織金區(qū)塊煤層氣富集規(guī)律研究

熊 斌 馬 軍 劉 曉 路艷霞

(中國石油化工股份有限公司華東分公司石油勘探開發(fā)研究院，江蘇 210000)

1 區(qū)塊概況

織金區(qū)塊位于貴州省西部，行政規(guī)劃上位于貴陽市、六盤水市、安順市、畢節(jié)地區(qū)，區(qū)塊面積7300km2，含煤面積約4500km2。區(qū)塊內(nèi)發(fā)育2個相對完整的大型含煤向斜－黔西向斜和巖腳向斜。

織金區(qū)塊共實施煤層氣參數(shù)井7口，7口井鉆遇煤層總厚度20～40m，可采總厚度14～28m。目前，6口井投入生產(chǎn)，全部產(chǎn)氣，其中4口井獲得工業(yè)氣流。

2 煤層含氣量展布特征

織金區(qū)塊煤層含氣量整體較高，最高可達46m3/t(比德次向斜)，雖然區(qū)塊內(nèi)以向斜含煤構(gòu)造為主，呈現(xiàn)出相對獨立含氣系統(tǒng)，但在單個次級含煤構(gòu)造內(nèi)整體呈現(xiàn)高含氣量的特征，煤層平均含氣量在10～16m3/t。

黔西向斜南部一些煤礦的主力煤層含氣量為9～25m3/t;官寨次向斜的含氣量7～25m3/t(62個鉆孔測試樣)，平均15m3/t;巖腳向斜5個次級向斜平均含氣量在10～16m3/t，其中比德次向斜西南翼的部分地區(qū)含氣量在22～46m3/t，水公河次向斜煤層含氣量普遍較高，幾套主要可采煤層平均含氣量14～17m3/t。珠藏次向斜煤田鉆孔實測6#煤含氣量 1.5～29m3/t，平均 13m3/t，16#煤實測0.75～27m3/t，平均13m3/t，其他各煤層平均含氣量在10 ～17m3/t。

3 煤層氣富集主控因素分析

3.1 地質(zhì)特征的特殊性分析

中國南方煤層氣地質(zhì)具有明顯特征，有著高變質(zhì)、高含氣的優(yōu)點，同時還面臨構(gòu)造復雜、構(gòu)造煤發(fā)育，煤層薄，橫向變化大的難點，俗稱‘雞窩煤’，造成煤層氣地質(zhì)條件復雜化，難以形成較大連片資源規(guī)模。

研究區(qū)位于中國南方，除了具有南方地區(qū)普遍的優(yōu)點外，還有明顯有別于中國南方其他地區(qū)強構(gòu)造煤、雞窩煤的特殊性，主要表現(xiàn)為構(gòu)造變形較其他地區(qū)弱，以發(fā)育寬緩、穩(wěn)定含煤向斜為特征，煤體結(jié)構(gòu)保存較好，以碎裂煤為主;煤層層多，累計厚度大，是中國南方晚二疊世的聚煤中心。這兩點特殊性是織金地區(qū)在中國南方煤層氣領(lǐng)域最大也是最關(guān)鍵的優(yōu)勢所在。

3.1.1 煤體結(jié)構(gòu)優(yōu)越性分析

織金區(qū)塊在大地構(gòu)造位置上位于揚子地塊西段，一級構(gòu)造單元屬于黔中隆起。在華南地區(qū)，黔中隆起區(qū)與其他地區(qū) (四川盆地除外)構(gòu)造變形、煤體結(jié)構(gòu)差異顯著，鄂、湘、粵、桂等省構(gòu)造煤普遍發(fā)育，分析認為存在以下主要原因:

華南板塊為多塊體拼合而成，缺少統(tǒng)一的基底，并且內(nèi)部除揚子地塊外其他塊體缺少剛性基底，為無基底或為軟基底，且深部高導層發(fā)育，基底難以對構(gòu)造應力起到消減作用，而軟的高導層的存在又使基底之上的蓋層變形更易于發(fā)生;

華南板塊為多塊體拼合而成，其縫合線、拼合帶等是華南板塊內(nèi)部的構(gòu)造薄弱帶，在多期次構(gòu)造運動中易活化，為板內(nèi)復雜造山活動提供條件;

構(gòu)造薄弱帶的存在使得華南板內(nèi)造山活動頻繁，而在這些塊體內(nèi)剛性基底的缺失使得板內(nèi)造山活動加劇內(nèi)部的構(gòu)造復雜程度，從而華南整體上呈現(xiàn)出及其復雜的構(gòu)造背景;

