沁水盆地煤層氣國(guó)際合作區(qū)塊勘探現(xiàn)狀

黃曉明 賈高龍 郭奕宏 王艷芳

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司國(guó)際合作部,北京 100011)

沁水盆地煤層氣國(guó)際合作區(qū)塊勘探現(xiàn)狀

黃曉明 賈高龍 郭奕宏 王艷芳

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司國(guó)際合作部,北京 100011)

山西沁水盆地一直是國(guó)內(nèi)煤層氣勘探開發(fā)的熱點(diǎn)地區(qū),吸引了國(guó)內(nèi)外眾多煤層氣專業(yè)公司和石油天然氣公司來此投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。本文在詳細(xì)評(píng)價(jià)了該盆地7個(gè)煤層氣國(guó)際合作區(qū)塊的基礎(chǔ)上,全面介紹了其中5個(gè)區(qū)塊的煤層氣基本特征。內(nèi)容涉及到煤層氣地質(zhì)條件、氣含量、等溫吸附特性、煤層埋深、滲透率和生產(chǎn)曲線等。綜合分析對(duì)比這些參數(shù),有助于我們了解沁水盆地煤層氣的生產(chǎn)特性,進(jìn)而確定其商業(yè)開采價(jià)值。

沁水盆地 國(guó)際合作區(qū)塊 煤層氣 潛力

沁水盆地是一個(gè)南北走向,東西對(duì)稱的構(gòu)造盆地 (圖1)。近年來,由中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司等和與其合作的國(guó)外眾多專業(yè)公司的共同努力,發(fā)現(xiàn)該盆地石炭-二疊系煤層氣藏。然而,目前的勘探開發(fā)熱點(diǎn)還主要集中在盆地的南北兩端,沁水盆地中部廣大區(qū)域的煤層氣勘探開發(fā)尚處于起步階段。中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司應(yīng)殼牌中國(guó)公司的邀請(qǐng),對(duì)沁水盆地內(nèi)部國(guó)際合作區(qū)塊的煤層氣潛力做出了較為全面的評(píng)價(jià)。

1 柿莊南區(qū)塊

柿莊南區(qū)塊位于山西省沁水縣與長(zhǎng)子縣境內(nèi),即沁水盆地東南部,合同區(qū)塊面積388km2。其地理坐標(biāo)為:東經(jīng)112°33′～112°48′,北緯35°46′～36°58′。

中聯(lián)公司與格瑞克能源公司于2003年1月8日簽訂《中華人民共和國(guó)山西柿莊南地區(qū)煤層氣資源開采產(chǎn)品分成合同》,自2003年3月1日?qǐng)?zhí)行以來進(jìn)行了聯(lián)合地質(zhì)研究,鉆探完成了近六十口參數(shù)井及生產(chǎn)試驗(yàn)井,有近五十口井進(jìn)行排采,煤層氣產(chǎn)量一般為2000m3/d。目前已完成了總體開發(fā)方案的編制,即將進(jìn)入開發(fā)階段。

本區(qū)主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組,共發(fā)育煤層6～11層,其中山西組3號(hào)主力煤層平均厚度5.82m,太原組15號(hào)主力煤層厚度0.80～7.07m。區(qū)內(nèi)總體構(gòu)造較為簡(jiǎn)單,較大的斷層有寺頭正斷層和后城腰正斷層,還有一些小斷層,斷層方向主要呈北北東向和近南北向展布,地層傾向西北,傾角平緩,主力煤層埋藏深度在300～1000m,一般為700m。

區(qū)內(nèi)有煤系基底的奧陶系灰?guī)r裂隙巖溶含水層、太原組K2和K3灰?guī)r含水層、山西組砂巖裂隙含水層、石盒子組砂巖裂隙含水層和第四系砂礫巖含水層,幾套含水層系之間各自形成了獨(dú)立的水動(dòng)力承壓系統(tǒng),一般不存在水力聯(lián)系。

