臨興地區(qū)非常規(guī)天然氣合探共采地質(zhì)條件分析

郭本廣 許浩 孟尚志 張文忠 劉一楠 羅皓菡 李 勇 申文敏

(1．中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100011;2．中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083;3．國家煤層氣開發(fā)利用工程研究中心煤儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

臨興地區(qū)非常規(guī)天然氣合探共采地質(zhì)條件分析

郭本廣1許浩2，3孟尚志1張文忠1劉一楠1羅皓菡2，3李 勇2，3申文敏2，3

(1．中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100011;2．中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083;3．國家煤層氣開發(fā)利用工程研究中心煤儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

本文通過對(duì)三種非常規(guī)天然氣資源勘探和開發(fā)地質(zhì)條件的系統(tǒng)分析，結(jié)果表明，臨興地區(qū)具有煤層氣、頁巖氣和致密砂巖氣優(yōu)越的成藏條件和良好的配置關(guān)系。提出了該地區(qū)非常規(guī)天然氣的勘探開發(fā)可遵循以下原則:東部淺層進(jìn)行太原組煤層氣、頁巖氣以及山西組煤層氣的合探共采，西部深層集中進(jìn)行山西組頁巖氣、致密砂巖氣以及太原組致密砂巖氣的合探共采。

臨興地區(qū) 煤層氣 致密砂巖氣 頁巖氣 合探共采

Abstract:The paper makes a systematic analysis of geological conditions for exploration and development of three types of non conventional natural gases．The results show that Linxing area has superior formation conditions for CBM，shale gas and compact sandstone gas and excellent allocative relation．Natural gases accumulate in three kinds of reservoir，namely，coal seam，shale，and compact sandstone，and form continuous mineral deposits．The paper points out that exploration and development of the non-conventional natural gases，people should follow the following principles:in eastern shallow layers，joint exploration and co-exploitation should be carried out in Taiyuan formation CBM，shale gas and Shanxi formation CBM;in western deep layers，joint exploration and co-extraction should concentrate on Shanxi formation shale gas，compact sandstone gas and Taiyuan formation compact sandstone gas．

Keywords:Linxing aea;CBM;compact sandstone gas;shale gas;joint-exploration

近年來，隨著非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)的深入進(jìn)行，對(duì)于沉積盆地內(nèi)油氣資源的成藏機(jī)理、賦存條件以及勘探開發(fā)利用模式等有了更加深入的認(rèn)識(shí)。“連續(xù)型油氣藏”概念的提出將煤層氣、致密砂巖氣和頁巖氣三種非常規(guī)油氣資源從油氣形成機(jī)理、聚集條件、分布特征及開發(fā)技術(shù)方法等方面系統(tǒng)的聯(lián)系起來。臨興地區(qū)位于鄂爾多斯盆地東緣河?xùn)|煤田中部，前期勘探和試井生產(chǎn)顯示該區(qū)塊煤層氣、頁巖氣和致密砂巖氣勘探開發(fā)具有良好的前景。本文將通過對(duì)煤層氣、致密砂巖氣和頁巖氣三種資源勘探和開發(fā)地質(zhì)條件的系統(tǒng)分析，探討研究區(qū)三氣合探共采的模式及前景，以期為該地區(qū)非常規(guī)天然氣的利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

臨興地區(qū)位于山西省西部林縣和興縣地區(qū)，北臨河保區(qū)塊，南接三交北區(qū)塊，本區(qū)屬單斜構(gòu)造，在區(qū)塊東側(cè)斷層發(fā)育，出露上石炭紀(jì)和下二疊紀(jì)地層，從東向西地層埋深逐漸加大，至區(qū)塊西南側(cè)埋深大于2000m(圖1)。研究區(qū)內(nèi)上古生代太原組和山西組兩套地層是煤層氣、致密砂巖氣和頁巖氣的主力勘探層位(圖2)。