揚子地塊作為華南板塊的主體，完整性好，四川盆地和黔中隆起區(qū)發(fā)育剛性結(jié)晶基底，尤其是黔中隆起，位于揚子地塊內(nèi)部，遠離構(gòu)造薄弱帶，晚寒武世至晚石炭持續(xù)隆盛剝蝕使得基底淺，從而構(gòu)造變形相對較弱，呈現(xiàn)出以寬緩向斜為主的構(gòu)造形態(tài)，碎裂煤為主的煤體結(jié)構(gòu)。

3.1.2 有利聚煤背景分析

聚煤作用發(fā)生的古地理條件是要求有常年積水的洼地，如濱海沿岸因海退而暴露出來的濱海平原和三角洲平原，被障壁島保護免受海浪侵襲的瀉湖－海灣、大河流兩岸的漫灘沼澤和內(nèi)陸湖盆等等。研究區(qū)位于揚子地臺上滇東黔西含煤盆地，屬大型－中型含氣盆地。這一大型含煤盆地發(fā)育在穩(wěn)定克拉通基底之上，成煤前構(gòu)造背景相對簡單，加之東吳運動抬升夷平作用，形成寬闊的濱海平原，為煤層的大面積發(fā)育提供有利的古地理條件。聚煤環(huán)境橫向穩(wěn)定，煤層分布廣，累計厚度大，一般在20～40m之間，最高可達50m。

3.2 沉積對煤層的橫向展布和縱向分布的控制及對含煤性的預測

研究區(qū)處于三角洲和潮坪相帶，東南側(cè)逐漸向潮下－局限臺地沉積過渡。從黔西地區(qū)整體來看，煤層層數(shù)、可采煤層層數(shù)、厚度自西向東減少(表1)。

研究區(qū)龍?zhí)督M縱向上由潮坪、三角洲、潮坪三大沉積段疊置，其中，上部和下部向東南方向相變?yōu)闇\潮下或局限臺地，中部沉積段則由三角洲向潮坪，并進一步在轎子山－下壩東南向淺潮下－局限臺地相過渡。通過前文聚煤作用分析，結(jié)合已有煤田鉆孔數(shù)據(jù)的證實，顯示研究區(qū)潮控下三角洲沉積聚煤作用并不十分有利，目前已知各井田內(nèi)的主要可采煤層較少發(fā)育在該沉積段內(nèi)，主要的成煤環(huán)境為縱向上的潮坪沉積段。因此研究區(qū)西北部存在上中下三個聚煤段 (潮坪、過渡三角洲平原、潮坪)可采煤層自下而上均有分布;而區(qū)內(nèi)化樂－黑塘－新華－三塘東南側(cè)－阿弓南部－珠藏一帶中部潮控下三角洲平原沉積段可采煤層不發(fā)育，縱向發(fā)育上、下兩個聚煤段，如比德次向斜上煤組 (2#、3#、5#、6#煤)和下煤組 (30#、32#、33#煤);新店西－新華以東轎子山以西的大片地區(qū)，上部和下部的潮坪沉積以相變?yōu)榻毕聨В踔辆窒夼_地，僅剩中部由三角洲相變而來的潮坪聚煤段。這一聚煤段的縱向發(fā)育狀況控制了研究區(qū)煤層層數(shù)、可采煤層層數(shù)、厚度自西向東減少的特征。

表1 織金區(qū)塊主要含煤向斜煤層數(shù)據(jù)表

根據(jù)龍?zhí)督M上中下三部分的橫向相變關(guān)系來看，上部和下部的潮坪沉積構(gòu)成龍?zhí)督M沉積主體，在新店－轎子山以東連片穩(wěn)定發(fā)育，是尋找龍?zhí)督M上部、下部有利聚煤段的目標區(qū)域;三壩－納雍中嶺以北是研究區(qū)最有利的聚煤區(qū)，縱向三個聚煤段;新店西－新華以東轎子山以西的大片地區(qū)雖然煤層總厚度偏小，但煤層多集中在中部聚煤段。

3.3 含氣性控制因素分析

3.3.1 煤層頂?shù)装鍘r性

研究區(qū)主要可采煤層發(fā)育在潮坪環(huán)境，煤層上下圍巖主要為大段泥巖、粉砂巖互層，圍巖封閉條件較好，且具備相對封閉的水文地質(zhì)系統(tǒng)，煤層氣保存條件整體較好，是織金地區(qū)煤層整體高含氣的一個重要原因。在整體高含氣的基礎(chǔ)上，局部地區(qū)或?qū)游坏纳皫r、灰?guī)r頂板對含氣量仍存在影響。織2、3井7#煤直接頂/底板為0.5m左右的泥巖，間接頂/底板為砂巖，織5井7#煤間接頂板為灰?guī)r，織1井煤層頂板為灰?guī)r，這4個煤層的含氣量都低于同一口井縱向上的其他層位，顯示出縱向上不同圍巖封閉條件對含氣量的影響。