該區(qū)主力煤層含氣量在9.59～24.60m3/t之間,煤鏡質(zhì)體反射率在2.20%～3.99%之間,屬于貧煤～無煙煤;主力煤層具有較強(qiáng)的生氣能力和吸附能力,蘭氏體積50.81～66.09m3/t,含氣飽和度60%～90%,儲(chǔ)層滲透率0.004～3.34md,3號(hào)煤層滲透率普遍高于15號(hào)煤層,3號(hào)煤層儲(chǔ)層壓力在2.82～3.83MPa之間,15號(hào)煤層儲(chǔ)層壓力在4.34～6.11MPa之間。

柿莊南區(qū)塊含煤面積388km2,主力煤層平均總厚度10m,平均含氣量15m3/t,煤容重1.4t/m3,估算煤層氣總資源量可達(dá)810×108m3以上,平均資源豐度為2.09×108m3/km2。

2 柿莊北區(qū)塊

柿莊北區(qū)塊位于山西省長(zhǎng)子縣與高平縣境內(nèi),即沁水盆地東南部,其地理坐標(biāo)為:東經(jīng)112°33′～112°48′,北緯35°58′～36°07′,合同區(qū)塊面積374.92km2。截止目前,本區(qū)共完成了15條二維地震測(cè)線122.61km,和8口煤層氣參數(shù)井和生產(chǎn)試驗(yàn)井的施工作業(yè),并對(duì)4口井進(jìn)行了排采,排采初期氣產(chǎn)量較低。

本區(qū)主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組與二疊系下統(tǒng)山西組,山西組含煤3～5層、太原組含煤5～14層,煤層累計(jì)厚度為9.9～11.9m,平均厚度為10.9m。主要目的層3號(hào)煤層厚度4.4～7.0m, 15號(hào)煤層厚度為4.5～4.9m。煤層變化規(guī)律總體上表現(xiàn)為北薄南厚。

該區(qū)塊地質(zhì)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單,地層傾向西北,傾角平緩,主要有寺頭正斷層以及與之伴生的次一級(jí)斷層,多呈北東向展布。區(qū)塊內(nèi)主力煤層埋藏深度一般為800～1100m。

該區(qū)塊水文地質(zhì)特征與柿莊南區(qū)塊相似,含水層有煤系基底的奧陶系灰?guī)r裂隙巖溶含水層、太原組灰?guī)r含水層、山西組砂巖裂隙含水層、石盒子組砂巖裂隙含水層和第四系砂礫巖含水層。

煤巖分析成果表明,3號(hào)與15號(hào)煤層鏡質(zhì)組含量平均78%,惰質(zhì)組含量平均21%,殼質(zhì)組含量甚微。煤灰分平均14%,揮發(fā)分產(chǎn)率8.26%～15.24%,固定碳含量60.01%～77.49%,鏡煤反射率Ro為2.04%～3.17%,煤類為貧煤～無煙煤。

主力煤層含氣量一般為4～22m3/t,其中3號(hào)煤層含氣量一般為4～16m3/t,15號(hào)煤層含氣量一般為4～22m3/t。3號(hào)煤層含氣飽和度為22.4%～100%,平均為62.4%;15號(hào)煤層含氣飽和度為28.1～96.0%,平均為58.5%,多為欠飽和狀態(tài)。煤儲(chǔ)層滲透率一般小于1.0md。3號(hào)煤儲(chǔ)層壓力平均3.49MPa,15號(hào)煤儲(chǔ)層壓力平均4.36MPa,平均壓力梯度為7.1KPa/m。

柿莊北區(qū)塊含煤面積374km2,3號(hào)煤層厚度平均為5.7m,15號(hào)煤層厚度平均為4.7m,主力煤層含氣量平均為16m3/t,煤容重1.4t/m3。估算煤層氣總資源量870×108m3,資源豐度為2.33×108m3/ km2。

