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

doi:10.11743/ogg20240604

摘要/Abstract

摘要：

鄂尔多斯盆地在大牛地气田2 800 m以深的中煤阶深层煤层气勘探开发中取得了重大突破，其中阳煤1HF井单井最高日产气量超10.4×10⁴ m³，稳产时间已超过1年，平均稳产气量6.3×10⁴ m³/d，累计产气量超2 300.0×10⁴ m³。通过对该区深部中煤阶煤及煤层气地质特征的分析，提出了“区带优选、层段控制、规模压裂、精细排采”建产思路并实践应用。根据含气量、煤层厚度与特征、顶板条件和热演化程度对榆阳目标区进行了优选评价，研究表明：研究区以原生结构半亮煤为主，含气量主要分布在16.50 ~ 26.00 m³/t，游离气占总含气量的20 % ~ 25 %，平均孔隙度为4.68 %，平均渗透率为0.24×10^-3 μm²，割理/裂隙发育，部分被方解石充填。光亮煤和半亮煤的总厚度大及高含气量是高产的基础，大排量和大规模改造是高产的关键。规模压裂时，要基于“饱和加砂、控近扩远、有效支撑”的工作思路，以“多簇密切割+大排量+高强度加砂”为有效技术手段。合理控制降压速率是深层煤层气井稳产、高产的关键，采用“控砂不控粉”排采理念，在排液和快速上产阶段采用光套管生产，在自喷生产阶段下入生产管柱采用控压连续、稳定排采，阳煤1HF井的控压生产实践已证实这些措施效果良好。

关键词: 勘探潜力, 富集特征, 成藏条件, 深层煤层气, 大牛地气田, 鄂尔多斯盆地

Abstract:

Breakthroughs have been achieved in the exploration and production of middle-rank coalbed methane （CBM） at a depth of 2 800 m and even deeper in the Daniudi gas field within the Ordos Basin. Notably， well YM-1HF exhibits a maximum single-well production of over 104 000 m³/d， an average stable production of 63 000 × 10⁴ m³/d over one consecutive year， and an accumulative gas production exceeding 23 million m³. By analyzing the geological characteristics of deep middle-rank coals and CBM in the Daniudi gas field， we propose and practically apply a production capacity improvement approach that integrates play selection， interval-based drilling， volume fracturing， and fine coalbed gas production. For play selection， we assess the Yuyang area from the perspectives of gas content， coal seam thicknesses and characteristics， roof conditions， and thermal maturity. The results indicate that coals in the Yuyang area are dominated by semi-bright coals with primary texture， exhibiting gas content ranging from 16.50 to 26.00 m³/t， free gas accounts for 25 % to 30 % of the total gas content， an average porosity of 4.68 %， and an average permeability of 0.24 × 10^-3 μm². Cleats and fissures are well-developed in the coals and are partly filled with calcite. The substantial total thickness of bright and semi-bright coals and high gas content provide the foundation for high gas production， while high injection rates of fracturing fluids and large-scale hydraulic-fracture stimulation are critical to high gas production. To achieve volume fracturing， it is recommended to employ effective technical approaches including multi-cluster closely spaced perforation， high injection rates of fracturing fluids， and high-intensity proppant injection based on a work philosophy that integrates saturated proppant injection， fracturing fluid control for creating large-scale primary fractures near wellbores and more secondary fractures far away from wellbores， and effective propping of induced fractures. In addition， proper control of the depressurization rate is vital for stable， high production of deep CBM wells， and the production concept of preventing proppant production while promoting coal fines is adopted. Bare casing should be utilized in the fluid drainage and rapid production stage， and in the flowing production stage， it is necessary to employ production strings to achieve continuous and stable production under pressure control. This production concept has proven effective in the pressure-controlled production of well YM-1HF.

