중가르 남부 저탄층 석탄층 메탄에 대한 연구 진행 및 이해

Wu Jian Wang Zanwei

(China United 석탄층 메탄 유한회사, 베이징 100011)

요약: 우리나라의 하위 석탄층 메탄 자원은 매우 풍부하지만 현재 개발 효과는 분명하지 않습니다. 본 논문에서는 하위 석탄층 메탄 탐사 및 개발 현황을 요약하고, 5개 석탄층 메탄 분지의 특성을 비교합니다. Zhunnan 프로젝트의 업무 경험을 바탕으로 저급 석탄층 메탄정 네트워크 구축, 시추 및 완성 기술, 배수 기술에 대한 이해가 제시되었습니다.

키워드: 남중가르 분지의 저급 석탄층 메탄 연구 진행 및 인식

WU Jian WANG Zanwei

(China United Coalbed Mether Corporation Ltd. Beijing 100011 )

요약: 중국에는 저등급 석탄층 메탄이 풍부하지만 개발 결과가 좋지 않습니다. 이 기사는 CBM 탐사 및 개발의 현재 상황을 요약하고 남쪽을 기반으로 하는 5개 CBM 분지의 특징적인 대조를 전개합니다. 중가르 분지 항목, 네트워크 구축, 시추 및 배수 기술에 대한 인식을 제시합니다.

키워드: 남부 중가르 분지 연구 진행; >저자 소개: Wu Jian, 남성(1983년생), 2009년 중국 광업 기술 대학(베이징)을 졸업하고 석사 학위, 엔지니어, 탄층 가스 자원 평가 및 기타 업무에 종사했습니다. 주소: 100011 베이징 둥청구 안와이 거리 88호 이메일:ilcby@163.com.

1 서론

저등급탄은 석탄화 초기에 형성된 생성물로 일반적으로 탄소 함량이 낮은 갈탄, 장연탄, 비탄소탄을 말한다. , 고휘발분 및 낮은 발열량. 석탄 등의 석탄 암석의 비트리나이트 반사율은 Ro<0.65%입니다.

우리 나라의 석탄층 메탄 자원은 매우 풍부합니다. 새로운 라운드의 국가 석유 및 가스 자원 평가(2007년) 결과에 따르면 중국의 42개 주요 석탄 매장지의 2000m 미만의 얕은 석탄층 메탄 자원은 매우 풍부합니다. 36.81×1012m3, 그 중 하위 탄층 가스는 전체 석탄층 메탄 자원의 약 36%를 차지합니다. 주로 쥐라기, 후기 백악기, 제3기 시스템에 분포하고, 석탄기 페름기가 뒤따릅니다. 쥐라기 저등급 석탄은 주로 중국 북서부의 중가르(Junggar), 투하(Tuha), 일리(Ili), 타림(Tarim) 분지 등 다양한 크기의 내륙 함몰 분지 80개 이상에 분포한다. 백악기 하등급 석탄은 주로 내륙 함몰 분지 40개에 분포한다. 대흥간산맥(Greater Hinggan Mountains) 서쪽에는 Yimin, Huolinhe, Shengli, Zhalainuoer, Dayan 및 기타 분지와 같은 다양한 크기의 중생대 및 신생대 열곡 분지가 있으며, 제3차 저등급 석탄은 Shenbei, Hunchun, Shulan, Meihe 및 다른 분지. 중국의 저탄위 석탄층 메탄 자원은 거대하여 탐사 및 개발을 위한 좋은 자원 기반을 형성하고 있습니다. 하위 석탄층 메탄 자원 평가 연구를 수행하고 탐사 및 개발 기술을 탐색하는 것은 긍정적인 의의가 있습니다.