3 壽陽區(qū)塊

壽陽區(qū)塊位于晉中市壽陽縣,西距太原市約50km。區(qū)塊范圍地理坐標(biāo)為:東經(jīng)112°49′～113° 21′,北 緯 37°30′～ 37°55′,區(qū) 塊 面 積 為1961.892km2。

本區(qū)煤層氣勘探歷經(jīng)十多年,進(jìn)行了綜合地質(zhì)研究、煤層氣資源評(píng)價(jià)以及勘探開發(fā)可行性研究。由中聯(lián)公司和遠(yuǎn)東公司等完成了地震、煤層氣參數(shù)井、水平井及定向井排采作業(yè),先導(dǎo)性試驗(yàn)井產(chǎn)氣量一般為600m3/d,最高氣產(chǎn)量1600m3/d。

壽陽區(qū)塊位于沁水煤田的東北部,區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單,地層傾角一般5°～12°。構(gòu)造多呈短軸褶曲,見有蔡莊向斜、大南溝背斜和草溝背斜等。區(qū)內(nèi)以正斷層為主,斷層對(duì)煤儲(chǔ)層有一定影響,局部地段地層傾角可達(dá)30°。區(qū)內(nèi)西北部的煤層露頭附近的淺部地區(qū)發(fā)育有巖溶陷落柱。煤儲(chǔ)層埋深500～1400m(圖2)。

圖2 壽陽區(qū)塊3號(hào)煤埋深等值線圖

本區(qū)主要含水層有中奧陶統(tǒng)灰?guī)r巖溶裂隙含水層、太原組灰?guī)r裂隙含水層、山西組砂巖裂隙含水層、第四系砂礫石層孔隙含水層。本區(qū)各含水層之間基本是相對(duì)獨(dú)立的含水體系。

含煤地層主要為太原組和山西組,共含可采煤層5～7層,可采煤層總厚度6～14m。中部韓莊井田為6～14m,東部和西部煤層厚度為6～10m。煤中顯微組分以鏡質(zhì)組為主占83%,惰質(zhì)組占14%,半鏡質(zhì)組含量占3%。3號(hào)煤為低中灰～低硫煤,6號(hào)煤為中灰～中硫煤,8號(hào)煤為中灰～中硫煤,9號(hào)煤為中灰～低中硫煤,15號(hào)煤為低中灰～中高硫煤。煤類為瘦煤和貧煤,均屬高發(fā)熱量煤,煤的鏡質(zhì)組反射率為1.60%～2.60%。

煤層含氣量在7～23m3/t之間,平均13.02m3/t。煤層氣成分以甲烷為主,含量占 70.63～99.87%。本區(qū)煤的吸附能力很高,3號(hào)煤原煤的飽和吸附量平均 28.29m3/t,蘭格謬爾壓力平均2.41MPa,煤儲(chǔ)層壓力在400～600m深度區(qū)間內(nèi)變化于2.53～4.67MPa,在600～900m深度區(qū)間內(nèi)變化于3.25～6.85MPa,壽陽地區(qū)煤儲(chǔ)層總體上表現(xiàn)為地層欠壓。煤層滲透率為0.1～82.8md。

煤層氣資源評(píng)價(jià)成果:3號(hào)煤層預(yù)測(cè)儲(chǔ)量為919.49×108m3,15號(hào)煤層預(yù)測(cè)儲(chǔ)量為 924.01× 108m3,其它煤層的推測(cè)資源量為2621×108m3,所有煤層的煤層氣總資源量為4855×108m3,總資源豐度為2.48×108m3/km2。

4 沁源區(qū)塊

沁源區(qū)塊位于山西省沁源縣、沁縣境內(nèi),區(qū)塊地理坐標(biāo)為:東經(jīng)112°11′00″～112°46′00″,北緯36°22′00″～ 37°00′00″,區(qū)塊登記面積為3663.303km2。

