中國煤層氣地質(zhì)與開發(fā)基礎(chǔ)理論

內(nèi)容概要

　　《煤層氣成藏機(jī)制及經(jīng)濟(jì)開采基礎(chǔ)研究叢書（卷11）：中國煤層氣地質(zhì)與開發(fā)基礎(chǔ)理論》適合煤層氣研究人員和相關(guān)專業(yè)人員閱讀，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的參考用書?！　∶簩託馐俏覈Y源潛力大、開發(fā)程度低的非常規(guī)天然氣資源，也是我國目前最現(xiàn)實(shí)的接替能源?！睹簩託獬刹貦C(jī)制及經(jīng)濟(jì)開采基礎(chǔ)研究叢書（卷11）：中國煤層氣地質(zhì)與開發(fā)基礎(chǔ)理論》針對(duì)煤層氣勘探開發(fā)的難點(diǎn)，圍繞“煤層氣生成的動(dòng)力學(xué)過程、煤層氣儲(chǔ)集機(jī)理及成藏響應(yīng)、煤層氣藏富集分布及主控因素、煤層氣經(jīng)濟(jì)開采的基礎(chǔ)理論”4個(gè)科學(xué)問題開展研究，主要內(nèi)容包括3個(gè)方面：煤層氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀及研究基礎(chǔ)；煤層氣地質(zhì)理論與評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)技術(shù)；煤層氣開采機(jī)理與技術(shù)。《煤層氣成藏機(jī)制及經(jīng)濟(jì)開采基礎(chǔ)研究叢書（卷11）：中國煤層氣地質(zhì)與開發(fā)基礎(chǔ)理論》闡述了我國煤層氣成因、賦存、成藏和滲透率變化等方面的規(guī)律和機(jī)制；形成了從煤層氣可采資源預(yù)測(cè)、綜合地質(zhì)評(píng)價(jià)到地球物理探測(cè)、開采優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù)系列，并服務(wù)于煤層氣開發(fā)實(shí)踐，是一部理論與實(shí)踐結(jié)合密切的煤層氣領(lǐng)域?qū)Ｖ?/pre>



書籍目錄
序一 賈承造序二 戴金星前言第一章 煤層氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀及研究基礎(chǔ)第一節(jié) 國外煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r及啟示一、美國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展二、其他國家煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展第二節(jié) 中國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程及理論技術(shù)研究現(xiàn)狀一、中國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程二、中國煤層氣基礎(chǔ)研究新進(jìn)展三、中國煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀和進(jìn)展第三節(jié) 中國煤層氣勘探開發(fā)面臨的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題第二章 煤層氣的成因類型及判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)第一節(jié) 煤層氣的地球化學(xué)特征及其與天然氣的差異性一、樣品測(cè)試方法二、煤層氣的組分構(gòu)成與基本特征三、煤層氣的同位素組成與分布范圍四、煤層氣與常規(guī)天然氣同位素組成的差異及其特殊性第二節(jié) 影響煤層氣甲烷碳同位素指標(biāo)的主要因素一、煤層氣甲烷碳同位素的解吸分餾作用二、次生生物氣的生成對(duì)煤層甲烷碳同位素組成的影響三、煤巖顯微組分的含量變化對(duì)煤層甲烷碳同位素組成的影響第三節(jié) 煤層氣成因類型劃分和地球化學(xué)示蹤指標(biāo)體系一、原生生物成因煤層氣二、熱降解煤層氣三、熱裂解煤層氣四、次生生物成因煤層氣五、混合成因煤層氣六、煤層氣成因類型的示蹤指標(biāo)體系第四節(jié) 次生生物氣的特征與形成機(jī)制一、次生生物氣的特征二、煤巖有機(jī)地球化學(xué)與微生物降解特征第三章 煤層氣有利儲(chǔ)層表征及控制因素第一節(jié) 煤儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間特征一、煤儲(chǔ)層孔隙系統(tǒng)二、煤儲(chǔ)層裂隙系統(tǒng)第二節(jié) 