2 국내외 연구 현황

2.1 이론적 근거

미국의 석탄층 메탄 개발은 중국 석탄이 처음으로 수행했다. 산후안(San Juan)과 흑용도(Heiyongtu) 분지에서는 랭크 석탄이 획기적인 발전을 이루었고 이에 따라 석탄층 메탄 생산에 대한 "배수-압력 감소-탈착-확산-침출" 이론이 형성되었습니다. 1990년대 미국은 '생물학적 또는 2차 석탄층 메탄 축적' 이론을 제시하고 유인타강과 파우더강 유역의 백악기 상층 석탄층 탐사에 성공해 저등급 석탄층 메탄의 상업적 개발을 실현했다. 캐나다는 코일형 튜빙 파쇄, 이산화탄소 주입, 수평 플룸 유정 및 기타 생산 촉진 기술 개발에 중점을 두고 있습니다. 호주는 저투수 특성을 기반으로 한 현장 응력 평가 이론과 수평 우물 고압 워터제트 자극 기술을 개발했으며, 두 가지 모두 석탄층 메탄 개발에 획기적인 성과를 거두었습니다. 동시에 미국 석탄층 메탄 이론의 적용 가능성을 입증하는 동시에 석탄층 메탄 자원 조건에 따른 적합성 개선을 통해 중·저급 석탄층 메탄 자원 개발을 촉진할 수 있습니다.

중국이 석탄층 메탄 자원 개발을 실현하는 획기적인 분야는 고급 석탄이다. 현재 중국연합(China United Company), 페트로차이나(PetroChina), 란옌(Lanyan) 등 기업은 친수이 분지(Qinshui Basin)에서 무연탄층 메탄의 지상 상업 개발을 달성했다. 혁신적인 형성 독특한 석탄층 메탄 개발 기술 시스템은 상위 석탄층 메탄 탐사 및 개발의 기술 및 모델 문제를 해결하고 석탄층 메탄 표면 개발의 원활한 진행을 보장하며 하위 석탄층 측면에서 국제적으로 선두 수준을 갖습니다. 메탄 연구, 다수의 연구가 수행되어 왔다. 예를 들어, 저등급 석탄의 탄층 메탄 농축에 영향을 미치는 핵심 요인은 밀봉이며, 구조, 암석학 및 유체 역학은 석탄층 메탄을 발생시키는 주요 요인이라는 결론을 내렸습니다. 밀봉(Fu Xiaokang, 2006), 중국의 저등급 석탄에 대한 연구 수행 석탄층 메탄 저장소의 지질 특성 및 축적 모델에 대한 연구 및 저등급 석탄층 메탄 축적 모델 제안(Sun Ping, 2009) ; 해외에서 성공적으로 적용한 저탄층 메탄 탐사 및 개발 기술을 소개하고, 우리나라의 저탄층 메탄 탐사 및 개발 기술을 소개합니다. 자원에 대한 예비 분석, 평가 및 전망이 수행되었습니다. 탐사 및 개발 전망(Li Wuzhong, 2008). 저급 석탄층 메탄 자원의 농축 모델, 축적 조건, 저수지 특성, 시추 및 완성 및 기타 건설 기술에 대한 이론 연구 및 실제 적용 요약이 진행되었으며 석탄층 메탄의 탐사 및 개발에 대해서도 많은 연구가 형성되었습니다. 그 결과는 우리나라의 저등급 탄층 메탄자원 개발을 촉진하는 데 긍정적인 역할을 했습니다. 국내외 저등급 석탄층 메탄 연구 결과를 요약하고 중가르 남부 지역을 대상으로 저등급 석탄층 메탄 탐사 및 개발에 대한 일부 이해를 제시한다.

2.2 개발 현황

전 세계 29개국에서 석탄층 메탄 연구, 탐사 및 개발을 진행했으며 그 중 미국, 캐나다, 호주, 중국이 석탄층 메탄을 형성했습니다. 산업(그림 1 ). 2009년 미국의 연간 석탄층 메탄 생산량은 542억m3로 그 해 미국 천연가스 생산량의 8.7%를 차지했습니다. 유인타(Uinta) 및 파우더 강(Powder River) 유역의 자원은 석탄층 메탄 생산에서 상당한 성장을 달성했습니다. 화약강 유역은 주로 저등급 갈탄으로 구성되어 있으며 심부에는 휘발성이 높은 역청탄이 존재하며 석탄층메탄은 주로 생물발생가스로서 미생물 발효대사를 통해 주로 생성된다. 농축 구역의 높은 생산량은 석탄층을 재포화시키는 이동하는 열 발생 가스 및 바이오가스의 유체역학적 포획과 과압의 동시 존재로 인해 발생합니다. 석탄층 메탄 개발 구역은 분지의 얕은 동쪽 가장자리에 위치하고 있습니다. 동시에 호주는 석탄 등급이 낮은 수랏 분지(Surat Basin)에서, 캐나다는 앨버타 분지(Alberta Basin)에서 대규모 석탄층 메탄 개발을 성공적으로 달성했습니다. 외국의 석탄층 메탄 채굴 관행은 하위 석탄층도 가스를 생산할 수 있는 능력을 갖고 있으며 대규모 상업적 생산을 완전히 달성할 수 있음을 입증했습니다.