Key words: exploration potential, enrichment characteristics, accumulation condition, deep coalbed methane （CBM）, Daniudi gas field, Ordos Basin

中图分类号:

TE132.2

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. doi: 10.11743/ogg20240604 Yahui LI. Exploration practices of and recent production breakthroughs in deep middle-rank coalbed methane in the Daniudi gas field，Ordos Basin[J]. Oil & Gas Geology, 2024, 45(6): 1555-1566. doi: 10.11743/ogg20240604

图/表 10

图1

表1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

参考文献 36

1	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.
2	聂志宏，时小松，孙伟，等. 大宁-吉县区块深层煤层气生产特征与开发技术对策［J］. 煤田地质与勘探， 2022， 50（3）： 193-200.
	NIE Zhihong， SHI Xiaosong， SUN Wei， et al. Production characteristics of deep coalbed methane gas reservoirs in Daning-Jixian Block and its development technology countermeasures［J］. Coal Geology & Exploration， 2022， 50（3）： 193-200.
3	陈贞龙，王烽，陈刚，等. 延川南深部煤层气富集规律及开发特征研究［J］. 煤炭科学技术， 2018， 46（6）： 80-84， 194.
	CHEN Zhenlong， WANG Feng， CHEN Gang， et al. Study on enrichment law and development features of deep coalbed methane in South Yanchuan Field［J］. Coal Science and Technology， 2018， 46（6）： 80-84， 194.
4	李勇，徐立富，张守仁，等. 深煤层含气系统差异及开发对策［J］. 煤炭学报， 2023， 48（2）： 900-917.
	LI Yong， XU Lifu， ZHANG Shouren， et al. Gas bearing system difference in deep coal seams and corresponded development strategy［J］. Journal of China Coal Society， 2023， 48（2）： 900-917.
5	周德华，陈刚，陈贞龙，等. 中国深层煤层气勘探开发进展、关键评价参数与前景展望［J］. 天然气工业， 2022， 42（6）： 43-51.
	ZHOU Dehua， CHEN Gang， CHEN Zhenlong， et al. Exploration and development progress， key evaluation parameters and prospect of deep CBM in China［J］. Natural Gas Industry， 2022， 42（6）： 43-51.
6	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.
7	徐凤银，闫霞，林振盘，等. 我国煤层气高效开发关键技术研究进展与发展方向［J］. 煤田地质与勘探， 2022， 50（3）： 1-14.
	XU Fengyin， YAN Xia， LIN Zhenpan， et al. Research progress and development direction of key technologies for efficient coalbed methane development in China［J］. Coal Geology & Exploration， 2022， 50（3）： 1-14.
8	姚红生，肖翠，陈贞龙，等. 延川南深部煤层气高效开发调整对策研究［J］. 油气藏评价与开发， 2022， 12（4）： 545-555.
	YAO Hongsheng， XIAO Cui， CHEN Zhenlong， et al. Adjustment countermeasures for efficient development of deep coalbed methane in southern Yanchuan CBM Field［J］. Petroleum Reservoir Evaluation and Development， 2022， 12（4）： 545-555.
9	桑树勋，韩思杰，周效志，等. 华东地区深部煤层气资源与勘探开发前景［J］. 油气藏评价与开发， 2023， 13（4）： 403-415.
	SANG Shuxun， HAN Sijie， ZHOU Xiaozhi， et al. Deep coalbed methane resource and its exploration and development prospect in East China［J］. Petroleum Reservoir Evaluation and Development， 2023， 13（4）： 403-415.
10	雷涛，莫松宇，李晓慧，等. 鄂尔多斯盆地大牛地气田二叠系山西组砂体叠置模式及油气开发意义［J］. 岩性油气藏， 2024， 36（2）： 147-159.
