山西河東煤田隰縣南煤層氣儲層特征及含氣性研究

郝力生

摘 要：煤儲層特征和含氣性是煤層氣成藏的關鍵因素，也是煤層氣開采的重要依據(jù)。通過對山西河東煤田隰縣南煤層氣儲層的孔隙度、吸附性、含氣性、滲透性、儲層壓力、含氣飽和度和儲層溫度等特征進行分析，探討該地區(qū)煤層氣開發(fā)利用的前景，劃分出煤層氣勘探開發(fā)的有利區(qū)域。

關鍵詞：煤田；煤層氣；儲層特征；含氣性；

中圖分類號：P618.11 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）03-0145-02

1 概述

河東煤田是我國重要的煤炭基地，也是煤層氣開發(fā)的熱點地區(qū)之一。從河東煤田隰縣南部煤層氣的資源條件、儲層特征和含氣性等方面進行研究，探討該地區(qū)煤層氣開發(fā)利用的前景。

2 煤層氣地質特征

研究區(qū)位于鄂爾多斯臺坳東緣和紫荊山斷裂帶西側，整體為傾向西的單斜構造。主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組。其中太原組地層厚51.10～111.6 m，一般厚72.53 m左右，共含煤7層，平均厚度7.17 m，含煤系數(shù)7.79%；山西組地層厚34.75～72.15 m，平均厚47.16 m，共含煤6層，煤層平均厚度5.46 m，含煤系數(shù)11.58%.

2.1 煤層

2號煤層為山西組主力煤層，位于山西組下部。煤層厚0.81～7.57 m，平均厚4.46 m，平面分布上具有東北薄西南厚的特點。煤層結構較為簡單，一般含0～2層夾矸，頂、底板巖性都以泥巖為主。

9號煤層為太原組主力煤層，位于太原組下部，上距2號煤層49.62～72.36 m，平均60.28 m。煤層厚0.54～6.71 m，平均厚3.80 m，厚煤帶主要集中在明珠找煤勘查區(qū)的中部，四周煤層厚度相對較薄，一般含0～1層夾矸，頂板為K2石灰?guī)r（局部為泥巖），底板以鋁質泥巖為主。

2.2 煤質特征

2號煤層宏觀煤巖類型以半亮型煤為主，次為暗淡型煤，條帶狀結構，水平層理發(fā)育；9號煤層為光亮型煤，宏觀煤巖成分均以亮煤、暗煤為主，割理和內(nèi)生裂隙一般較為發(fā)育。顯微組分中有機組分都以鏡質組為主，無機組分以黏土類為主，殼質組含量極少。煤的變質程度較高，主要為中—高變質程度的焦煤、瘦煤、貧煤和無煙煤，平面上自東向西煤的變質程度逐漸增高，呈帶狀展布。東部露頭區(qū)，煤階主要為焦煤和瘦煤，向西隨著埋藏深度的增加，變質程度逐漸增高，過渡為貧煤和無煙煤，該區(qū)主要受深成變質作用和疊加區(qū)域巖漿變質作用影響，使南部煤的變質程度比北部高。

3 煤層氣儲層特征

3.1 孔隙特征

煤是一種無序的非均質孔隙介質。其中孔隙主要由氣孔、植物組織孔、原生粒間孔和溶蝕孔等幾種類型形成。煤的孔徑結構特征不僅與孔隙的賦存狀態(tài)有關，而且還極大地影響到煤基質塊與氣、水介質間的物理和化學作用。

由煤樣孔隙測試結果可知，本區(qū)煤層的總孔容在36.0～67.5 mm3/g之間，9號煤層的總孔容高于2號煤層，但二者的孔徑分布特征相似，都是以大孔為主，過渡孔次之，微孔和中孔所占比例最低，屬過渡型孔隙類型。由于過渡孔所占比例較大并含有一定數(shù)量的微孔，所以氣體在煤基質塊中的運移較為困難。兩煤層孔比表面積分布特征測試結果相似，過渡孔的比表面積所占比例最高，次為微孔，大孔和中孔比表面積所占比例很低，與孔容的分布趨勢一致。煤層氣主要富集在微孔、過渡孔隙中，中孔、大孔的不發(fā)育是造成煤層氣擴散、滲流的“瓶頸”。