2010년 중국의 표면 석탄층 메탄 생산량은 14억 5천만m3에 불과해 전체 기존 천연가스 생산량의 1.5%를 차지했는데, 그 대부분은 친수이 분지의 무연탄층 메탄 자원 개발에서 나온 것이다. . 미국의 파우더 강 유역에서의 연간 가스 생산량은 2006년 말까지 140억 m3를 초과하여 석탄 등급이 낮은 지역에서 대규모 석탄층 메탄 개발을 실현했습니다. 중국은 저석탄층 메탄 자원이 매우 풍부합니다. 저석탄층 메탄 자원 개발을 촉진하기 위한 기술 혁신이 이루어지면 중국의 석탄층 메탄 생산량이 크게 증가할 것입니다.

그림 1 연간 석탄층 메탄 생산 곡선

3 중국 저탄층 메탄의 기본 특성

전형적인 저탄층 석탄- 중국의 베어링 분지는 탄층층이 많습니다. 양이 많고 두께가 크며 분포가 넓은 특성이 가스 함유량이 적다는 단점을 보완하므로 저급 탄층 메탄의 탐사 및 개발 전망이 좋습니다.

저등급 석탄층 메탄 저장소는 미국의 파우더 강 유역으로 대표됩니다. 유역 개발 초기에는 낮은 가스 함량과 낮은 형성 압력이 석탄층 메탄의 개발을 방해할 것으로 여겨졌습니다. 석탄 저장소의 특성, 이론 및 기술 진보 본 프로젝트가 가져온 새로운 완성 기술 개념은 유역 내 석탄층 메탄의 상업적 개발을 촉진하고 저탄위 석탄층 메탄 개발의 실증 사례가 되었습니다. 중국 중가르 유역의 석탄층 메탄 저장소는 미국 파우더 강 유역의 석탄층 메탄 저장소와 매우 유사합니다. 파우더 강 유역의 석탄층 메탄 저장소보다 가스 함량이 훨씬 높습니다. Basin은 Junggar Basin의 석탄층 메탄 탐사 및 개발에 대한 아이디어와 참고 자료를 제공합니다.

북쪽 얼리안 분지, 중앙 오르도스 분지, 고등급 석탄층 메탄이 상업화된 친수 분지, 해외의 대표적인 저등급 석탄층 메탄인 펜허 분지 등이 있다. 특성 비교를 위해 지역을 선택했습니다. 그 중 북쪽의 이련분지군은 우리 나라의 중요한 하급 석탄 축적지이고, 화림강 지역은 얼롄분지군의 전형적인 석탄 축적지이다. 중앙 오르도스 분지의 쥐라기 시스템(Jurassic System)에서는 2010년 5월 말 현재 17개의 석탄층 메탄 탐사정이 시추되었으며 현재 일부 우물에서는 산업용 가스 흐름이 유입되고 있습니다. 그 중 퉁촨 광산국과 석탄과학 종합 연구소 시안 연구소가 공동으로 자오핑 광산 지역에 깊이 628m의 석탄층 메탄정을 개발했습니다. 배수 작업을 한 달 만에 일일 가스 생산량이 1000m3에 달했습니다. , 이후 가스 생산량은 1000~1500m3/d로 유지되었다. 중가르 남부 지역에는 14개의 석탄층 메탄정이 건설 중이며, Well Fuzu 1 및 Well ZN-01에서 지속적인 배수 데이터를 얻어 중가르 남부의 배수 특성 연구 및 배수 시스템 구성에 대한 원본 데이터를 제공합니다. 지역.