3.3.2 煤系地層的的埋深及出露狀況

從珠藏次向斜130個含氣量測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況來看，在200m以淺，含氣量為異常低值，普遍低于10m3/t，而在200m以深，含氣量快速增加，各煤層平均含氣量15～19m3/t，三塘次向斜300m以淺，含氣量普遍低于10m3/t，高含氣量區(qū)主要位于300m以深，反映煤層含氣量總體隨深度增加而增大 (圖1)。

但在200m以淺部，含氣性與煤系地層上覆蓋層存在與否有著一定的聯(lián)系。在龍?zhí)督M出露區(qū)，普遍低于8m3/t;上覆三疊系地層存在的狀態(tài)下，相近的埋深條件煤層含氣量相對偏高一些。雖然含氣量較深部要低，但仍對應較高含氣飽和度，織1井、織2井200m左右的9#煤和2#煤層仍能達到80%以上的含氣飽和度，甚至過飽和，反映這在淺部區(qū)，龍?zhí)督M上覆地層關(guān)乎到煤層氣保存條件。

3.4 煤儲層條件控制因素分析

3.4.1 變質(zhì)程度

從煤層的生氣和儲氣機理來看，煤巖變質(zhì)程度一方面決定著煤層生氣量的多少，另一方面又在某種程度上決定著煤層儲氣空間的大小和性質(zhì)并影響煤層氣的吸附特征，因而它對煤層氣吸附量的大小有著決定性的影響控制。不同煤巖變質(zhì)程度對應于不同的煤儲層孔隙結(jié)構(gòu)、滲流特征，在很大程度上決定煤層自身儲層屬性。通常認為中階煤在孔隙結(jié)構(gòu)、割理裂隙發(fā)育程度方面是最有利的煤儲層類型。研究區(qū)內(nèi)煤巖變質(zhì)程度整體偏高，一般都達到高變質(zhì)無煙煤，但在研究區(qū)西部的比德次向斜出現(xiàn)中等變質(zhì)的瘦煤、貧瘦煤，已顯示出相對較好的煤巖孔隙度和相對偏高的試井滲透率參數(shù)。

圖1 珠藏次向斜、三塘次向斜含氣量－埋深關(guān)系圖

3.4.2 局部構(gòu)造變形

研究區(qū)的整體構(gòu)造背景，地應力狀態(tài)和煤巖變形程度是研究區(qū)煤儲層評價的重點，而煤體結(jié)構(gòu)、地應力多取決于構(gòu)造變形程度。研究區(qū)內(nèi)的幾個主要次級含煤向斜中以珠藏次向斜、水公河次向斜最為寬緩，其次是三塘次向斜北西翼、比德次向斜中段。煤體結(jié)構(gòu)統(tǒng)計顯示水公河次向斜是研究區(qū)煤體結(jié)構(gòu)保存最好的含煤構(gòu)造之一，即便是構(gòu)造煤最發(fā)育的6#煤層，在該次級向斜仍保有71%的碎裂煤發(fā)育比例，其他煤層大都以碎裂煤為主。比德次向斜6#煤碎裂煤鉆孔比例為50%左右，但中段構(gòu)造寬緩區(qū)的6#煤普遍呈現(xiàn)碎裂煤特征，該地區(qū)的兩個試井數(shù)據(jù)顯示了較低的應力狀態(tài)，表明含煤構(gòu)造的構(gòu)造變形程度在很大程度上控制了研究區(qū)最關(guān)鍵的煤儲層特征。結(jié)合向斜寬緩構(gòu)造部位的煤層氣井勘探效果來看，研究區(qū)內(nèi)的構(gòu)造寬緩部位是煤層氣的富集區(qū)域。

4 結(jié)論

通過對煤層氣富集主控因素的分析，系統(tǒng)總結(jié)了區(qū)內(nèi)煤層氣富集規(guī)律:

(1)含煤性 (煤層面廣層多累厚大)和儲層變形程度 (煤體結(jié)構(gòu)較好，以碎裂煤為主)是區(qū)塊煤層氣富集的兩個關(guān)鍵因素;

(2)上部和下部的潮坪相沉積構(gòu)成龍?zhí)督M沉積主體，是區(qū)內(nèi)有利聚煤層段;

(3)煤層頂?shù)装鍘r性以泥巖、粉砂巖為主，利于煤層氣的保存;

(4)煤層含氣量總體隨深度增加而增大，淺部區(qū)龍?zhí)督M上覆地層存在與否關(guān)乎煤層氣的保存;

(5)區(qū)內(nèi)比德次向斜中階煤顯示相對較好的煤巖孔隙度和相對偏高的試井滲透率參數(shù);

(6)區(qū)內(nèi)構(gòu)造寬緩部位呈現(xiàn)較好的煤體結(jié)構(gòu)和較低的應力狀態(tài)，是有利于煤層氣富集的區(qū)域。

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