3.2 裂隙特征

研究區(qū)2號煤面割理走向大致分布在190°～360°范圍內(nèi)，面割理和端割理的頻度分別為4～28條/5 cm和3～2條/5 cm；9號煤面割理走向大致在140°～200°之間，面割理和端割理頻度分別為5～27條/5 cm和2～18條/5 cm，部分裂隙被礦物質充填。從煤層割理發(fā)育頻度、長度、縫寬情況看，大寧地區(qū)古驛—窯渠背斜軸部裂隙發(fā)育良好。

杜家溝礦和張節(jié)塔礦9號煤層內(nèi)生裂隙密度分別為2條/cm和22條/cm，毛則渠礦和臺頭礦2號煤層分別為6條/cm和5條/cm。鏡煤和亮煤條帶中內(nèi)生裂隙極為發(fā)育，但走向變化較大，多與層面垂直。井下可見切穿煤層的構造裂隙，間距多在10 m以內(nèi)。

3.3 煤層滲透率

測試研究區(qū)煤層氣井滲透率的注入壓降，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)煤層滲透率平面差異較大，滲透率變化在0.02～42.86 mD。整體隨煤層埋藏增大的，滲透率降低的趨勢明顯；局部埋藏加深的，滲透率增高與構造密切相關，背斜構造軸部，斷裂構造發(fā)育區(qū)域煤層孔滲條件均較好，比如吉試4井、吉試13井位于古驛—窯渠背斜構造軸部，煤層滲透率大于18 mD。相比之下，區(qū)內(nèi)2號煤儲集性能優(yōu)于9號煤層，煤層淺埋藏區(qū)（<1 000 m）、背斜構造軸部是尋找高孔滲區(qū)的有利部位。

3.4 儲層壓力、溫度特征

研究區(qū)主力煤層埋藏深度在1 100～1 321.00 m，儲層壓力在10.30～12.95 MPa，壓力梯度范圍為0.84～1.07 MPa/100 m，采用壓力梯度為0.85 MPa/100 m，平均地溫梯度為2.34 ℃/100 m，恒溫帶深度120 m，溫度16 ℃。不同埋藏深度條件下儲層壓力、溫度預測值見表1.

3.5 等溫吸附特征

區(qū)塊內(nèi)煤的吸附能力較強，空氣干燥基Langmuir體積平均吸附量為23.73 m3/t，2號煤為25.06 m3/t，9號煤為22.24 m3/t。干燥無灰基Langmuir體積吸附量平均為27.68 m3/t，2號煤為27.83 m3/t，9號煤為27.51 m3/t。Langmuir壓力為1.22～3.93 MPa，平均為2.06 MPa，2號煤為2.06 MPa，9號煤為2.16 MPa。由圖1可見，2號煤吸附能力較9號煤略強。

4 含氣性

4.1 煤層實測含氣量

根據(jù)收集到的煤田鉆孔含氣量測試數(shù)據(jù)（國內(nèi)解吸法MT77-84測得），2號煤層氣含量介于0.08～13.52 m3/t之間，埋藏深度在199.47～1 326.90 m，一般在700～1 100 m；9號煤層氣含量介于0.71～16.54 m3/t之間，埋藏深度在242.10～1 382.70 m，一般范圍為800～1 100 m。由于淺部數(shù)據(jù)較少，根據(jù)已有含氣量數(shù)據(jù)推測，瓦斯氧化帶深度在380 m左右，如圖2所示。

由該地區(qū)內(nèi)煤層氣井測試數(shù)據(jù)顯示，2號煤層含氣量介于10.73～20.87 m3/t之間，埋深分布于977.80～1 356.00 m之間，平均含氣量17.22 m3/t；9號煤層含氣量介于1.12～17.2 m3/t之間，一般在8～14 m3/t之間，平均9.68 m3/t，埋深分布于965.10～1 443.00 m之間。

根據(jù)區(qū)內(nèi)煤田鉆孔煤層氣氣測成果，2號煤層CH4平均濃度占77.23%，其中N2占13.01%，CO2占4.88%，重烴占4.86%；9號煤層CH4平均濃度占85.29%，其中N2占6.67%，CO2占4.01%，重烴占4.01%。此外，區(qū)塊內(nèi)重烴含量的較高區(qū)域，煤層氣解吸相對困難。