有利煤儲(chǔ)層表征與數(shù)學(xué)模型一、煤儲(chǔ)層孔隙系統(tǒng)模型二、煤層氣儲(chǔ)層非均質(zhì)性模型第三節(jié) 有利煤儲(chǔ)層成因機(jī)理與控制因素一、有利煤儲(chǔ)層沉積成巖控制作用二、煤化作用過程孔滲性變化三、煤儲(chǔ)層構(gòu)造應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)四、盆地演化對(duì)煤儲(chǔ)層物性的控制作用第四章 地層條件下煤的吸附特征與吸附模型第一節(jié) 溫度、壓力綜合影響下煤吸附特征的實(shí)驗(yàn)研究一、等溫吸附實(shí)驗(yàn)研究二、變溫變壓吸附實(shí)驗(yàn)研究第二節(jié) 地層條件下煤的吸附特征一、溫度對(duì)煤吸附能力的影響二、溫度和壓力綜合影響下煤的吸附性能三、地層條件下煤吸附能力變化的機(jī)理解釋第三節(jié) 地層條件下煤吸附模型一、煤對(duì)甲烷的吸附特征曲線二、高壓等溫吸附實(shí)驗(yàn)特征曲線及對(duì)k值的修正三、建立吸附模型第四節(jié) 模型檢驗(yàn)及應(yīng)用一、用不同溫度等溫吸附試驗(yàn)結(jié)果檢驗(yàn)?zāi)Ｐ投⒆儨刈儔簩?shí)驗(yàn)結(jié)果與模型三、沁水盆地不同埋深、煤變質(zhì)條件綜合影響下的煤吸附量四、科學(xué)及應(yīng)用價(jià)值第五章 煤層氣成藏動(dòng)力學(xué)條件與聚散機(jī)制第一節(jié) 煤層氣成藏的構(gòu)造動(dòng)力條件一、盆地構(gòu)造演化奠定了煤層氣成藏基礎(chǔ)條件二、盆內(nèi)構(gòu)造分異導(dǎo)致煤層氣成藏構(gòu)造動(dòng)力條件復(fù)雜化三、構(gòu)造動(dòng)力對(duì)煤儲(chǔ)層的改造控制了煤層氣高滲區(qū)段分布格局四、構(gòu)造動(dòng)力條件組合控制了煤層氣成藏分布基本格局第二節(jié) 煤層氣成藏?zé)釀?dòng)力條件與聚散歷史一、石炭系-二疊系煤層受熱歷史二、燕山中期構(gòu)造熱事件及其熱動(dòng)力來源三、煤層氣聚散歷史數(shù)值模擬四、熱動(dòng)力條件對(duì)煤層氣成藏效應(yīng)的控制作用第三節(jié) 地下水動(dòng)力系統(tǒng)與煤層氣聚集關(guān)系及其機(jī)制一、水文地質(zhì)單元邊界及其內(nèi)部構(gòu)造差異性與煤層氣聚散特征二、地下水動(dòng)力條件分區(qū)分帶與煤層含氣性特征三、地下水地球化學(xué)場(chǎng)與煤層氣保存條件四、地下水水頭高度與煤層含氣性特征五、地下水動(dòng)力條件控氣效應(yīng)及其顯現(xiàn)形式六、水動(dòng)力條件與煤層氣富集區(qū)的關(guān)系第四節(jié) 煤層氣成藏動(dòng)力條件耦合控藏效應(yīng)一、地質(zhì)動(dòng)力條件耦合控藏效應(yīng)分析思路二、表象動(dòng)力條件疊合控藏作用三、煤層氣能量動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)及其地質(zhì)演化過程四、煤層氣成藏效應(yīng)與聚散模式第六章 煤層氣藏形成與分布第一節(jié) 煤層氣藏的含義與類型一、煤層氣藏含義二、煤層氣藏與常規(guī)天然氣藏的差異性對(duì)比三、煤層氣藏的邊界及類型四、煤層氣藏類型第二節(jié) 中高煤階煤層氣成藏過程及成藏機(jī)制一、煤層氣成藏研究的理論基礎(chǔ)二、典型煤層氣藏成藏機(jī)理分析三、不同地質(zhì)背景下煤層氣藏成藏模式第三節(jié) 高低煤階煤層氣成藏機(jī)理對(duì)比及成藏有利條件分析一、高低煤階煤層氣藏形成的氣源條件對(duì)比二、高低煤階煤層氣藏形成的儲(chǔ)集條件對(duì)比三、高、低煤階煤層氣藏形成的賦存特征對(duì)比四、高、低煤階煤層氣成藏過程對(duì)比五、高、低煤階煤層氣藏水文地質(zhì)條件對(duì)比第四節(jié) 煤層氣富集控制因素及分布規(guī)律一、構(gòu)造控藏及關(guān)鍵時(shí)刻二、煤層頂、底板及上覆地層有效厚度控藏三、向斜富集理論第七章 煤層氣技術(shù)可采資源評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)第一節(jié) 煤層氣資源量分類系統(tǒng)第二節(jié) 煤層氣技術(shù)可采資源預(yù)測(cè)方法一、煤層氣可采性影響因素分析二、煤層氣重要參數(shù)確定方法三、煤層氣技術(shù)可采資源量預(yù)測(cè)方法第三節(jié) 