂体系方面,华东油气大胆探索高携砂能力压裂液体系与低密度支撑剂体系;在压裂规模方面,他们持续试验排量、液量、砂量的优化组合,经过9种类型、101井次的反复探索与迭代升级,有效支撑压裂技术获突破——施工排量、注入液量、加砂量分别提高2.6倍、5倍和10倍;常规压裂半缝长、有效改造体积、单井有效控制储量分别提高2.3倍、5倍和5倍。
“连续、缓慢、稳定、长期”的排采理念一直是煤层气田开发的“金科玉律”,结果就是见气周期长、释放产能慢。
而有效支撑压裂,犹如在储层中架起高速公路网,为煤层气“拟游离赋存、高导流产出、全井域动用”创造了条件。华东油气逐渐探索形成以“快速返排、面积降压、体积解吸、优快上产”为核心的全新排采制度,见气周期由300天缩短至30天,达产周期由900天缩短至90天。
伴随有效支撑压裂技术的广泛应用,截至2021年,延川南煤层气田日产量达到115万立方米,连续4年保持年产量3.5亿立方米以上。
三弄“煤”花
腊尽梅梢尽放红
2010年,华东油气曾向更深层的10号煤层发起挑战。
与2号煤层相比,10号煤层埋藏更深、厚度更薄,开发难度大,被判定为“可采性极差”。
经济高效地开发10号煤层,成为华东油气要走的“新长征路”,他们大胆提出煤层气田“拟水平井”的概念。
“拟水平井”通过借鉴水平井“增大波及面积、提高单井控制储量”的理念,采用“直井钻井+大规模、造长缝压裂”,可以最大程度地提升改造体积,提高动用程度。
2021年11月,他们首先在延3-25-24井开展“拟水平井”试验,裂缝全缝长约1200米,该地区水平井段长度一般为1500米,基本实现了水平井的波及面积,而钻采成本仅为水平井的1/3。
之后,他们在W148平台进行扩大试验,平均单井日产量达到2万余立方米,实现10号煤层直井单层产气量的历史性突破。
与此同时,华东油气又启动了2号煤层与10号煤层合采的可行性研究。研究表明,2号煤层与10号煤层的平均临界解吸压力相差约0.5兆帕,平均埋藏深度相差约为50米。这意味着,两者解吸液面高度基本一致,具备合采条件。
随着“分压合采”理念的日益成熟与推广应用,逐渐实现了立体动用,确保了单井控制储量。2021年,华东油气累计实施分压合采28井次,与单层开采相比,平均单井日产量翻了一番。
腊尽梅梢尽放红。延川南的黄土塬上,迎来了万紫千红的盛春。
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文字 | 唐利民 姚 鹏 郭 涛 肖 翠
图片 | 沈志军
策划/制作 | 秦紫函
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