圖1 煤的空氣干燥基等溫吸附曲線圖 圖2 煤層含氣量與埋藏深度的關系圖

4.2 含氣飽和度

研究地區(qū)含氣飽和度較高，煤層氣井實測含氣量平均在11.76～20.87 m3/t之間，含氣飽和度在70.66%～92.38%之間。但是，煤田鉆孔測試煤層氣含氣量較煤層氣井低（埋藏深度612.86～1 085.00 m），通過等溫吸附方程計算理論最大吸附氣量，獲得含氣飽和度為19.33%～62.49%，預測在800～2 000 m埋藏深度區(qū)間含氣飽和度為31.78%～81.92%之間。

5 結束語

研究區(qū)煤層氣儲層單層厚度較大，大部分區(qū)域煤層厚度大于3 m，結構簡單，煤層氣資源豐富；煤層孔隙比較發(fā)育，煤的吸附能力較強，且隨著埋深的增加，吸附能力增大；煤層滲透率平面差異較大，總體上埋藏深度增加，滲透性變差，背斜構造軸部，斷裂構造發(fā)育區(qū)域煤層滲透條件均較好；儲層含氣量及含氣飽和度較高，儲層壓力梯度較大，為煤層氣開發(fā)利用提供良好基礎條件。

研究區(qū)的中西部薛關—峪口撓曲周邊煤層埋藏深度適中（600～1 500 m）、滲透率相對較好的，可作為煤層氣勘探開發(fā)利用首選區(qū)之一。

參考文獻

[1]孫斌，王憲花，陳彩虹，等.鄂爾多斯盆地大寧—吉縣地區(qū)煤層氣分布特征[J].天然氣工業(yè)，2004，24（5）：17-20.

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[5]馬財林，陳巖，權海奇.大寧—吉縣區(qū)塊煤層氣勘探開發(fā)潛力評價[A].中國煤層氣勘探開發(fā)利用技術進展[C].北京：地質出版社，2006：68-77.

[6]楊遂發(fā).山西省大寧—吉縣地區(qū)煤層氣地質研究[D].北京：中國地質大學，2002.

[7]趙慶波，李貴中，孫粉錦，等.煤層氣地質選區(qū)評價理論與勘探技術[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009.

〔編輯：李玨〕

4 含氣性

4.1 煤層實測含氣量

根據(jù)收集到的煤田鉆孔含氣量測試數(shù)據(jù)（國內(nèi)解吸法MT77-84測得），2號煤層氣含量介于0.08～13.52 m3/t之間，埋藏深度在199.47～1 326.90 m，一般在700～1 100 m；9號煤層氣含量介于0.71～16.54 m3/t之間，埋藏深度在242.10～1 382.70 m，一般范圍為800～1 100 m。由于淺部數(shù)據(jù)較少，根據(jù)已有含氣量數(shù)據(jù)推測，瓦斯氧化帶深度在380 m左右，如圖2所示。

由該地區(qū)內(nèi)煤層氣井測試數(shù)據(jù)顯示，2號煤層含氣量介于10.73～20.87 m3/t之間，埋深分布于977.80～1 356.00 m之間，平均含氣量17.22 m3/t；9號煤層含氣量介于1.12～17.2 m3/t之間，一般在8～14 m3/t之間，平均9.68 m3/t，埋深分布于965.10～1 443.00 m之間。

根據(jù)區(qū)內(nèi)煤田鉆孔煤層氣氣測成果，2號煤層CH4平均濃度占77.23%，其中N2占13.01%，CO2占4.88%，重烴占4.86%；9號煤層CH4平均濃度占85.29%，其中N2占6.67%，CO2占4.01%，重烴占4.01%。此外，區(qū)塊內(nèi)重烴含量的較高區(qū)域，煤層氣解吸相對困難。

圖1 煤的空氣干燥基等溫吸附曲線圖 圖2 煤層含氣量與埋藏深度的關系圖

4.2 含氣飽和度

研究地區(qū)含氣飽和度較高，煤層氣井實測含氣量平均在11.76～20.87 m3/t之間，含氣飽和度在70.66%～92.38%之間。但是，煤田鉆孔測試煤層氣含氣量較煤層氣井低（埋藏深度612.86～1 085.00 m），通過等溫吸附方程計算理論最大吸附氣量，獲得含氣飽和度為19.33%～62.49%，預測在800～2 000 m埋藏深度區(qū)間含氣飽和度為31.78%～81.92%之間。