圖1 臨興地區(qū)太原組9#煤層埋深等值線

太原組為一套陸表海沉積，下部為障壁沉積環(huán)境，巖性主要由砂、泥巖組成，發(fā)育有兩套煤層，厚度較大，可作為整個(gè)區(qū)域上的標(biāo)志層;中部為潮坪沉積，發(fā)育厚層碳酸鹽巖，其下發(fā)育煤層;上部主要為瀉湖相沉積的暗色泥巖和碳質(zhì)泥巖。山西組為一套三角洲平原沉積，下部主要為沼澤沉積，發(fā)育煤層;中部分流河道砂巖發(fā)育;上部發(fā)育砂泥互層，以泥巖為主。

圖2 臨興地區(qū)地層綜合柱狀圖

2 煤層氣

臨興地區(qū)太原組含煤4～8層，下部的8#、9#煤層為主要可采煤層，10#煤層僅零星發(fā)育，上部的6#、7#煤層僅在個(gè)別地區(qū)達(dá)可采厚度，一般不可采，也不具煤層氣開發(fā)價(jià)值。其中8#煤層厚度在2～18m之間(圖3)，平均厚8.32m，是本區(qū)煤層氣勘探開發(fā)的主力煤層。山西組自下而上可見5層煤，其中3#、4#煤層局部可采，5#煤層大部可采，其余煤層僅在個(gè)別地區(qū)發(fā)育薄煤線。5#煤層厚1～7.32m(圖4)，平均3.83m，煤層穩(wěn)定，全區(qū)可采，是山西組的主力煤層。5#煤層在研究區(qū)北部普遍3m以上，在興縣以西厚度最大，在5m左右;8#煤層厚度明顯大于5#煤層，在興縣周邊形成10m左右的厚煤分布區(qū)，在西南部煤厚較小，平均在3m左右。

區(qū)內(nèi)5#煤層含氣量5～20m3/t，含氣量整體呈帶狀分布，從東北向西南含氣量增大，與煤層厚度關(guān)系不大，與埋深呈正相關(guān)。8#煤層含氣量也在5～20m3/t之間，但相同地點(diǎn)的含氣量高于5#煤層。研究區(qū)中北部煤層厚度大，埋深適中，煤層氣保存條件較好，有利于煤層氣的勘探開發(fā)，西南地區(qū)含氣量較高，但埋深較大，暫不適于煤層氣的大規(guī)模開發(fā)。

圖3 臨興地區(qū)8#煤厚度等值線圖

圖4 臨興地區(qū)5#煤厚度趨勢(shì)圖

3 頁巖氣

臨興區(qū)塊上古生代發(fā)育了太原組和山西組兩套泥頁巖地層，也是本區(qū)頁巖氣勘探遠(yuǎn)景的兩套主要地層。其中，太原組發(fā)育一套海相深色－黑色泥頁巖，主要巖性有深色灰質(zhì)泥巖、硅質(zhì)泥頁巖、鈣質(zhì)泥頁巖和黑色炭質(zhì)泥巖，夾薄層粉砂質(zhì)及砂質(zhì)泥巖，部分地區(qū)夾薄層油頁巖。山西組則發(fā)育一套陸相三角洲和湖相深色泥頁巖沉積，主要巖性包括深色灰質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)泥巖、硅質(zhì)泥頁巖、粉砂質(zhì)頁巖。

山西組泥頁巖總厚度為55～130m，在區(qū)內(nèi)分布整體呈現(xiàn)東部厚度較薄，向西南厚度逐漸增大的趨勢(shì)(圖5)。相比于山西組，太原組海相地層在區(qū)內(nèi)整體發(fā)育厚度較小，總厚度為50～120m，呈西部薄東部厚的特點(diǎn)，在興縣附近厚度達(dá)到最大值(圖6)。

圖5 山西組泥頁巖總厚度分布圖

圖6 太原組泥頁巖厚度及總厚度

泥頁巖樣品的測(cè)試分析結(jié)果表明，研究區(qū)山西組泥頁巖總有機(jī)碳含量范圍1.13～8.62wt%，平均值3.91wt%，有機(jī)質(zhì)成熟度(Ro)1.28～1.60;太原組泥頁巖總有機(jī)碳含量范圍1.15～40.81wt%，平均值13.94wt%，有機(jī)質(zhì)成熟度(Ro)0.93～1.78之間，顯示出具有較高的頁巖氣資源潛力。