	LEI Tao， MO Songyu， LI Xiaohui， et al. Sandbody superimposition patterns and oil and gas exploration significance of Permian Shanxi Formation in Daniudi gas field， Ordos Basin［J］. Lithologic Reservoirs， 2024， 36（2）： 147-159.
11	张凌筱，任广磊，孙华超，等. 致密砂岩气藏数值模拟方法研究——以鄂尔多斯盆地大牛地气田太2段气藏为例［J］. 天然气技术与经济， 2023， 17（5）： 1-8， 52.
	ZHANG Lingxiao， REN Guanglei， SUN Huachao， et al. Numerical simulation technique for tight sandstone gas reservoirs： Examples from Taiyuan 2 gas reservoirs， Daniudi gasfield， Ordos Basin［J］. Natural Gas Technology and Economy， 2023， 17（5）： 1-8， 52.
12	李勇，孟尚志，吴鹏，等. 煤层气成藏机理及气藏类型划分——以鄂尔多斯盆地东缘为例［J］. 天然气工业， 2017， 37（8）： 22-30.
	LI Yong， MENG Shangzhi， WU Peng， et al. Accumulation mechanisms and classification of CBM reservoir types： A case study from the eastern margin of the Ordos Basin［J］. Natural Gas Industry， 2017， 37（8）： 22-30.
13	李曙光，王成旺，王红娜，等. 大宁–吉县区块深层煤层气成藏特征及有利区评价［J］. 煤田地质与勘探， 2022， 50（9）： 59-67.
	LI Shuguang， WANG Chengwang， WANG Hongna， et al. Reservoir forming characteristics and favorable area evaluation of deep coalbed methane in Daning-Jixian Block［J］. Coal Geology & Exploration， 2022， 50（9）： 59-67.
14	张广权. 鄂尔多斯盆地大牛地气田本溪组—太原组高分辨率层序地层学研究［J］. 天然气地球科学， 2013， 24（5）： 915-922.
	ZHANG Guangquan. Study on the high-resolution sequence stratigraphy of Benxi Formation to Taiyuan Formation in Daniudi Gasfield， Ordos Basin［J］. Natural Gas Geoscience， 2013， 24（5）： 915-922.
15	高青松. 大牛地气田石炭系太原组沉积相类型再分析［J］. 石油地质与工程， 2018， 32（6）： 1-5， 11.
	GAO Qingsong. Reanalysis of sedimentary facies types of Carboniferous Taiyuan formation in Daniudi gas field［J］. Petroleum Geology and Engineering， 2018， 32（6）： 1-5， 11.
16	郑文波，胡向阳，陈舒薇，等. 鄂尔多斯盆地大牛地气田上古生界沉积演化特征［J］. 沉积学报， 2015， 33（2）： 306-313.
	ZHENG Wenbo， HU Xiangyang， CHEN Shuwei， et al. Characteristics of sedimentary evolution in the Upper Paleozoic， Daniudi gasfield， Ordos Basin［J］. Acta Sedimentologica Sinica， 2015， 33（2）： 306-313.
17	陶传奇. 鄂尔多斯盆地东缘临兴地区深部煤层气富集成藏规律研究［D］. 北京：中国矿业大学（北京）， 2019.
	TAO Chuanqi. Deep coalbed methane accumulation and reservoiring in Linxing area， eastern Ordos Basin， China［D］. Beijing： China University of Mining and Technology（Beijing）， 2019.
18	闫霞，徐凤银，张雷，等. 微构造对煤层气的控藏机理与控产模式［J］. 煤炭学报， 2022， 47（2）： 893-905.
	YAN Xia， XU Fengyin， ZHANG Lei， et al. Reservoir-controlling mechanism and production-controlling patterns of microstructure to coalbed methane［J］. Journal of China Coal Society， 2022， 47（2）： 893-905.
19	闫霞，徐凤银，聂志宏，等. 深部微构造特征及其对煤层气高产 “甜点区” 的控制——以鄂尔多斯盆地东缘大吉地区为例［J］. 煤炭学报， 2021， 46（8）： 2426-2439.
	YAN Xia， XU Fengyin， NIE Zhihong， et al. Microstructure characteristics of Daji area in east Ordos Basin and its control over the high yield dessert of CBM［J］. Journal of China Coal Society， 2021， 46（8）： 2426-2439.
20	邓泽，王红岩，姜振学，等. 深部煤储层孔裂隙结构对煤层气赋存的影响——以鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县区块为例［J］. 煤炭科学技术， 2024， 52（8）： 106-123.