5 結束語

研究區(qū)煤層氣儲層單層厚度較大，大部分區(qū)域煤層厚度大于3 m，結構簡單，煤層氣資源豐富；煤層孔隙比較發(fā)育，煤的吸附能力較強，且隨著埋深的增加，吸附能力增大；煤層滲透率平面差異較大，總體上埋藏深度增加，滲透性變差，背斜構造軸部，斷裂構造發(fā)育區(qū)域煤層滲透條件均較好；儲層含氣量及含氣飽和度較高，儲層壓力梯度較大，為煤層氣開發(fā)利用提供良好基礎條件。

研究區(qū)的中西部薛關—峪口撓曲周邊煤層埋藏深度適中（600～1 500 m）、滲透率相對較好的，可作為煤層氣勘探開發(fā)利用首選區(qū)之一。

參考文獻

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[7]趙慶波，李貴中，孫粉錦，等.煤層氣地質選區(qū)評價理論與勘探技術[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009.

〔編輯：李玨〕

4 含氣性

4.1 煤層實測含氣量

根據(jù)收集到的煤田鉆孔含氣量測試數(shù)據(jù)（國內(nèi)解吸法MT77-84測得），2號煤層氣含量介于0.08～13.52 m3/t之間，埋藏深度在199.47～1 326.90 m，一般在700～1 100 m；9號煤層氣含量介于0.71～16.54 m3/t之間，埋藏深度在242.10～1 382.70 m，一般范圍為800～1 100 m。由于淺部數(shù)據(jù)較少，根據(jù)已有含氣量數(shù)據(jù)推測，瓦斯氧化帶深度在380 m左右，如圖2所示。

由該地區(qū)內(nèi)煤層氣井測試數(shù)據(jù)顯示，2號煤層含氣量介于10.73～20.87 m3/t之間，埋深分布于977.80～1 356.00 m之間，平均含氣量17.22 m3/t；9號煤層含氣量介于1.12～17.2 m3/t之間，一般在8～14 m3/t之間，平均9.68 m3/t，埋深分布于965.10～1 443.00 m之間。

根據(jù)區(qū)內(nèi)煤田鉆孔煤層氣氣測成果，2號煤層CH4平均濃度占77.23%，其中N2占13.01%，CO2占4.88%，重烴占4.86%；9號煤層CH4平均濃度占85.29%，其中N2占6.67%，CO2占4.01%，重烴占4.01%。此外，區(qū)塊內(nèi)重烴含量的較高區(qū)域，煤層氣解吸相對困難。

圖1 煤的空氣干燥基等溫吸附曲線圖 圖2 煤層含氣量與埋藏深度的關系圖

4.2 含氣飽和度

研究地區(qū)含氣飽和度較高，煤層氣井實測含氣量平均在11.76～20.87 m3/t之間，含氣飽和度在70.66%～92.38%之間。但是，煤田鉆孔測試煤層氣含氣量較煤層氣井低（埋藏深度612.86～1 085.00 m），通過等溫吸附方程計算理論最大吸附氣量，獲得含氣飽和度為19.33%～62.49%，預測在800～2 000 m埋藏深度區(qū)間含氣飽和度為31.78%～81.92%之間。

5 結束語

研究區(qū)煤層氣儲層單層厚度較大，大部分區(qū)域煤層厚度大于3 m，結構簡單，煤層氣資源豐富；煤層孔隙比較發(fā)育，煤的吸附能力較強，且隨著埋深的增加，吸附能力增大；煤層滲透率平面差異較大，總體上埋藏深度增加，滲透性變差，背斜構造軸部，斷裂構造發(fā)育區(qū)域煤層滲透條件均較好；儲層含氣量及含氣飽和度較高，儲層壓力梯度較大，為煤層氣開發(fā)利用提供良好基礎條件。

研究區(qū)的中西部薛關—峪口撓曲周邊煤層埋藏深度適中（600～1 500 m）、滲透率相對較好的，可作為煤層氣勘探開發(fā)利用首選區(qū)之一。

參考文獻

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[7]趙慶波，李貴中，孫粉錦，等.煤層氣地質選區(qū)評價理論與勘探技術[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009.

〔編輯：李玨〕