中國煤層氣技術(shù)可采資源潛力分析一、中國煤層氣富集單元?jiǎng)澐侄⒅袊簩託饧夹g(shù)可采資源量預(yù)測(cè)成果三、中國煤層氣技術(shù)可采資源分布特征第八章 煤層氣有利區(qū)的地震預(yù)測(cè)技術(shù)第一節(jié) 煤層氣賦存的主要地質(zhì)屬性分析及預(yù)測(cè)一、煤層埋深的地震探測(cè)二、煤層厚度的地震反演三、利用地震多屬性分析技術(shù)反演煤層頂板巖性四、煤層含氣性分布預(yù)測(cè)的地震波形分類技術(shù)第二節(jié) 煤層裂隙的多波地震響應(yīng)及預(yù)測(cè)一、煤層中直立裂隙的多波地震響應(yīng)二、煤層中直立裂隙的多波地震探測(cè)第三節(jié) AVO反演及煤層氣富集區(qū)預(yù)測(cè)一、AVO理論的動(dòng)力學(xué)依據(jù)二、使用AVO探測(cè)煤層氣的依據(jù)三、控制煤層氣富集的主要地質(zhì)參數(shù)的AVO響應(yīng)四、煤層氣富集區(qū)的AVO響應(yīng)五、煤層氣富集區(qū)的三參數(shù)AVO方法六、煤層氣富集區(qū)的三參數(shù)AVO預(yù)測(cè)第九章 煤層氣開發(fā)地質(zhì)條件綜合評(píng)價(jià)第一節(jié) 中國煤層氣資源開發(fā)有利區(qū)選擇一、中國煤層氣資源概況二、煤層氣開發(fā)有利區(qū)綜合評(píng)價(jià)與優(yōu)選第二節(jié) 重點(diǎn)盆地煤層氣富氣帶(目標(biāo)區(qū))的評(píng)價(jià)與優(yōu)選一、選區(qū)評(píng)價(jià)方法、參數(shù)體系與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)二、重點(diǎn)含煤盆地煤層氣富氣帶(目標(biāo)區(qū))評(píng)價(jià)第十章 煤層氣開采過程中解吸滲流機(jī)理與開發(fā)方式優(yōu)選第一節(jié) 煤巖在多相介質(zhì)中的彈性力學(xué)性質(zhì)一、多相介質(zhì)煤巖體的三軸力學(xué)實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)原理三、多介質(zhì)煤巖體三軸力學(xué)特征四、體積壓縮系數(shù)和體積模量第二節(jié) 開采過程中煤儲(chǔ)層滲透性變化規(guī)律一、煤巖滲透率測(cè)試二、煤層變形介質(zhì)自調(diào)節(jié)效應(yīng)模型第三節(jié) 開采過程中煤層氣的解吸滲流機(jī)理一、煤層氣產(chǎn)出特征分析二、煤層氣解吸動(dòng)力學(xué)特征及解吸行為研究三、多孔煤介質(zhì)中煤層氣滲流機(jī)理研究第四節(jié) 典型煤層氣藏開發(fā)方式優(yōu)選一、不同開發(fā)方式煤層氣生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析二、開發(fā)方案對(duì)比第十一章 煤層氣增產(chǎn)機(jī)理及應(yīng)用效果第一節(jié) 水力壓裂增產(chǎn)機(jī)理一、水力壓裂增產(chǎn)機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究二、水力壓裂井壓裂裂縫展布特征三、水力壓裂裂縫展布模型四、提高水力壓裂效果的措施和技術(shù)優(yōu)選第二節(jié) 多分支水平井開采增產(chǎn)機(jī)理一、煤層氣多分支水平井開采的數(shù)學(xué)模型和數(shù)值模型二、煤層氣多分支水平井增產(chǎn)機(jī)理研究三、煤層氣多分支水平井的應(yīng)用條件及經(jīng)濟(jì)性分析第三節(jié) 應(yīng)用實(shí)例及其效果分析一、壓裂井的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施及壓裂效果分析二、多分支水平井的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施及效果分析結(jié)束語參考文獻(xiàn)


章節(jié)摘錄
