鄂尔多斯盆地大牛地气田深部煤层气勘探突破及其关键技术

doi:10.11743/ogg20240605

摘要/Abstract

摘要：

鄂尔多斯盆地是中国最重要的石炭系-二叠系煤层发育区。近年来，盆地东缘2 000 m深度以深煤层气勘探的持续突破，促使深部煤层气勘探开发成为煤层气增储上产的最重要方向。盆地北部大牛地气田阳煤1HF井在2 800 m深度获得高产工业气流，再次实现深部煤层气勘探的重大突破，极大地提升了业界对释放深部煤层气资源潜力的信心。依托阳煤1HF井测试结果，结合大牛地气田上古生界气藏地质研究，分析石炭系太原组煤岩煤质特征、含气性及物性特征。基于此，进一步探讨深部煤层气高产潜力的地质控因，并明确了“饱和加砂、有效支撑”压裂建立区域缝网是关键。研究结果表明，上古生界太原组8^#煤层和山西组5^#煤层分布稳定、厚度较大、热演化程度较高和游离气丰富，开发地质条件优越，与浅层煤层气赋存及生产特征明显不同。高热演化程度、灰岩和泥岩顶板的良好封盖条件是大牛地气田深部煤层气富集的主控因素。结合国内最新进展，指出中国2 000 m深度以深的煤层气资源丰富，勘探开发潜力巨大，是中国天然气资源“增储上产”的新兴领域。

关键词: 成藏条件, 资源潜力, 深部煤层气, 太原组, 石炭系, 大牛地气田, 鄂尔多斯盆地

Abstract:

The Ordos Basin is recognized as the most significant region for the development of the Carboniferous-Permian coal seams in China. In recent years， constant breakthroughs have been achieved in coalbed methane （CBM） exploration at depths exceeding 2 000 m along the eastern margin of this basin， establishing deep CBM as the most promising target for the additions to reserves from reserve growth of CBM. In this study， we perform systematic tests and analysis of well Yangmei-1HF in the Daniudi gas field of the northern Ordos Basin， which produces high-yield industrial gas flow at a depth of 2 800 m. Accordingly， we explore the geology of the Upper Paleozoic gas reservoirs in the gas field and analyze the quality， gas-bearing properties， and physical properties of coals in the Taiyuan Formation within the gas field. Furthermore， the geologic factors governing the high production of deep CBM are explored and the key technology for achieving high CBM production is determined as hydraulic fracturing-induced regional fracture network characterized by high proppant loading and the effective propping of induced fractures’ distal ends. This technology can be used to create regional fracture networks. The results indicate that the No. 8 coal seam of the Taiyuan Formation and the No. 5 coal seam of the Shanxi Formation in the Upper Paleozoic exhibit favorable geologic conditions for CBM exploitation， including stable continuous distribution， considerable thickness， high thermal maturity， and abundant free gas， which distinguish them from the occurrence and production characteristics of shallow CBM. Major factors contributing to the deep CBM enrichment in the Daniudi gas field include the high thermal maturity of coals and effective sealing capacities provided by the overlying limestone and mudstone roofs. It can be inferred that China boasts abundant CBM resources at depths exceeding 2 000 m， which hold considerable potential for exploration and exploitation， representing a new target for natural gas resources in China with significant development prospects.

Key words: accumulation condition, resource potential, deep coalbed methane （CBM）, Taiyuan Formation, Carboniferous, Daniudi gas field, Ordos Basin

中图分类号:

TE132.2

何发岐,雷涛,齐荣,等. 鄂尔多斯盆地大牛地气田深部煤层气勘探突破及其关键技术[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(6): 1567-1576. doi: 10.11743/ogg20240605 Faqi HE,Tao LEI,Rong QI,et al. Breakthroughs and key technology in deep coalbed methane exploration in the Daniudi gas field in the Ordos Basin[J]. Oil & Gas Geology, 2024, 45(6): 1567-1576. doi: 10.11743/ogg20240605