	DENG Ze， WANG Hongyan， JIANG Zhenxue， et al. Influence of deep coal pore and fracture structure on occurrence of coalbed methane： A case study of Daning-Jixian Block in eastern margin of Ordos Basin［J］. Coal Science and Technology， 2024， 52（8）： 106-123.
21	许浩，汤达祯，陶树，等. 深、浅部煤层气地质条件差异性及其形成机制［J］. 煤田地质与勘探， 2024， 52（2）： 33-39.
	XU Hao， TANG Dazhen， TAO Shu， et al. Differences in geological conditions of deep and shallow coalbed methane and their formation mechanisms［J］. Coal Geology & Exploration， 2024， 52（2）： 33-39.
22	郭广山，徐凤银，刘丽芳，等. 鄂尔多斯盆地府谷地区深部煤层气富集成藏规律及有利区评价［J］. 煤田地质与勘探， 2024， 52（2）： 81-91.
	GUO Guangshan， XU Fengyin， LIU Lifang， et al. Enrichment and accumulation patterns and favorable area evaluation of deep coalbed methane in the Fugu area， Ordos Basin［J］. Coal Geology & Exploration， 2024， 52（2）： 81-91.
23	李贵红，赵佩佩，吴信波. 煤层气地质工程一体化平台的建设构想［J］. 煤田地质与勘探， 2022， 50（9）： 130-136.
	LI Guihong， ZHAO Peipei， WU Xinbo. Construction concept of integrated geological engineering platform for coalbed methane［J］. Coal Geology & Exploration， 2022， 50（9）： 130-136.
24	高向东，王延斌，倪小明，等. 临兴地区深部煤岩力学性质及其对煤储层压裂的影响［J］. 煤炭学报， 2020， 45（S2）： 912-921.
	GAO Xiangdong， WANG Yanbin， NI Xiaoming， et al. Mechanical properties of deep coal and rock in Linxing area and its influences on fracturing of deep coal reservoir［J］. Journal of China Coal Society， 2020， 45（S2）： 912-921.
25	杨帆，李斌，王昆剑，等. 深部煤层气水平井大规模极限体积压裂技术——以鄂尔多斯盆地东缘临兴区块为例［J］. 石油勘探与开发， 2024， 51（2）： 389-398.
	YANG Fan， LI Bin， WANG Kunjian， et al. Extreme massive hydraulic fracturing in deep coalbed methane horizontal wells： A case study of the Linxing Block， eastern Ordos Basin， NW China［J］. Petroleum Exploration and Development， 2024， 51（2）： 389-398.
26	王成旺，徐凤银，甄怀宾，等. 鄂尔多斯盆地东缘本溪组8^＃煤层方解石脉体成因［J］. 特种油气藏， 2022， 29（4）： 62-68.
	WANG Chengwang， XU Fengyin， ZHEN Huaibin， et al. Genesis of Calcite Veins in 8^＃ Coal Bed of Benxi Formation on Eastern Margin of Ordos Basin［J］. Special Oil & Gas Reserviors， 2022， 29（4）： 62-68.
27	徐凤银，聂志宏，孙伟，等. 鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气高效开发理论技术体系［J］. 煤炭学报， 2024， 49（1）： 528-544.
	XU Fengyin， NIE Zhihong， SUN Wei， et al. Theoretical and technological system for Highly efficient development of deep coalbed methane in the Eastern edge of Ordos Basin［J］. Journal of China Coal Society， 2024， 49（1）： 528-544.
28	李勇，陈涛，马啸天，等. 煤层顶板间接压裂裂缝扩展机制及影响因素［J］. 煤炭科学技术， 2024， 52（2）： 171-182.
	LI Yong， CHEN Tao， MA Xiaotian， et al. Extension mechanism and influencing factors of indirect fracturing fractures on coal seam roof［J］. Coal Science and Technology， 2024， 52（2）： 171-182.
29	韩文龙，李勇，王力，等. 柿庄北煤层气区块煤层压裂裂缝扩展规律及影响因素［J］. 煤炭科学技术， 2024， 52（）： 127-136.