고탄등급 및 가스 함량이 높은 특성에 비해 저탄등급 지역은 투과성이 좋고 탄층 두께가 큰 특성을 갖고 있어 저탄등급 탄층 메탄 개발을 위한 자원 조건을 보장하고 석탄층 메탄 생산에 유리한 조건. 예를 들어 친수이 분지의 주요 가스 함유 지역의 가스 함량은 10m3/t 이상이며 이는 일반적으로 저탄층 석탄층 메탄 저장소의 가스 함량보다 몇 입방미터 더 높습니다. 미국의 파우더리버(Powder River) 유역 내 하위 석탄층 메탄 저장소의 투과도는 일반적으로 35~35입니다. Ordos 분지의 Wushen Banner 지역과 남부 Junggar 지역의 주요 석탄층은 모두 10mD인 반면, Qinnan의 고급 석탄층 메탄 저장소의 투과성은 일반적으로 2mD 미만입니다. 탄층의 두께 또한 일반적으로 Qinshui 분지보다 높습니다.

표 1 석탄층 메탄 분지의 주요 특성 비교

중가르 남부 지역은 중국의 다른 저탄위 지역에 비해 가스 함량이 높고 탄층 두께가 중간 정도이지만, 큰 지층 경사각으로 인해 개발 난이도가 높아지며, 파우더 강 유역과 많은 유사점이 있습니다. 석탄 저장소는 높은 투과성, 두꺼운 석탄층, 큰 층위학적 경사각을 가지고 있습니다. 파우더 강의 성공적인 탐사 및 개발 모델과 기술입니다. 유역은 중가르 남부 지역에 더 잘 적용됩니다.

4 중가르 분지 남부 석탄층 메탄의 기본 특성

이 지역의 석탄을 함유한 지층은 주로 쥐라기 중기의 시산야오층(J2x)과 바다오완층( J1b) 석탄층 발생 조건이 상대적으로 좋은 지역은 주로 마나스 강에서 푸강 다황 산맥까지의 구간에 분포하며, 그 중 바다오완층이 풍부한 석탄 벨트는 푸강의 수이구 지역에 위치하고 있습니다. , Xishanyao 층이 풍부한 석탄 벨트는 Mana에 있습니다. Xishanyao층의 회수 가능한 석탄층의 총 두께는 6~45.24m이고, Badaowan층의 회수 가능한 석탄층의 총 두께는 2.50~45.32m입니다. 석탄의 종류는 주로 장연탄과 가스탄이다. 가스 함량이 높은 지역은 우루무치 강의 백양강 지역에 분포합니다. 주요 회수 석탄층의 가스 함량은 푸강 다황산(Fukang Dahuangshan) 및 우루무치 광산 지역에서 가장 높은 가스 함량에 도달합니다. 약 15cm3/g. 이 지역은 기공과 균열이 발달하고 탄층 투과성이 높아 석탄층 메탄 개발에 도움이 됩니다. 저장소 압력은 일반적으로 약간 낮은 압력과 정상 압력 상태입니다. 중가르 남부 지역 석탄층의 기본 특성은 일반적으로 높은 경사각, 두꺼운 석탄층, 높은 가스 함량, 중간 투과성 및 약간의 저압입니다.

현재 중가르 분지 등 지역은 석탄층 메탄 탐사 전망이 좋으며 우리나라 저급 석탄층 메탄 탐사 및 개발의 잠재적 후속 지역으로 일반적으로 인식되고 있습니다. 저탄위 석탄층 메탄 탐사 및 개발 분야에서 돌파구를 마련하기 위해 노력합니다. "중국 서부의 저급 석탄층 메탄 자원 조사 및 연구 결과 보고서"(China United Coalbed Mthan Company, 2005)에 따르면 중가르 분지와 남쪽 가장자리에는 5개의 저급 석탄층 메탄 농축 지역이 있습니다. 중가르 분지(Junggar Basin)의 남쪽 가장자리는 신장 지역의 탐사 및 개발 잠재력이 가장 높은 지역입니다.

5 중난 탐사 현황

2010년 말까지 중가르 지역에는 매개정 7개, 생산시험정 3개, 매개+생산시험정 1개가 건설되었으며, *** 11개의 웰.

중가르 남부 지역에 방류된 석탄층 메탄정은 *** 4개 있다.