中聯(lián)公司與格瑞克能源公司于2003年1月8日簽訂《中華人民共和國(guó)山西沁源地區(qū)煤層氣資源開采產(chǎn)品分成合同》,自2003年3月1日?qǐng)?zhí)行以來,進(jìn)行了聯(lián)合地質(zhì)研究,鉆探完成了十多口參數(shù)井及先導(dǎo)性開發(fā)井組,目前大部分煤層氣井正在進(jìn)行排采作業(yè),排采初期氣產(chǎn)量較低。

該區(qū)塊位于沁水盆地中部,為一個(gè)寬緩的向斜構(gòu)造,地層傾角5°～15°,伴有波狀起伏,區(qū)內(nèi)斷層稀少,在沁源縣松羅村附近發(fā)育有東西向的松羅正斷層,區(qū)塊內(nèi)無明顯的巖漿活動(dòng),但存在陷落柱。煤層埋深一般300～1500m左右。

本區(qū)主要含煤地層為山西組與太原組。山西組由淺灰色中細(xì)粒砂巖、含細(xì)礫粗砂巖、深灰色～灰色泥巖、粉砂巖和煤層組成,底部為深灰色中粗粒砂巖 (K3北岔溝砂巖)標(biāo)志層,山西組平均厚度為40m,共含煤3～6層,其中3號(hào)主力煤層厚度一般為3m。太原組由深灰色砂巖、粉砂巖、黑色泥巖和含動(dòng)物化石的灰?guī)r以及煤層組成,底部為淺黃色厚層狀中細(xì)粒石英砂巖 (K1晉祠砂巖)標(biāo)志層,太原組平均厚度為120m,共含煤9～14層,含煤總厚度3.83～13.65m,其中8號(hào)煤層厚度0.15～1.83m,9+10(15)號(hào)主力煤層厚度 0.15～5.12m。

該區(qū)塊西部700m以淺范圍內(nèi),3號(hào)煤含氣量平均3.5m3/t,15號(hào)煤含氣量平均4.5m3/t;而在該區(qū)塊以東的潞安一帶3號(hào)煤含氣量平均10m3/t,15號(hào)煤含氣量平均9m3/t;在屯留一帶,3號(hào)煤含氣量平均12m3/t,15號(hào)煤含氣量平均11m3/t。本區(qū)塊3號(hào)煤層與 8+9(15)號(hào)煤層含氣量平均12.5m3/t以上?？傮w講,盆地北部的壽陽和南部的晉城一帶要比中部的沁源一帶含氣量高。

本區(qū)塊含煤面積3660km2,煤層平均總厚度8m,煤的容重1.4m3/t,平均含氣量13m3/t,估計(jì)煤層氣資源總量5330×108m3,資源豐度為1.46× 108m3/km2。

5 古交區(qū)塊

古交煤層氣勘查區(qū)塊位于山西省太原市西約15km處,地理坐標(biāo)為:東經(jīng)111°59′～112°21′(,北緯 37°34′～ 37°55′,區(qū) 塊登 記 面積 為1045.588km2。

該區(qū)塊位于西山煤田內(nèi),地質(zhì)勘探程度高,勘探鉆孔多。目前與泛亞大陸公司合作勘探開發(fā)本區(qū)塊的煤層氣資源,已施工完成了數(shù)口參數(shù)井與開發(fā)試驗(yàn)井,經(jīng)3口井的排采作業(yè),初期產(chǎn)氣量一般為1000m3/d。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造以北東東向?yàn)橹?其它方向展布的斷裂數(shù)量少、規(guī)模小,主要褶皺構(gòu)造有北東東向的獅子河-馬蘭向斜和水峪貫-泉泉寺向斜,少量的陷落柱發(fā)育。煤儲(chǔ)層埋藏深度一般為200～1000m。

