山西省煤層氣開發利用工程技術研究中心

❶ 沁水盆地南部煤層氣開發示範工程潘河先導性試驗項目的進展和啟示

葉建平 吳建光

（中聯煤層氣有限責任公司 北京 100011）

作者簡介：葉建平，男，1962年生，浙江寧海人，博士，教授級高級工程師。長期從事煤田地質與勘探、煤層氣勘探開發生產和科研工作。現在中聯煤層氣有限責任公司，地址：北京市安外大街甲88號，郵編：100011，E-mail：[email protected]。

摘要 潘河項目是國家發展改革委員會正式批准設立的國家級煤層氣開發示範工程。先期僅用了一年時間，完成了100口井的鑽井和完井、40口井的壓裂，完成了地面集輸工程建設，並投入商業化生產。地面集輸工程包括：單井井場工藝流程和4套閥組；集氣站一座，日增壓處理80000m³；供氣站一座，日壓縮80000m³；燃氣發電站一座，日發電2175kW，輸氣管線總計約41km。自動傳輸系統和遠程監控系統一套，以及相應的配套工程。初期排采生產結果顯示，單井產氣量高，單井套壓高，產水量低。單井平均產氣量達到2000m³/d，單井最高產量7434m³/d，產水量平均7m³/d。本區具有良好的煤層氣生產能力。

潘河項目在地質和儲層研究、工程部署、井網優化、鑽井完井技術、增產改造技術、排采技術、煤層氣田集輸技術等各方面取得了豐碩成果。採用的空氣鑽井技術、氮氣泡沫壓裂技術、煤層氣田集輸技術、數據自動採集系統等屬於國內領先的技術，多項技術成果具有高度的創新性，成為潘河項目建設過程中耀眼的光輝。它將科學研究和工程項目密切結合，成為科研與生產相結合的典範。潘河項目的成功建設和投產，使公司從煤層氣勘探階段步入開發階段，也成為我國煤層氣產業發展的一個標志性的里程碑。

關鍵詞 煤層氣 勘探開發 沁水盆地 潘河項目

Progress and Inspiration of Panhe Pilot Project of CBM Demonstration Engineering in South Qinshui Basin

Ye Jianping Wu Jianguang

（China United Coalbed Methane Corp.，Ltd.，Beijing 100011）

Abstract：Panhe pilot project is a State-level CBM demonstration engineering formally approved by National Development and Reform Commission.In the first phase，it only took one year to finish drilling and completion of 100 CBM wells，fracturing operations of 40 wells as well as construction of surface gathering engineering and to realize commercial proction and gas sale.The surface gathering engineering includes gas flow system of single well，four sets of valve group，one gas gathering station with feeding capacity of 80000 cubic meters，one gas supply station with compression capacity of 80000 cubic meters，gas power station with daily output of 2175 kilowatt，CBM pipeline totaling 41 kilometers long，a set of automatic data transmission system and long-distance supervision and controlling system and other corresponding units.The proction data from Panhe gas field shows that the CBM proction of single well is high with high annulus pressure and low water proction.At present time，the daily average CBMand water proction of single well is respectively about 2000 and 7 cubic meters and peak CBMproction reached 7434 cubic meters per day，which already suggested a promising CBMdevelopment potential in this area.

Panhe pilot project has obtained rich achievements in research of CBM geology and reservoir，engineering programming，optimization of well pattern，technology of drilling and completion，stimulation and proction technologies，gathering and transportation technologies of CBM field，etc.，especially，air-drilling technology，stimulation technology of nitrogen foam，gathering technology of CBMfield and automatic data sampling technology are in the leading position in China e to the high creativity，which has formed the shining points of Panhe pilot project construction.Panhe pilot project will become a model of combining scientific research with proction practice resulting from the combination of research work with engineering construction.The successful construction and start of commercial proction of Panhe project will bring CBMexploration of CUCBMinto development stage and become a symbolic milestone in the history of development of China's CBM instry.