2006년 PetroChina는 Hutubi에 Well Changcai 1과 Well Changcai 2를 건설하고 케이싱을 갖춘 유정을 완성했으며 캐비테이션, 천공 및 파쇄를 통해 저장소 재건을 수행했습니다. 측정된 석탄층의 최고 가스 함량은 7m3/t(깊이 890)입니다. ~ 1070m), 2008년에 신장 탄전 지질국은 푸강 지역에 푸자이 유정 1호를 고에너지 가스 파쇄를 위해 천공했고, 11월에는 44호 석탄을 완성했습니다. 같은 해 채굴이 시작되어 12월 9일에 점화가 성공했으며 배수 및 생산 과정에서 2009년 일일 최대 가스 생산량은 거의 1,000m3에 달했습니다. China United Company와 Xinjiang Coalfield Geology Bureau는 ZN01을 구현했습니다. Fukang 지역의 케이싱이 완료된 석탄층 메탄 생산정과 매개변수 우물이며, 테스트 결과 42번 탄층의 평균 가스 함량은 9.6m3/t입니다. 888m)이 파쇄되어 현재 배수 중이어서 가스 생산량이 적습니다.

그림 2 중가르 남부 지역 석탄층 메탄정 분포도

일반적으로 중가르 남부 지역의 석탄층 메탄 탐사 및 개발은 탐사 초기 단계에 있다. 현재 선택된 지역에 대한 평가가 초기에 완료되었습니다. 우리는 석탄층 메탄의 지질학적 조건과 저장소 특성을 어느 정도 이해하고 있으며 동시에 10개 이상의 석탄층 메탄 유정을 구현하고 4개 유정에 대한 생산 테스트를 수행했습니다. 우리는 석탄 저장소 매개변수 및 생산 특성 데이터를 얻었으며 석탄층 메탄 우물의 시추 및 저장소 재건을 수행하여 배수 및 채굴 분야에서 귀중한 경험을 축적했습니다. 탐사 및 개발 작업은 Fukang, Houxia 및 Liuhuanggou Manas 지역에 집중되어 있으며 이 지역 역시 작업의 우선 순위이자 핵심 영역입니다. 신장 탄전 지질국은 Fuchai 1 유정과 ZN01 유정을 기반으로 Fukang Baiyanghe 지역에 소규모 유정 네트워크 건설을 진행했으며, 우선 신장 지역에 석탄층 메탄 개발 및 이용 기지를 구축할 계획입니다. 시연 및 운전 역할을 수행하는 영역입니다.

6가지 탐사 및 개발 제안

6.1 우물 패턴 배치

이 지역의 지층 경사각이 크기 때문에(Fukang의 유리한 지역의 지층 경사각은 45°에서 50° 사이), 경사각이 큰 구조의 압력 강하 깔때기 특성에 따라 삼각형으로 구성된 사다리꼴 네트워크 사용을 고려하십시오. 즉, 2개의 라인(우물 간격 약 300m)을 배치하고, 라인 간격은 200m(수직 깊이는 700m~900m)로 총 5개의 우물을 배치한다(Yang Shuguang, 2010). 최적의 배치를 위한 우물 패턴과 우물 유형을 결정하려면 수치 시뮬레이션을 사용해야 합니다. 합리적인 우물 간격을 결정하기 위해 가능한 한 빨리 수치 시뮬레이션 작업을 수행하는 것이 좋습니다.

6.2 시추 및 완성 기술

(1) 고경사 및 고투수성 지역: 중가르분지 남부 푸강지역의 탄층 경사도가 크고 투수성이 높은 지역에서, 높은 경사각 우물을 사용할 수 있습니다. 드릴링 기술, U자형 수평 우물 기술(U자형 방향성 우물). 경사형 유정은 탄층의 경향을 따라 높은 곳에서 낮은 곳으로 굴착되어 석탄층과의 접촉면적을 최대로 확보하여 단일 유정의 생산량을 3~5배 증가시킬 것으로 예상됩니다.

(2) 두꺼운 석탄층: Fukang 지역 주요 석탄층의 두께는 20m 이상입니다. ZN01은 수력학적 모래 파쇄 과정을 거쳤지만 파쇄 과정과 파쇄 곡선은 이상적입니다. 그러나 높은 지반 응력으로 인해 가능합니다. 균열이 열린 후 유정의 압력이 해제되고 균열이 다시 닫혀서 석탄층의 투과성이 약화되는 현상을 테스트하여 실제 모습을 확인할 수 있습니다. 적용 효과.