图/表 12

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

表1

图11

参考文献 26

1	宋岩，张新民，柳少波. 中国煤层气基础研究和勘探开发技术新进展［J］. 天然气工业， 2005， 25（1）： 1-7.
	SONG Yan， ZHANG Xinmin， LIU Shaobo. Progress in the basic studies and exploration & development techniques of coalbed methane in China［J］. Natural Gas Industry， 2005， 25（1）： 1-7.
2	刘成林，车长波，樊明珠，等. 中国煤层气地质与资源评价［J］. 中国煤层气， 2009， 6（3）： 3-6.
	LIU Chenglin， CHE Changbo， FAN Mingzhu， et al. Coalbed methane resource assessment in China［J］. China Coalbed Methane， 2009， 6（3）： 3-6.
3	冯立杰，贾依帛，岳俊举，等. 煤层气开采关键地质影响因素［J］. 石油与天然气地质， 2017， 38（6）： 1105-1112.
	FENG Lijie， JIA Yibo， YUE Junju， et al. Key geological factors influencing coal-bed methane exploitation［J］. Oil & Gas Geology， 2017， 38（6）： 1105-1112.
4	龙胜祥，李辛子，叶丽琴，等. 国内外煤层气地质对比及其启示［J］. 石油与天然气地质， 2014， 35（5）： 696-703.
	LONG Shengxiang， LI Xinzi， YE Liqin， et al. Comparison and enlightenment of coalbed methane geology at home and abroad［J］. Oil & Gas Geology， 2014， 35（5）： 696-703.
5	徐凤银，侯伟，熊先钺，等. 中国煤层气产业现状与发展战略［J］. 石油勘探与开发， 2023， 50（4）： 669-682.
	XU Fengyin， HOU Wei， XIONG Xianyue， et al. The status and development strategy of coalbed methane industry in China［J］. Petroleum Exploration and Development， 2023， 50（4）： 669-682.
6	郭旭升，周德华，赵培荣，等. 鄂尔多斯盆地石炭系-二叠系煤系非常规天然气勘探开发进展与攻关方向［J］. 石油与天然气地质， 2022， 43（5）： 1013-1023.
	GUO Xusheng， ZHOU Dehua， ZHAO Peirong， et al. Progresses and directions of unconventional natural gas exploration and development in the Carboniferous-Permian coal measure strata， Ordos Basin［J］. Oil & Gas Geology， 2022， 43（5）： 1013-1023.
7	徐凤银，王成旺，熊先钺，等. 深部（层）煤层气成藏模式与关键技术对策——以鄂尔多斯盆地东缘为例［J］. 中国海上油气， 2022， 34（4）： 30-42.
	XU Fengyin， WANG Chengwang， XIONG Xianyue， et al. Deep（layer）coalbed methane reservoir forming modes and key technical countermeasures： Taking the eastern margin of Ordos Basin as an example［J］. China Offshore Oil and Gas， 2022， 34（4）： 30-42.
8	赵喆，徐旺林，赵振宇，等. 鄂尔多斯盆地石炭系本溪组煤岩气地质特征与勘探突破［J］. 石油勘探与开发， 2024， 51（2）： 234-247， 259.
	ZHAO Zhe， XU Wanglin， ZHAO Zhenyu， et al. Geological characteristics and exploration breakthroughs of coal rock gas in Carboniferous Benxi Formation， Ordos Basin， NW China［J］. Petroleum Exploration and Development， 2024， 51（2）： 234-247， 259.
9	徐凤银，王成旺，熊先钺，等. 鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气成藏演化规律与勘探开发实践［J］. 石油学报， 2023， 44（11）： 1764-1780.
	XU Fengyin， WANG Chengwang， XIONG Xianyue， et al. Evolution law of deep coalbed methane reservoir formation and exploration and development practice in the eastern margin of Ordos Basin［J］. Acta Petrolei Sinica， 2023， 44（11）： 1764-1780.
10	秦勇，申建，史锐. 中国煤系气大产业建设战略价值与战略选择［J］. 煤炭学报， 2022， 47（1）： 371-387.
	QIN Yong， SHEN Jian， SHI Rui. Strategic value and choice on construction of large CMG industry in China［J］. Journal of China Coal Society， 2022， 47（1）： 371-387.
11	郭绪杰，支东明，毛新军，等. 准噶尔盆地煤岩气的勘探发现及意义［J］. 中国石油勘探， 2021， 26（6）： 38-49.
	GUO Xujie， ZHI Dongming， MAO Xinjun， et al. Discovery and significance of coal measure gas in Junggar Basin［J］. China Petroleum Exploration， 2021， 26（6）： 38-49.
12	李瑞明，周梓欣. 新疆煤层气产业发展现状与思考［J］. 煤田地质与勘探， 2022， 50（3）： 23-29.
	LI Ruiming， ZHOU Zixin. Development status and thoughts on coalbed methane industry in Xinjiang［J］. Coal Geology & Exploration， 2022， 50（3）： 23-29.
13	邹才能，杨智，黄士鹏，等. 煤系天然气的资源类型、形成分布与发展前景［J］. 石油勘探与开发， 2019， 46（3）： 433-442.
	ZOU Caineng， YANG Zhi， HUANG Shipeng， et al. Resource types， formation， distribution and prospects of coal-measure gas［J］. Petroleum Exploration and Development， 2019， 46（3）： 433-442.