Keywords：CBM；exploration and development；Qinshui Basin；Panhe project；Demonstration project

前言

沁水盆地南部是我國迄今為止發現的最好的煤層氣田。1997年，中聯煤層氣有限責任公司部署了本區第一批勘探鑽井，第一口探井——TL-003井在1998年投入排采，獲得7000m³/d單井產量，取得了我國煤層氣勘探的突破。之後在其周圍部署F Z 井組，到2002年形成15口井的生產試驗井組，實現商業試生產。同時在沁南煤層氣田獲得432×10⁸m³煤層氣探明地質儲量，為煤層氣商業開發奠定了良好的基礎。

2004年3月12日，公司領導換屆後，新一屆領導班子提出了明確的目標，要盡快實現煤層氣商業化生產，確定在山西潘庄區塊和陝西韓城區塊部署煤層氣先導性試驗井組。同時，向國家發展和改革委員會申請設立「沁南煤層氣開發利用高技術產業化示範工程」。國家發展改革委員會在2004年12月22日以發改辦高技[2004]2395號文件正式批准設立該國家級煤層氣開發示範工程。該示範項目計劃分三期進行，第一期部署150 井，到2006年建成1×10⁸m³年產能；第二期，再部署400口，達到4×10⁸m³年生產能力；第三期再部署350口，累計達到900口井。三期完成後年生產能力達到7×10⁸m³，從而初步建成沁水盆地煤層氣生產基地。

《沁南煤層氣開發利用高技術產業化示範工程——潘河先導性試驗項目》（以下簡稱潘河項目）的目的是通過煤層氣先導性井網的開發試驗，確定該地區的煤層氣產能，為煤層氣規模開發提供可靠的技術和經濟依據，實現煤層氣商業開發。

第一期工程分三個階段完成，第一階段部署施工40口井鑽井、壓裂工程，進入排采，同時完成地面建設工程。第二階段部署施工60口井，第三階段鑽井50口，壓裂110口。

潘河項目第一期第一階段從2004年11月8日正式開始鑽井，到2005年7月，完成了100口井的鑽井任務。到2005年10月底，完成了先期40口井的壓裂工程，進入排采，同時完成地面建設工程。2005年11月1日第一階段工程正式竣工投產，公司在潘河現場舉行竣工剪綵儀式，宣布潘河先導性試驗項目進入商業化試生產階段，也標志著中國煤層氣產業進入到一個新的發展階段。

本文主要對潘河項目第一期第一階段40口井的工程進行簡要的技術總結，包括地質和儲層特徵、井網部署、鑽井、壓裂技術、排采生產、地面建設工程，交流經驗，以饗讀者。

1 地質和儲層特徵

潘河項目位於沁水盆地南部潘庄區塊。本區地質構造簡單，地層平緩，傾角5°～15°。次級背向斜發育，呈近南北向展布。區內發育鄭庄背斜、潘河向斜、柿溝背斜。發現一條小斷層，位於桐樹庄南。

3煤是本項目的目的層。該煤層埋藏深度淺，266～544m，平均400m。厚度5.20～7.21m，平均6.20m。含夾矸1層，厚度0.40～1.20m。下距15煤84～88m。

3煤煤變質程度高，含氣量高，氣體質量好。3 煤屬無煙煤，鏡質組最大反射率3.59%～3.70%。含氣量4.34～25.88m³/t，daf，平均12m³/t，daf。PH1-009 井測得3煤含氣量23.43m³/t，daf，甲烷濃度98.0%，少量CO₂、N₂，分別為0.38%、1.62%。

3煤滲透率0.20～2.00mD，儲層壓力1.97MPa，儲層壓力梯度7.8kPa/m。儲層溫度18.8℃（250.8～257.2m）。

分析表明，本區在向斜部位煤層含氣量相對較高，是煤層氣相對富集區。含氣量是控制本區單井產量的一個重要因素。生產產量統計結果，向斜部位單井產量相對較高。

2 井網部署和優化

利用數值模擬手段，進行了井網優化，結合棗園井組生產經驗，本次採用五點式井網，按照300m×300m 井距進行部署，單井控制面積較小。實際井網方位確定為N60°E方向和N30°W，沿此方向進行布線、布井。

布井原則：主要從含氣性、資源條件、地質條件，結合地形地貌特點，作為選區要素，選擇含氣量高、資源豐度高、勘探（控制）程度高、地形比較開闊平緩、適宜修路的地區和地點。