(3) 탄층이 부드럽고 파쇄압력이 낮음: 탄층 메탄정 접합의 시멘트 복귀 깊이는 일반적으로 최상층 탄층 지붕 위 200m이며, 42호 탄층 ZN01 유정 대상층은 최상층 탄층의 39번 탄층에서 100m 떨어져 있습니다. 탄층 파열 압력이 낮아 석탄 저장소에 일정한 영향을 미칠 수 있습니다. 시멘트 반환 깊이는 석탄층 매설 깊이, 파괴 압력, 석탄 품질 등에 따라 결정되어야 합니다. 시멘트 슬러리 및 변위 유체의 양은 석탄층이 부드럽고 파괴 압력이 낮을 때 합리적으로 제어되어야 합니다. 시멘트 복귀 깊이는 합리적으로 감소되어야 하며, 시멘트 접합 유체 밀도는 감소되어야 하며, 접합 중에 석탄층이 파손되는 것을 방지하고, 접합 품질을 보장하며, 석탄 저장고를 보호해야 합니다.

6.3 배수

석탄층 메탄은 주로 흡착된 상태로 석탄층에 저장되어 있으므로 석탄층 메탄정의 생산은 석탄층이나 지붕에 갇힌 물을 배수하는 방식으로 이루어집니다. 및 바닥 대수층, 석탄 저장소 압력을 감소시켜 석탄 저장소에 흡착된 석탄층 메탄의 탈착을 촉진합니다. 석탄층 메탄정의 가스 생산량과 생산 주기는 배수 시스템 조정과 장비 선택을 통해 직접적으로 제어됩니다. 따라서 배수 과정에서는 석탄층 메탄정의 지질학적 특성, 저수지 조건 및 다양한 생산 단계에 적합한 배수 기술을 선택해야 합니다.

일반적인 원칙은 액체 토출이 연속적이고 원활해야 하며, 유체 레벨이 꾸준히 감소하도록 유지해야 한다는 것입니다. 간헐적인 토출 및 토출량의 큰 변동으로 인해 생산 압력 차이가 변동되어서는 안 됩니다. 상하로 움직이면 저장소가 들뜨고 가루가 뿜어져 나와 무너질 수 있습니다.

China United Company의 Qinnan 지역 배수 및 채굴 경험을 바탕으로 배수 및 압력 감소 단계에서 우물 바닥과 저수지 사이의 압력 차이를 줄이고 완전성을 유지하기 위해 탄층 구조에서는 일정한 압력 배수 방식을 사용해야 합니다. 광산 시스템은 해당 지역의 지층 수 조건과 탄층 강도를 기반으로 적당한 배수 강도를 제어하고 액체 수준의 꾸준한 감소를 유지해야 합니다. Fukang 지역의 주요 석탄층은 깊이가 거의 900m에 달하며 대상 층은 상대적으로 깊어 배수 및 압력 감소의 후반 단계에서 액체 수위가 하루 50m 이상 떨어지지 않아야 합니다. 한편으로는 분쇄된 석탄과 파쇄된 모래가 유정 근처에 쌓이는 것을 방지하고 흡입 과정에서 석탄 틈을 막는 것을 방지하기 위한 것이며, 다른 하나는 펌프가 정지될 때마다 펌프 배럴에 들어가 펌프 막힘을 유발하는 것을 방지하기 위한 것입니다. 셋째, 바닥 구멍 압력이 너무 빨리 방출되어 상부 지층의 압력에 영향을 받으면 초기 단계에서 수정된 가스 이동 채널이 강하게 압박되어 폐쇄됩니다. 안정적인 생산 단계에서는 고정된 생산 배수 및 생산 시스템을 사용하는 것이 좋습니다. 즉 바닥 구멍 압력을 제어하여 가스 생산을 제어하는 ​​것이 좋습니다. 바닥 구멍 압력을 줄이고 가스 생산량을 늘리려는 목적은 케이싱 압력을 줄이거나 유체 수준을 낮추면 달성될 수 있습니다.

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