版權(quán)頁：插圖：第一章 煤層氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀及研究基礎(chǔ)開發(fā)利用煤層氣對(duì)緩解常規(guī)油氣供應(yīng)緊張狀況、改善煤礦安全生產(chǎn)條件、實(shí)施國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、保護(hù)大氣環(huán)境等多方面均具有十分重要的意義。煤層氣開發(fā)最早在美國取得成功，近年來在澳大利亞和加拿大發(fā)展迅速。我國煤層氣開發(fā)早期開始于對(duì)煤礦瓦斯的排放，近十年來在沁水盆地南部、阜新盆地等地區(qū)成功地進(jìn)行了商業(yè)性開發(fā)，并在全國含煤盆地進(jìn)行了大面積的勘探工作。第一節(jié) 國外煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r及啟示全世界估計(jì)煤層氣資源量為2980×1012～9609×1012ft3（85×1012～265×1012m3）。美國圣胡安盆地水果地煤層氣富集區(qū)帶的發(fā)現(xiàn)激起了20世紀(jì)80年代和90年代初的世界性勘探浪潮。盡管這個(gè)勘探浪潮未能發(fā)現(xiàn)比得上水果地煤層氣富集區(qū)帶的煤層氣田，但是在此期間，在美國開展了許多具經(jīng)濟(jì)意義的（即使是小型的）煤層氣項(xiàng)目，且世界范圍內(nèi)的勘查仍在繼續(xù)。在澳大利亞昆士蘭州的鮑恩（Bowen）盆地開展了商業(yè)性煤層氣項(xiàng)目，在其他盆地還有試驗(yàn)性項(xiàng)目；其他國家，包括加拿大、英國、中國、哥倫比亞和印度，煤層氣勘探或試驗(yàn)項(xiàng)目也在持續(xù)不斷地進(jìn)行，加拿大于2002年宣稱有商品煤層氣銷售，近年發(fā)展十分迅速。一、美國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展目前，美國煤層氣產(chǎn)業(yè)無論在技術(shù)水平還是在產(chǎn)業(yè)化方面均居世界首位，因此美國煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀代表了國外煤層氣勘探、開發(fā)的程度。美國本土14個(gè)含煤盆地中，1200m以上深度內(nèi)煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)到11.3×1012～24×1012m3這些煤層氣主要分布于16個(gè)含煤盆地中。在美國東部地區(qū)，商業(yè)性開采少量煤層氣已有，70多年歷史。實(shí)際上，早在1943年，Price和Headlee就極為詳細(xì)地描述了商業(yè)性煤層氣產(chǎn)業(yè)的潛力。美國西部的煤層氣開采大約開始于40年前的圣胡安（SanJuan）盆地。在美國東部和西部，早期都是在測(cè)試失敗或更深地層枯竭以后，偶然地以淺層煤層作為目的層完井的；大多數(shù)井的產(chǎn)量都很不起眼，因?yàn)楫?dāng)時(shí)很少或根本沒有對(duì)氣層采取增產(chǎn)措施。在美國，健全的煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前20年是由下列技術(shù)和非技術(shù)問題決定的：①美國礦業(yè)局要求在地下采煤以前要先進(jìn)行脫氣以防爆炸；②20世紀(jì)70年代歐佩克（OPEC）的石油禁運(yùn)導(dǎo)致聯(lián)邦政府頒布措施（1980年原油意外利潤(rùn)稅收法第二十九款）以鼓勵(lì)開發(fā)非常規(guī)天然氣資源；③美國能源部、天然氣研究所（即現(xiàn)在的天然氣技術(shù)研究所，GTI）及其他單位在公共部門研究和技術(shù)方面的進(jìn)展；④作業(yè)公司，尤其是阿莫科公司（即現(xiàn)在的英國石油阿莫科公司，BP-Amoco）的研究。由于這些研究和實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施，煤層氣勘探真正開始于20世紀(jì)70年代晚期，歷史上有名的阿莫科1Cahn井于1977年在圣胡安盆地開鉆；在1977年，USX公司和美國礦業(yè)局共同在布萊克沃里爾（BlackWarrior）盆地的奧克格羅夫（OakGrove）煤田開始了垂直井煤層脫氣工程項(xiàng)目，并取得成功；80年代中期至晚期，美國有好幾個(gè)盆地進(jìn)行勘探，并確定在圣胡安和布萊克沃里爾兩個(gè)盆地進(jìn)行開發(fā)。20世紀(jì)80年代，隨著裸眼洞穴完井技術(shù)和空氣鉆井技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，美國圣胡安盆地和布萊克沃里爾盆地率先實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)性開發(fā)，從此誕生了美國煤層氣工業(yè)。90年代后，隨鉆取心、層內(nèi)水平井、定向羽狀水平井和復(fù)合完井等鉆井完井技術(shù)的研究和試驗(yàn)，美國煤層氣工業(yè)得到了空前的大發(fā)展。