3 新技術的應用

3.1 完井

潘河項目煤層氣井全部為垂直井井型。井身結構：一開井徑 φ311.15mm，下φ244.5mm表層套管。二開井徑φ215.9mm，下φ139.7mm技術套管。

目標煤層一層，即3煤。

3.2 鑽井技術

潘河項目首次大規模採用空氣鑽井技術。空氣鑽井具有鑽井效率高、成本低、對煤層污染小的優點，克服了丘陵地區設備搬遷困難等問題。

同時，還採用常規泥漿鑽機施工。在煤層段清水鑽進，保護儲層。

3.3 增產改造技術

本項目主要採用水力攜砂壓裂技術進行煤儲層的改造，同時，適時地將國家「十五」科技攻關成果「氮氣泡沫壓裂技術」進行工業試驗，並在本項目獲得成功，開創了煤層氣增產改造新的高效的技術。

選擇PH1、PH1-006兩口井做試驗井。目的是探索適宜的增產改造技術，改善地層的滲流條件，提高單井產能。在此之前，進行泡沫壓裂夜配伍性研究，選用無固相傷害的表面活性劑壓裂液體系，應用三維壓裂設計軟體進行裂縫計算與施工模擬，優選施工參數。

氮氣泡沫壓裂具有壓裂液粘度高，攜砂能力強，可有效降低壓裂液在多裂縫發育的煤層中的濾失性，控制裂縫形態的發育；用液量少，對煤層污染較小，壓裂後返排速度快，產氣速度快。泡沫壓裂井在排采1～2d即產氣。試驗結果，在地質情況基本相同的條件下，通過對周圍井的產量對比分析發現，PH1、PH1-006兩口氮氣泡沫壓裂井比活性水加砂壓裂井平均日產氣量提高3倍以上，氣量穩定在較高水平上，增產效果非常顯著。2口氮氣泡沫壓裂井平均日產氣量2721m³。因此氮氣泡沫壓裂井產量明顯好於常規壓裂井。

3.4 探索適合本區儲層和產層條件的煤層氣排采技術

針對無煙煤儲層和產層的特點，探索了一套適宜的煤層氣井排采技術。在泵型選擇、泵掛結構設計、地面單井流程方面提出一套工藝流程。制定合理的排採制度，處理好液面、套壓、產量關系，控制一定的井底壓力，保持合理的壓差，控制煤粉流出和堵塞，控制壓裂砂回吐。

3.5 煤層氣田自動數據採集系統首次在煤層氣生產管理中得到建設和應用

其功能包括：接收、顯示並存儲產氣信號，監控生產情況；接收設備運行信號，監控設備運行狀況；對供氣站、集氣站和各閥組實行遠程監控。

通過自動控制系統和遠程監控系統，實現各種生產數據、主要設備運行狀況完整傳輸至控制中心，實現各種數據在電視牆的實時顯示和自動保存，能夠實現通過網路上傳至公司，能夠實現站場無入值守，能夠實現緊急狀況下控制中心的快速反應和及時處理。

4 煤層氣田地面集輸工程

煤層氣田地面集輸系統建設填補了我國在煤層氣產業的空白。

主體工程包括：單井井場工藝流程和4套閥組；集氣站一座，日增壓處理80000m³；供氣站一座，日壓縮 80000m³；燃氣發電站一座，日發電 2175 kW，輸氣管線總計約41km。

配套工程：10 kV送電線路6.5km和380 V 送電電纜約50km，信號傳輸光纜43.1km，自動傳輸系統和遠程監控系統一套，彩鋼房11棟（32間）及護坡和水工保護等。

5 商業化生產銷售

到2005年年底，潘河項目共完成100口生產井的鑽井，對其中40口井進行了壓裂，有38口井進入排采。

排采生產結果顯示，單井產氣量較高，單井套壓較高，產水量較低。排采井中，單井套壓大部分在0.8～1.2MPa，單井平均產氣量達到2000m³/d。單井最高產量7434m³/d。產水量平均7m³/d。從2005年7月陸續開始排采，到2006年5月底，累計產氣1160×10⁴m³。初期排采顯示，本區具有良好的煤層氣產能。

2006年，將繼續完成50口井的鑽探，以及60口井的壓裂、排采工作。屆時將達到1×10⁸m³年產能。

6 結語

潘河先導性試驗項目僅用了一年時間，完成了100口井的鑽井、完井、40口井的壓裂，完成了地面集輸工程建設，開始商業化生產。同時在地質和儲層分析研究、工程部署、井網優化、鑽井完井技術、增產改造技術、排采技術、煤層氣田集輸技術等各方面取得了豐碩成果，在空氣鑽井、氮氣泡沫壓裂技術、煤層氣田集輸技術、數據自動採集系統等方面的技術是國內領先的技術，多項技術成果具有高度的創新性，成為潘河示範項目的建設過程中耀眼的光輝。它將科學研究和工程項目密切結合，成為科研與生產相結合的典範。