14	江同文，熊先钺，金亦秋. 深部煤层气地质特征与开发对策［J］. 石油学报， 2023， 44（11）： 1918-1930.
	JIANG Tongwen， XIONG Xianyue， JIN Yiqiu. Geological characteristics and development countermeasures of deep coalbed methane［J］. Acta Petrolei Sinica， 2023， 44（11）： 1918-1930.
15	徐凤银，闫霞，李曙光，等. 鄂尔多斯盆地东缘深部（层）煤层气勘探开发理论技术难点与对策［J］. 煤田地质与勘探， 2023， 51（1）： 115-130.
	XU Fengyin， YAN Xia， LI Shuguang， et al. Theoretical and technological difficulties and countermeasures of deep CBM exploration and development in the eastern edge of Ordos Basin［J］. Coal Geology & Exploration， 2023， 51（1）： 115-130.
16	赵景辉. 埋深对深部煤层气储层物性及开发效果的影响——以鄂尔多斯盆地东南缘延川南区块为例［J］. 油气地质与采收率， 2022， 29（3）： 62-67.
	ZHAO Jinghui. Effect of burial depth on reservoir petrophysical properties and development performance of deep coalbed methane reservoirs： A case of Yanchuannan Block in southeastern margin of Ordos Basin［J］. Petroleum Geology and Recovery Efficiency， 2022， 29（3）： 62-67.
17	叶建平，侯淞译，张守仁. “十三五”期间我国煤层气勘探开发进展及下一步勘探方向［J］. 煤田地质与勘探， 2022， 50（3）： 15-22.
	YE Jianping， HOU Songyi， ZHANG Shouren. Progress of coalbed methane exploration and development in China during the 13th Five-Year Plan period and the next exploration direction［J］. Coal Geology & Exploration， 2022， 50（3）： 15-22.
18	秦勇. 中国深部煤层气地质研究进展［J］. 石油学报， 2023， 44（11）： 1791-1811.
	QIN Yong. Progress on geological research of deep coalbed methane in China［J］. Acta Petrolei Sinica， 2023， 44（11）： 1791-1811.
19	李国欣，张水昌，何海清，等. 煤岩气：概念、内涵与分类标准［J］. 石油勘探与开发， 2024， 51（4）： 783-795.
	LI Guoxin， ZHANG Shuichang， HE Haiqing， et al. Coal-rock gas： Concept， connotation and classification criteria［J］. Petroleum Exploration and Development， 2024， 51（4）： 783-795.
20	何发岐，董昭雄，赵兰，等. 深部煤层游离气形成机理及资源意义［J］. 断块油气田， 2021， 28（5）： 604-608， 613.
	HE Faqi， DONG Zhaoxiong， ZHAO Lan， et al. Formation mechanism and resource significance of free gas in deep coalbed［J］. Fault-Block Oil and Gas Field， 2021， 28（5）： 604-608， 613.
21	何发岐，董昭雄. 深部煤层气资源开发潜力——以鄂尔多斯盆地大牛地气田为例［J］. 石油与天然气地质， 2022， 43（2）： 277-285.
	HE Faqi， DONG Zhaoxiong. Development potential of deep coalbed methane： A case study in the Daniudi gas field， Ordos Basin［J］. Oil & Gas Geology， 2022， 43（2）： 277-285.
22	邵龙义，董大啸，李明培，等. 华北石炭—二叠纪层序-古地理及聚煤规律［J］. 煤炭学报， 2014， 39（8）： 1725-1734.
	SHAO Longyi， DONG Daxiao， LI Mingpei， et al. Sequence-paleogeography and coal accumulation of the Carboniferous-Permian in the North China Basin［J］. Journal of China Coal Society， 2014， 39（8）： 1725-1734.
23	邵龙义，王东东，董大啸，等. 鄂尔多斯盆地含煤岩系沉积环境与聚煤规律［M］. 北京：地质出版社， 2020.
	SHAO Longyi， WANG Dongdong， DONG Daxiao， et al. Depositional environment and coal accumulation regularity of coal-bearing series in ordos basin［M］. Beijing： Geological Publishing House， 2020.
24	郭英海，刘焕杰，权彪，等. 鄂尔多斯地区晚古生代沉积体系及古地理演化［J］. 沉积学报， 1998， 16（3）： 44-51.
	GUO Yinghai， LIU Huanjie， QUAN Biao， et al. Late Paleozoic sedimentary system and paleogeographic evolution of Ordos area［J］. Acta Sedimentologica Sinica， 1998， 16（3）： 44-51.
25	赵文智，梁坤，王坤，等. 油气安全战略与“双碳”战略：关系与路径［J］. 中国科学院院刊， 2023， 38（1）： 1-10.
	ZHAO Wenzhi， LIANG Kun， WANG Kun， et al. Hydrocarbon security strategy and carbon peak and carbon neutral strategy： Relationship and path［J］. Bulletin of Chinese Academy of Sciences， 2023， 38（1）： 1-10.
26	徐延勇，申建，张兵，等. 鄂尔多斯盆地中东部上古生界致密气成藏条件差异性分析［J］. 断块油气田， 2022， 29（5）： 577-583.
	XU Yanyong， SHEN Jian， ZHANG Bing， et al. Analysis on differences of tight gas accumulation conditions of Upper Paleozoic in central and eastern Ordos Basin［J］. Fault-Block Oil and Gas Field， 2022， 29（5）： 577-583.