	HAN Wenlong， LI Yong， WANG Li， et al. Fracturing fracture propagation law of coal seam and its influencing factors in the Shizhuang North Block［J］. Coal Science and Technology， 2024， 52（S1）： 127-136.
30	罗伟疆，宁崇如，黄凯. 煤层气压裂液研究现状及其展望［J］. 中国煤层气， 2023， 20（3）： 30-35.
	LUO Weijiang， NING Chongru， HUANG Kai. Current situation and prospect of research on coalbed methane fracturing fluid［J］. China Coalbed Methane， 2023， 20（3）： 30-35.
31	何继善. 广域电磁法理论及应用研究的新进展［J］. 物探与化探， 2020， 44（5）： 985-990.
	HE Jishan. New research progress in theory and application of wide field electromagnetic method［J］. Geophysical and Geochemical Exploration， 2020， 44（5）： 985-990.
32	胡志方，罗卫锋，王胜建，等. 广域电磁法在安页2井压裂监测应用探索［J］. 物探与化探， 2023， 47（3）： 718-725.
	HU Zhifang， LUO Weifeng， WANG Shengjian， et al. Application of wide field electromagnetic method in the fracturing monitoring of Well Anye-2［J］. Geophysical and Geochemical Exploration， 2023， 47（3）： 718-725.
33	石军太，吴嘉仪，房烨欣，等. 考虑煤粉堵塞影响的煤储层渗透率模型及其应用［J］. 天然气工业， 2020， 40（6）： 78-89.
	SHI Juntai， WU Jiayi， FANG Yexin， et al. A new coal reservoir permeability model considering the influence of pulverized coal blockage and its application［J］. Natural Gas Industry， 2020， 40（6）： 78-89.
34	李勇，韩文龙，王延斌，等. 基于煤层气高效开发的煤粉凝聚—沉降机制研究进展［J］. 煤田地质与勘探， 2021， 49（2）： 1-12.
	LI Yong， HAN Wenlong， WANG Yanbin， et al. Progress of coal fines agglomeration and settlement mechanism based on high efficiency coalbed methane drainage［J］. Coal Geology & Exploration， 2021， 49（2）： 1-12.
35	HAN Wenlong， LI Yong， WANG Yanbin， et al. Characterization of coal fines and their production controlling factors： A case study from southern Qinshui Basin， China［J］. Natural Resources Research， 2023， 32（4）： 1777-1794.
36	李勇，王延斌，倪小明，等. 煤层气低效井成因判识及治理体系构建研究［J］. 煤炭科学技术， 2020， 48（2）： 185-193.
	LI Yong， WANG Yanbin， NI Xiaoming， et al. Study on identification and control system construction of low efficiency coalbed methane wells［J］. Coal Science and Technology， 2020， 48（2）： 185-193.

目标优选因素	区带
目标优选因素	伊旗	榆阳	石板太	神木
R_o/%	1.2 ~ 1.6	1.8 ~ 2.0	1.2 ~ 2.0	1.6 ~ 1.8
含气量/（m³/t）	16.96	26.01	7.67	19.37
煤岩厚度/m	8.6	11.7	5.0	10.5
顶板条件	泥岩	灰岩	砂岩	泥岩

[1]	郭旭升, 赵培荣, 申宝剑, 刘曾勤, 罗兵, 赵石虎, 张嘉琪, 贺甲元, 付维署, 魏海鹏, 刘炯, 陈新军, 叶金诚. 中国深层煤层气地质特征与勘探实践[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(6): 1511-1523.
[2]	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.
[3]	何发岐, 雷涛, 齐荣, 徐兵威, 李晓慧, 张茹. 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.
[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]	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.
[12]	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.
[13]	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.
[14]	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.
[15]	解馨慧, 邓虎成, 胡蓝霄, 李勇, 毛金昕, 刘佳杰, 张鑫, 李柏洋. 湖相细粒沉积岩颗粒微观力学特征及类型划分[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(4): 1079-1088.