本區(qū)水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單,發(fā)育有四套含水層:中奧陶統(tǒng)灰?guī)r巖溶含水層、太原組灰?guī)r裂隙含水層、山西組砂巖裂隙含水層、第四系砂礫層孔隙含水層,各含水層之間基本是相對(duì)獨(dú)立的含水體系,沿氣田周邊分布的富水帶對(duì)深部的煤層氣具有相當(dāng)程度的封閉性。

本區(qū)主要含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組及石炭系上統(tǒng)太原組。山西組主采煤2號(hào)煤層平均厚度2.3m,太原組主采煤8號(hào)煤層平均厚度3.9m、9號(hào)煤層平均厚度2.2m,三個(gè)主力煤層厚度穩(wěn)定-較穩(wěn)定。

本區(qū)原煤灰分一般為20%,揮發(fā)分一般為15%,原煤硫分1%～2%,發(fā)熱量一般為35MJ/ kg,鏡煤反射率1.1%～2.5%,煤類為肥煤-焦煤-瘦煤。

西山煤田范圍內(nèi),含煤面積2165km2,三個(gè)主力煤層的含氣量均大于8m3/t,其煤層氣資源量約為937×108m3,氣田內(nèi)所有可采煤層的煤層氣資源總量約為1266×108m3。所登記的古交煤層氣勘查區(qū)塊內(nèi),含煤面積 1045km2,主力煤層總厚度8.4m,平均含氣量8m3/t,煤的容重1.4m3/t,估算煤層氣資源量 980×108m3,資源豐度為 0.94× 108m3/km2。

6 結(jié)語

沁水盆地是我國(guó)煤層氣勘探開發(fā)較為成熟的地區(qū),估算煤層氣資源總量為3.95萬億m3。

煤層氣資源主要是以吸附氣和少量游離氣的形式賦存于晚古生界石炭-二疊系煤儲(chǔ)層和煤系地層中。

煤層埋深為200～1500米,含氣量為8～23m3/ t,滲透率為0.004～82.8md,煤層氣產(chǎn)量一般為2000m3/d,個(gè)別達(dá)上萬方。

本文在評(píng)價(jià)了沁水盆地內(nèi)七個(gè)國(guó)際合作區(qū)塊的煤層氣潛力的基礎(chǔ)上 (表1),較為詳細(xì)的論述了其中五個(gè)區(qū)塊。

表1 沁水盆地煤層氣國(guó)際合作區(qū)塊勘探成果

[1] 全國(guó)煤炭資源預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)研究報(bào)告 [R].北京:中國(guó)煤田地質(zhì)總局,1997.

[2] 戴金星等.中國(guó)天然氣地質(zhì)學(xué).卷2,北京,石油工業(yè)出版社,1996.

[3] 馮三利等.21世紀(jì)中國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展與展望[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2003.

[4] 葉建平等.中國(guó)煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)研究 [M].北京:石油工業(yè)出版社,2007.

[5] 王明壽.山西煤層氣資源概況及找氣方向 [J].中國(guó)煤層氣 (4),1996. (責(zé)任編輯 桑逢云)

General Exploration Status of the CBM Blocks in Qingshui Basin

Huang Xiaoming,Jia Gaolong,Guo Y ihong,Wang Yanfang
(China United Coalbed Methane Co.,Ltd.,Beijing 100011)

Qinshui basin in Shanxi province is always hot spot for CBM development and exploration which has attracted many CBM companies and oil and gas enterprises for commercial operation.A total of seven CBM blocks in the Qinshui Basin were evaluated exactly,and five of them were introduced briefly in the paper. Comparisons and analysis of the geological conditions,the gas content with the isotherms and the burial depth of the coal seams,and the production rate with permeabilityof coal seams are conducted to understand the gas productivity,and to help determine the potential for commercial development.

Qinshui basin;lease area;coalbed methane;potential

黃曉明,男,畢業(yè)于浙江大學(xué)地質(zhì)系,高級(jí)工程師,從事煤層氣地質(zhì)勘探與開發(fā)。