美國本土生產(chǎn)的天然氣占美國天然氣總消耗量的85%，其余天然氣依靠從加拿大進(jìn)口。為了解決能源短缺的問題，煤層氣的勘探和開發(fā)越來越受到重視，煤層氣在天然氣中所占有的比例近年來增長(zhǎng)很快。2001年美國的能源供應(yīng)有24%來自于天然氣，而煤層氣在美國本土生產(chǎn)的天然氣中所占的比例達(dá)8%；2002年煤層氣產(chǎn)量達(dá)到450×108m3，相當(dāng)于當(dāng)年中國常規(guī)天然氣的總產(chǎn)量（440×108m3）；2007年美國煤層氣產(chǎn)量達(dá)540×108m3，鉆井多達(dá)32000口（圖1.1）。以下重點(diǎn)介紹圣胡安盆地、布萊克沃里爾盆地以及粉河盆地煤層氣開發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀。圣胡安盆地位于科羅拉多州南部、新墨西哥州北部，屬落基山脈南部的盆地，面積1.94×104km2，為一不對(duì)稱向斜盆地。該盆地的煤層氣井的深度一般在167.6～1219m，主力煤層的厚度從6.1m到超過12.2m；煤層氣單井日產(chǎn)量可達(dá)到22653m3，產(chǎn)量主要來自水果地組地層，水果地組下面的砂巖中也含有煤成氣，這樣有些井就在這兩個(gè)組巖層中開采。圣胡安盆地的第一口煤層氣井投產(chǎn)于1953年，采用普通裸眼完井，產(chǎn)量0.2×104～1.2×104m3/d，后期穩(wěn)定在0.54×104m3/d，保持了近40年。直到1977年第一個(gè)煤層氣田――錫達(dá)爾氣田的投入開采，在此之前沒有人注意到煤層氣開發(fā)的潛力。目前，該盆地已形成19個(gè)開發(fā)區(qū)，共鉆煤層氣井4000多口，其中生產(chǎn)井3036口。盆地內(nèi)，采用3×104m3/d的單井產(chǎn)氣量等值線可以圈定出面積約為777km2、煤層氣探明儲(chǔ)量3000×108m3的高產(chǎn)富集區(qū)。截至2004年初，該盆地已產(chǎn)出2831.7×108m3煤層甲烷氣（水果地組煤層氣原地資源量估計(jì)為14158×108m3）。該盆地煤層氣井基本都是直井，選用清水或水基鉆井液。區(qū)域I主要采用裸眼洞穴循環(huán)完井，其他區(qū)域主要實(shí)施套管井射孔完井、水力壓裂增產(chǎn)措施。壓裂液用量介于208.2m3和1135.7m3之間，支撐劑用量介于100000lb①和120000lb之間，裂縫長(zhǎng)度超過121.9m，縫高不到45.7m。盡管在開采過程中存在許多困難，但圣胡安盆地的地質(zhì)條件和主體技術(shù)決定了其成功的開采。布萊克沃里爾盆地為一較為平緩的傾斜構(gòu)造盆地，含煤面積大約為6950km2。盆地東西長(zhǎng)大約為370km，南北長(zhǎng)302.5km；埋深240～1220m，煤層厚度6～12m，單層厚度不超過1.3m，多被砂巖巖層分隔；為高揮發(fā)分煙煤至低揮發(fā)分煙煤，煤層含氣量6～20m3/t，平均為16m3/t，煤層氣資源量為5663×108m3。1996年在該盆地共鉆井2786口，平均單井產(chǎn)量為3000～6000m3/d，整個(gè)盆地鉆了6000口煤層氣井，截至2002年，累積產(chǎn)氣量396.44×108m3，3474口井仍在生產(chǎn)，日產(chǎn)氣9.34×106m3。該盆地煤層氣井的完井方式有3種：①在礦井開采范圍內(nèi)鉆井，通常稱作“采動(dòng)區(qū)井”；②水平井；③垂直井。98%的煤層氣井均為直井，鉆井液為水基鉆井液，或空氣循環(huán)介質(zhì)。一次作業(yè)壓裂液用量113.6～757m3，泵速為210～2100gal②/min，注入壓力為3.45～15.9MPa。盆地75%的煤層氣井都選用交聯(lián)凝膠壓裂液，破膠劑常用硼酸鹽、硫酸鹽或酶破膠劑；支撐劑通常選用阿拉巴馬砂，一次作業(yè)用量為10000～120000lb，支撐縫寬為1.27cm至近乎閉合，取決于其與井筒的距離以及支撐劑在裂縫中的鋪置效率。目前布萊克沃里爾盆地主要通過以下手段來提高產(chǎn)量：①在已有氣田中擬鉆加密井，井距以550m×550m為主；②通過改進(jìn)鉆井、完井及壓裂工藝技術(shù)，降低開發(fā)費(fèi)用、提高作業(yè)效率，這些改進(jìn)包括多煤層重新完井（recompletion）、提高注入量、在多個(gè)煤層同時(shí)實(shí)施水力壓裂增產(chǎn)措施等。粉河盆地位于蒙大拿州東南部和懷俄明州東北部，面積約為6.7×104km2為一大型沉積盆地。盆地是一個(gè)較大的非對(duì)稱向斜，長(zhǎng)軸呈南東北西向。煤系為古新統(tǒng)，，生產(chǎn)區(qū)有75%位于懷俄明州，盆地的50%被認(rèn)為具有煤層氣生產(chǎn)潛力。