编辑推荐 0

Metrics

阅读次数

全文

175

HTML			PDF

最新录用	在线预览	正式出版	最新录用	在线预览	正式出版
0	0	14	0	0	161

来源	本网站	其他网站

次数	165	10
比例	94%	6%

摘要

129

最新录用	在线预览	正式出版

0	0	129

来源	本网站	其他网站

次数	79	50
比例	61%	39%

岩石类型	平均杨氏模量/GPa	平均泊松比	水平最小主应力/MPa	水平最大主应力/MPa	垂向主应力/MPa
顶板灰岩	20.818	0.230	61.52	74.64	77.56
煤岩	7.590	0.228	51.30	61.86	63.78
底板泥岩	14.200	0.215	52.28	69.72	74.59

[1]	刘大锰, 王子豪, 陈佳明, 邱峰, 朱凯, 高羚杰, 周柯宇, 许少博, 孙逢瑞. 基于ResNet残差神经网络识别的深部煤层显微组分和微裂缝分类[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(6): 1524-1536.
[2]	李勇, 郭涛, 刘欣妍, 彭苏萍. 中国低煤阶煤层气资源潜力及发展方向[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(6): 1537-1554.
[3]	李亚辉. 鄂尔多斯盆地大牛地气田深层中煤阶煤层气勘探实践及产能新突破[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(6): 1555-1566.
[4]	牛小兵, 张辉, 王怀厂, 虎建玲, 吴陈君, 赵伟波, 潘博. 鄂尔多斯盆地中、东部石炭系本溪组煤储层纵向非均质性特征及成因[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(6): 1577-1589.
[5]	李明瑞, 史云鹤, 范立勇, 戴贤铎, 荆雪媛, 张沂. 鄂尔多斯盆地上古生界本溪组8^#煤岩煤岩气与致密砂岩气主要气藏特征对比[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(6): 1590-1604.
[6]	侯雨庭, 周国晓, 黄道军, 王彦卿, 焦鹏帅. 鄂尔多斯盆地纳林河地区煤岩气成藏地质特征[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(6): 1605-1616.
[7]	黄道军, 周国晓, 杨兆彪, 顾俊雨, 荆雪媛, 王嘉楠. 鄂尔多斯盆地深部煤岩气井产出气-水地球化学特征及其地质响应[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(6): 1617-1627.
[8]	赵石虎, 刘曾勤, 申宝剑, 罗兵, 陈刚, 陈新军, 张嘉琪, 万俊雨, 刘子驿, 刘友祥. 鄂尔多斯盆地东北部斜坡区深层煤层气地质特征与勘探潜力[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(6): 1628-1639.
[9]	牟朋威, 李珮杰, 姚艳斌, 刘大锰, 马立民, 孙晓晓, 邱勇凯. 鄂尔多斯盆地佳县地区深部煤层地应力特征及其对储层物性的控制[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(6): 1640-1652.
[10]	陈平, 李维, 周义军, 裴文瑞, 于小伟, 韩伟, 梁国平, 路鹏程, 王雷. 鄂尔多斯盆地乌审旗古隆起与中央古隆起形成演化及其对油气的控制作用[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(6): 1653-1664.
[11]	文龙, 明盈, 孙豪飞, 张本健, 陈骁, 陈世达, 李松, 李海琪. 四川盆地二叠系龙潭组深层煤岩气地质特征与勘探潜力[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(6): 1678-1685.
[12]	王舵, 刘之的, 王成旺, 刘天定, 陈高杰, 郝晋美, 孙博文. 鄂尔多斯盆地DJ区块深部煤储层地质-工程甜点测井评价技术[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(6): 1772-1788.
[13]	于洲, 周进高, 罗晓容, 李永洲, 于小伟, 谭秀成, 吴东旭. 鄂尔多斯盆地东部奥陶系马家沟组四段神木-志丹低古隆起的发现及油气勘探意义[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(5): 1383-1399.
[14]	张琴, 邱振, 赵群, 董大忠, 刘雯, 孔维亮, 庞正炼, 高万里, 蔡光银, 李永洲, 李星涛, 林文姬. 海-陆过渡相与海相页岩气“甜点段”差异特征与形成机理[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(5): 1400-1416.
[15]	吕文雅, 安小平, 刘艳祥, 李德生, 曾联波, 皇甫展鸿, 唐英航, 张克宁, 张玉银. 致密砂岩储层注水诱导裂缝动态识别及演化特征[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(5): 1431-1446.