潘河示範工程項目的建設和成功的投產，使公司從煤層氣勘探階段步入煤層氣開發階段，也是我國煤層氣產業發展的一個標志性里程碑，意義十分巨大。正是潘河示範工程的建設和生產的成果，激勵並堅定了廣大領導和工程技術人員對煤層氣開發的信心和決心，推動和促進了我國煤層氣開發產業化進程。

通過潘河先導性試驗項目，在煤層氣開發部署、開發工程技術、地面集輸技術、排采生產技術、銷售和項目管理等方面，取得了顯著的成果，達到了國家示範工程的目的，為我國煤層氣開發提供了良好的示範作用。同時，也為我國煤層氣產業的發展起到了帶動作用。

潘河先導性試驗項目第一期第一階段的上馬、建設和順利完成，凝聚了公司新一屆領導的魄力和心血、凝聚了公司各個部門的通力協作和支持。同時，廣大協作單位的領導、技術人員、作業施工人員也為本項目的建設和完成做出了不可磨滅的貢獻。正是由於公司上下的高度團結、鼎力支持，以及施工單位的通力合作，成就了潘河先導性試驗項目。

參考文獻

[1]中國石油天然氣集團公司鑽井承包商協會編.2004.鑽井承包商協會論文集[2004].北京：石油工業出版杜

[2]The University of Alabama.2001.The 2001 International Coalbed Methane Symposiam

❷ 山西煤層氣開發的公司有哪些

晉城無煙煤礦業集團藍焰煤層氣公司 中石油華北油田山西煤層氣勘探開發分公司 中聯煤層氣公司 中石油煤層氣公司 中石化華東石油分公司 亞美大陸煤層氣公司 奧瑞安公司 這是幾個比較出名的 排名前面幾個國企按產量排名 藍焰現在規模最大 技術最強 但是由於煤炭企業體制限制，本人不看好藍焰的發展，前景最好的應該是中石油煤層氣和華北油田煤層氣這兩家，華北油田礦權區塊最多。

❸ 煤層氣開發利用國家工程研究中心的工程中心-支撐

按照「科技成果產業化、運行機制企業化、發展方向市場化」的指導思想，工程中心通過承擔國家相關部委、各股東及其它企業相關煤層氣科技攻關項目，瞄準重大、關鍵、前沿技術開展工作，主要研究開發煤層氣產業技術進步急需的關鍵性技術和建設一流水平的實驗平台。工程中心成立後，建立了內部組織結構，組建了相應煤層氣主營業務的人才隊伍，制訂了一系列規章制度。

❹ 煤層氣技術研發資金投入

美國聯邦政府為促進煤層氣產業發展，在1983～1995年投入60多億美元的勘探費用，煤層氣基礎研究費用也超過4億美元。而我國煤層氣資源的基礎性勘查，1997～2007年不足2億元。目前，我國煤層氣資源探明率只有0.3%(石油為29%，天然氣為14%)，煤層氣探明儲量和開發區主要集中在沁水盆地南部，其他含煤盆地煤層氣資源勘探程度極低，導致煤層氣後備資源不足，影響了煤層氣產業基地的建立。由於煤層的儲集性能與常規天然氣儲層有明顯不同，決定了煤層氣開發與天然氣有很大差別。煤層氣的釋放過程十分緩慢，通常煤層氣井初期日產量只有常規天然氣井日產量的1/20～1/10。天然氣從開始投產時產量就很高，隨著時間的延續而迅速下降。天然氣井一般只需2～3年就能收回投資。煤層氣井則開始的1～4年中產量是逐步增加到最大，然後開始緩慢下降。煤層氣井的投資回收期較長，一般需10～20年。煤層氣初期投入高，產出周期長，日產量低，投資回收慢，生產效益低，導致投資者投資煤層氣的積極性較低。因此，我國煤層氣要實現產業化，國家在煤層氣產業發展初期要加大資金支持力度，鼓勵煤層氣基礎地質理論研究和勘探開發技術的研發，以科技促進煤層氣生產上的突破。