粉河盆地煤層大多為亞煙煤，煤層甲烷氣屬生物成因，相對(duì)其他煤盆地而言，其單位體積的煤層氣含量較低，約為0.8～1.13m3/t（其他煤盆地含量一般是9.9m3/t）。粉河盆地之所以形成商業(yè)開采的規(guī)模，在于其滲透率高、煤層厚、產(chǎn)出水質(zhì)好，這些因素彌補(bǔ)了含氣量低這一劣勢(shì)。粉河盆地工業(yè)性煤層氣開發(fā)始于1986年。煤層氣井采用裸眼完井和水力壓裂技術(shù)，旨在提高氣井產(chǎn)量。但由于該盆地煤層滲透率較高，煤層脫水后，埋藏較淺的亞煙煤層坍塌，水力壓裂的增產(chǎn)效果并不好，因此大多數(shù)主要采用裸眼完井。粉河盆地煤層氣井的井距一般為400m×400m～550m×550m。開發(fā)初期，氣井?dāng)?shù)量較少，1989年僅有18口井；1999年發(fā)展到了1683口井，年產(chǎn)量為21.68×108m3；到2002年底，井?dāng)?shù)增至10717口，年產(chǎn)量為89.71×108m3。目前粉河盆地已成為美國煤層氣開發(fā)的主要地區(qū)。截至2004年2月，粉河盆地在懷俄明州共有12155口生產(chǎn)井，由于沒有水處理裝置，有3966口煤層氣井關(guān)井。日產(chǎn)煤層氣量為0.246×108m3，日產(chǎn)水量為228002m3；平均每口井日產(chǎn)氣量為2025m3，日產(chǎn)水量為1.287m3。美國經(jīng)過多年的研究和開發(fā)實(shí)踐，形成了關(guān)于煤層氣勘探開發(fā)的系統(tǒng)理論和技術(shù)，排水采氣技術(shù)、煤層氣增產(chǎn)技術(shù)（包括壓裂、造洞穴和羽狀水平井、注入CO2等專項(xiàng)技術(shù)）、煤層氣藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)被作為當(dāng)前世界煤層氣工業(yè)的三大“共性技術(shù)”，成為煤層氣勘探開發(fā)的基礎(chǔ)和支柱。同時(shí)，美國根據(jù)自身煤田地質(zhì)特點(diǎn)發(fā)展了針對(duì)中階煤的“選區(qū)評(píng)價(jià)理論”和“產(chǎn)能模式”。二、其他國家煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展加拿大的煤層氣資源總量大約為6×102～76×1012m3，其中艾伯塔（Alberta）省約為11×1012m3。加拿大煤層氣開發(fā)的起步時(shí)間比較晚，基本與我國開展煤層氣工作的時(shí)間相當(dāng)。2001年以前，全加拿大煤層氣井?dāng)?shù)大約為70口，產(chǎn)量為0；2001年，煤層氣井?dāng)?shù)增加到100口，單井產(chǎn)量取得了突破；2002年，由EnCana和MGV合作建立了加拿大第一個(gè)商業(yè)性的煤層氣項(xiàng)目，從此，加拿大的煤層氣勘探開發(fā)進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期；2005年，煤層氣垂直井?dāng)?shù)達(dá)到6000口，產(chǎn)量突破30×108m3，約占天然氣總產(chǎn)量的1.8%。2007年加拿大煤層氣產(chǎn)量達(dá)到103×108m3，累計(jì)鉆井16000口（見圖1.2）。在煤層氣水平井鉆井方面，加拿大也取得顯著的進(jìn)展。CDX-Canada公司2004年4月在Mannville煤層成功完鉆了加拿大第一口單分支煤層氣水平井，水平段長(zhǎng)度1000m，從鉆井到井口設(shè)備安裝的成本大約為150萬加元，單井日產(chǎn)量大約7×104m3。至2005年10月，CDX-Canada在Mannville煤層共完成了5口這樣的水平井（水平分支長(zhǎng)度最大1200m），艾伯塔省共完成了75口這樣的水平井，其中，Trident公司完成了50口。Trident公司已宣布于2005年11月建立了Mannville煤層的第一個(gè)煤層氣商業(yè)性項(xiàng)目。澳大利亞早在1976年就開始開采煤層氣，主要在昆士蘭的鮑恩盆地。1987年到1988年期間已經(jīng)用地面鉆井方法在煤層中采出了煤層氣。1996年以來，澳大利亞的煤層氣產(chǎn)量逐年增長(zhǎng)，2000～2001年僅昆士蘭的鮑恩盆地用于煤層氣勘探的費(fèi)用就達(dá)4440萬美元，占該盆地全部1.2億美元勘探費(fèi)的37%。2004年，澳大利亞新增煤層氣井277口，煤層氣產(chǎn)量達(dá)到13.56×108m3，其中78%產(chǎn)自昆士蘭州，滿足了該州31%的天然氣需求，顯示出持續(xù)增長(zhǎng)的勢(shì)頭。