4 致密砂巖氣

致密砂巖氣作為非常規(guī)天然氣的重要組成部分，越來越受到廣大石油地質(zhì)工作者的關(guān)注，而正確地認(rèn)識(shí)致密砂巖氣是有效開發(fā)利用它的前提條件。鄂爾多斯盆地致密砂巖氣資源十分豐富，從儲(chǔ)層分布來看，臨興地區(qū)太原組砂體呈現(xiàn)出東厚西薄的特點(diǎn)，砂體厚度范圍為4～41.89m(圖7)。山西組砂體厚度較大，分布規(guī)?？傮w上大于太原組，顯示出較好的成藏條件，砂體厚度在區(qū)域具有相似的變化特點(diǎn)(圖8)。研究區(qū)砂巖物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表明，儲(chǔ)集層的孔隙度和滲透率均較低，孔隙度范圍為1.2%～17.5%，其中分布于2～10%的占到60%;滲透率為0.1～160md，分布在0～0.5md占到80%，屬于低孔低滲砂巖。

圖7 太原組砂體厚度等值圖

圖8 山西組砂厚度等值圖

從成藏角度來看，研究區(qū)山西組致密砂巖儲(chǔ)層厚度大，泥頁巖和煤層作為氣源巖生氣充足，但保存條件方面臨興地區(qū)東部埋深較淺，構(gòu)造改造強(qiáng)烈，斷層發(fā)育，不利于致密砂巖氣藏的保存，而西南部地區(qū)儲(chǔ)層埋深大，斷層不發(fā)育，前期鉆井顯示出較好的產(chǎn)氣能力，表明研究區(qū)山西組致密砂巖氣在西南部地區(qū)具有良好的資源勘探開發(fā)前景。

5 合探共采方案

烴源巖熱演化史分析表明，臨興區(qū)塊在晚古生代煤系地層形成后即開始穩(wěn)定的沉降，至侏羅紀(jì)中期達(dá)到最大埋深，這一時(shí)期該套泥頁巖進(jìn)入成熟階段，此后，燕山期晚期臨興區(qū)塊中部的巖漿熱活動(dòng)使得有泥頁巖和煤層中的有機(jī)質(zhì)進(jìn)一步成熟，進(jìn)入大量生氣階段，該階段氣源巖中的大量生成的天然氣在滿足自身儲(chǔ)集的基礎(chǔ)上，向致密砂巖儲(chǔ)層中以活塞式運(yùn)聚，從而在垂向上形成了煤層-頁巖-致密砂巖三種儲(chǔ)層中氣體連續(xù)成藏的模式，后期隨著地層的抬升，溫度降低，煤層和泥頁巖中飽和富集的天然氣發(fā)生逸散，進(jìn)入上覆的致密砂巖儲(chǔ)層中，在適當(dāng)?shù)奈恢镁奂⒈４嫦聛??；谝陨戏治霰砻?，臨興地區(qū)具有煤層氣、頁巖氣和致密砂巖氣優(yōu)越的成藏條件和良好的配置關(guān)系，但不同的層位和構(gòu)造位置上存在差異。因此，依據(jù)各自的富集規(guī)律，該地區(qū)非常規(guī)天然氣的合探共采方案可歸納為:東部淺層進(jìn)行太原組煤層氣、頁巖氣以及山西組煤層氣的合探共采，西部深層集中進(jìn)行山西組頁巖氣、致密砂巖氣以及太原組致密砂巖氣的合探共采。

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Geology Condition Analysis for Unconventional Gas Co-exploration and Concurrent Production in Linxing Area

Guo Benguang1，Xu Hao2，3，Meng Shangzhi1，Zhang Wenzhong1，Liu Yinan1，Luo Haohan2，3，Li Yong2，3，Shen Wenmin2，3
(1．China United Coalbed Methane Co．Ltd．，Beijing 100011;2．School of Energy Resource，China University of Geosciences(Beijing)，Beijing 100083;3．Coal Reservoir Laboratory of National Engineering Research Center of Coalbed Methane Development＆Utilization，Beijing 100083)

國家科技重大專項(xiàng)大型油氣田及煤層氣開發(fā)(2011ZX05062)。

郭本廣，男，高級(jí)工程師，主要從事煤層氣勘探開發(fā)研究與管理工作。

(責(zé)任編輯 劉 馨)