澳大利亞煤層氣開發(fā)的快速發(fā)展同樣得益于一些政策上的鼓勵(lì)和引導(dǎo)，例如，政府要求煤層中的瓦斯含量必須降到3m3/t以下煤炭才能進(jìn)行開采，保證了“先采氣后采煤”的實(shí)施，促進(jìn)了煤層氣鉆井?dāng)?shù)的大量增加；在昆士蘭州，政府要求天然氣發(fā)電必須占本州總發(fā)電量的13%，這項(xiàng)政策導(dǎo)致了天然氣需求量的大幅度增長(zhǎng)和煤層氣勘探開發(fā)投資的大規(guī)模增加。英國、波蘭、獨(dú)聯(lián)體國家的礦井瓦斯抽放和利用已有多年歷史，抽放的瓦斯主要用作鍋爐燃?xì)饣蚬┙o建在礦區(qū)的煤層氣電站，少量民用。目前，這些國家正積極開發(fā)和應(yīng)用煤層氣發(fā)電新技術(shù)，這些國家的煤層氣地面開發(fā)僅在近幾年才剛剛開始。在英國，1996年由英國煤層氣公司作業(yè)的Airth煤層氣田開始投入生產(chǎn)，將所生產(chǎn)的煤層氣用于發(fā)電。直到最近，英國政府才認(rèn)識(shí)到在能源工業(yè)中應(yīng)該增加煤層氣的比例，進(jìn)而開始鼓勵(lì)煤層氣的開采，準(zhǔn)備發(fā)放更多的煤層氣開采許可證；并通過解除不合適的法規(guī)對(duì)煤層氣操作所造成的負(fù)擔(dān)，努力支持剛剛起步的煤層氣產(chǎn)業(yè)。英國政府還按照《企業(yè)投資管理辦法》給予開采煤層氣的企業(yè)一定的稅收優(yōu)惠政策，投資者的投資可以通過減免所得稅或資本紅利稅而得以回收。波蘭政府給予從事石油、天然氣以及煤層氣勘探的企業(yè)10年免稅，吸引了大量國內(nèi)外投資者。目前俄羅斯和烏克蘭正在制訂一些稅收優(yōu)惠政策和管理法規(guī)，鼓勵(lì)外國公司投資開發(fā)本國的煤層氣資源。印度蘊(yùn)藏有豐富的煤層氣資源，其中Gujarat盆地的褐煤中的煤層氣資源量大約有3164×108m3。目前，印度政府已在Gondwanas煤系的煤盆地里劃出了7個(gè)區(qū)塊用于煤層氣的勘探與開發(fā)，其中在Taniganj和Jhjaria兩個(gè)煤田的煤層氣勘探進(jìn)展較快。第一口煤層氣井由印度國家石油公司在Jhjaria煤田鉆探成功，單井煤層氣日產(chǎn)量達(dá)5000～6000m3，最高日產(chǎn)量可達(dá)10000m3。同樣，Bokaro煤田的煤層氣勘探成果顯示單井煤層氣日產(chǎn)量可達(dá)5000～6000m3。值得注意的是，印度煤層氣的潛在生產(chǎn)區(qū)都遠(yuǎn)離天然氣的生產(chǎn)區(qū)，而且也遠(yuǎn)離煤礦的采煤區(qū)，既有利于煤層氣的市場(chǎng)開發(fā)，也不影響煤礦的生產(chǎn)作業(yè)。但是，印度的煤層氣產(chǎn)業(yè)也剛剛起步，外商在印度投資開發(fā)煤層氣仍面臨著煤層氣項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性等方面的挑戰(zhàn)，除了印度煤層氣地質(zhì)方面的特點(diǎn)外，政府的政策支持和煤層氣所能達(dá)到的市場(chǎng)銷售價(jià)格是決定煤層氣項(xiàng)目成功的關(guān)鍵因素。這些政策包括：①煤層氣項(xiàng)目從商業(yè)性生產(chǎn)開始7年之內(nèi)免稅；②實(shí)行低稅率的礦區(qū)使用費(fèi)；③對(duì)煤層氣作業(yè)必需的材料和服務(wù)免交進(jìn)口關(guān)稅；④煤層氣實(shí)行市場(chǎng)定價(jià)原則；⑤將煤層氣依據(jù)“石油和天然氣法”納入天然氣的定義和管理范疇，從法律上擴(kuò)展天然氣的定義，為煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供法律的保證。第二節(jié) 中國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程及理論技術(shù)研究現(xiàn)狀我國煤層氣勘探開發(fā)和利用，從初始的以煤炭安全為目的的井下瓦斯抽放逐漸發(fā)展到近年的井下瓦斯抽放和煤層氣地面井組開發(fā)并重的態(tài)勢(shì)。一、中國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程從勘探開發(fā)技術(shù)發(fā)展的角度，我國煤層氣主要經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段。（1）礦井瓦斯抽放發(fā)展階段（1952～1988年）1952年我國在撫順礦務(wù)局龍鳳礦建立起瓦斯抽放站，此后至1989年以前我國煤層氣勘探開發(fā)主要處于礦井瓦斯抽放發(fā)展階段，主要進(jìn)行井下瓦斯抽放及利用、煤的吸附性能和煤層氣含量測(cè)定工作。這期間的工作成果為后來全國煤層氣資源預(yù)測(cè)和有利區(qū)塊選擇等積累了重要的實(shí)際資料。（2）現(xiàn)代煤層氣技術(shù)引進(jìn)階段（1989～1995年）1989～1995年為我國現(xiàn)代煤層氣技術(shù)引進(jìn)階段。能源部于1989年9月邀請(qǐng)美國有關(guān)煤層氣專家來華介紹情況，并于1989年11月在沈陽市召開了我國第一次煤層氣會(huì)議――“能源部開發(fā)煤層氣研討會(huì)”。隨后，國家“八五”攻關(guān)課題和地方企業(yè)、全球環(huán)境基金（GEF）資助設(shè)立了多個(gè)煤層氣的研究項(xiàng)目，并在河北大城、山西柳林進(jìn)行了煤層氣地面勘探開發(fā)試驗(yàn)，1991年出版了我國第一部煤層氣學(xué)術(shù)專著――《中國的煤層甲烷》。同時(shí)，許多外國公司也紛紛出資在我國進(jìn)行煤層氣風(fēng)險(xiǎn)勘探。在這段時(shí)間內(nèi)，我國引進(jìn)了煤層氣專用測(cè)試設(shè)備和應(yīng)用軟件，設(shè)備的引進(jìn)和人員交流使我國在煤層氣資源評(píng)價(jià)、儲(chǔ)層測(cè)試技術(shù)、開采技術(shù)等方面取得了較大的發(fā)展。（3）煤層氣產(chǎn)業(yè)逐漸形成發(fā)展階段（1996年至今）為了加快我國煤層氣開發(fā)，國務(wù)院于1996年初批準(zhǔn)成立了中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司；“九五”和“十五”國家科技攻關(guān)都設(shè)立了煤層氣研究和試驗(yàn)項(xiàng)目，同期國家計(jì)劃委員會(huì)設(shè)立了“中國煤層氣資源評(píng)價(jià)”國家一類地質(zhì)勘查項(xiàng)目；為了推進(jìn)煤層氣的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，2002年國家973計(jì)劃設(shè)立了“中國煤層氣成藏機(jī)制及經(jīng)濟(jì)開采基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目，從基礎(chǔ)及應(yīng)用基礎(chǔ)理論的層面對(duì)制約我國煤層氣發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)問題進(jìn)行系統(tǒng)研究，并將其成果應(yīng)用于煤層氣的勘探開發(fā)中。近年來我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，全國至2007年底，已施工地面煤層氣鉆井2000余口，先后分別在山西沁水、河?xùn)|、兩淮、六盤水、寧武、大寧吉縣、陜西韓城、云南恩洪老廠、阜新、沈北、江西萍樂豐城、湖南冷水江等幾十個(gè)區(qū)塊進(jìn)行了鉆探或井組試采試驗(yàn)，累計(jì)探明煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量1359×108m3，建成約15×108m3的地面煤層氣產(chǎn)能。二、中國煤層氣基礎(chǔ)研究新進(jìn)展煤層氣地質(zhì)作為一個(gè)新的研究領(lǐng)域，國外起步較早，而在我國只有近20年的發(fā)展歷史（宋巖等，2005）。近年來，經(jīng)過卓有成效的研究工作，我國在沁水盆地、鄂爾多斯盆地等地采氣試驗(yàn)取得突破（張新民等，1991；李明潮等，1996；趙慶波等，1999；葉建平等，1999）。




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《煤層氣成藏機(jī)制及經(jīng)濟(jì)開采基礎(chǔ)研究叢書?卷11:中國煤層氣地質(zhì)與開發(fā)基礎(chǔ)理論》的主編和作者主要是中青年科研骨干，項(xiàng)目給了他們用武之地，他們年富力強(qiáng)，知識(shí)廣博，勤于實(shí)踐，善于探索，勇于攀登，敢于創(chuàng)新，是一支強(qiáng)有力的生力軍，故由他們編著的《煤層氣成藏機(jī)制及經(jīng)濟(jì)開采基礎(chǔ)研究叢書?卷11:中國煤層氣地質(zhì)與開發(fā)基礎(chǔ)理論》基礎(chǔ)扎實(shí)，知識(shí)豐富。





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