準(zhǔn)東地區(qū)煤儲(chǔ)層物性與煤層氣可采性關(guān)系研究

■陳立

（新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第九地質(zhì)大隊(duì) 新疆烏魯木齊 830009）

準(zhǔn)東地區(qū)煤儲(chǔ)層物性與煤層氣可采性關(guān)系研究

■陳立

（新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第九地質(zhì)大隊(duì) 新疆烏魯木齊 830009）

文章通過對(duì)煤層氣基礎(chǔ)地質(zhì)特征、儲(chǔ)層特征以及可采性地質(zhì)因素的進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，為淮東地區(qū)下一步大規(guī)模、合理化煤層氣勘探開發(fā)部署提供科學(xué)依據(jù)以及重要指導(dǎo)作用。

儲(chǔ)層物性煤層氣可采性

1 控制準(zhǔn)東煤層氣可采性的地質(zhì)因素

1.1 煤層氣資源量及資源豐度

1.1.1 煤層層數(shù)及單層厚度

準(zhǔn)東地區(qū)侏羅系煤層發(fā)育，以低煤階煤為主，含煤地層為下侏羅統(tǒng)八道灣組和中侏羅統(tǒng)西山窯組，煤層厚度大，具有豐富的煤層氣資源。由八道灣組等厚圖分析，準(zhǔn)東地區(qū)八道灣組煤層發(fā)育相對(duì)較差，在準(zhǔn)東北沙帳一帶和阜康—三臺(tái)一帶分別形成了可采煤層總厚度＞5m或＞10m的2個(gè)小型富煤中心，如圖1所示。西山窯組煤層在準(zhǔn)東大部分地區(qū)比八道灣組發(fā)育，厚度一般為30～40m。分布著沙帳、大井、將軍廟、梧桐窩子4個(gè)富煤區(qū)，而且厚度變化快，煤層穩(wěn)定分布的面積相對(duì)較小，如圖2所示。在滲透率、氣含量等其他儲(chǔ)層條件優(yōu)越的情況下，煤層氣選區(qū)開發(fā)多選擇在將軍廟—北山煤窯一

帶、東部老君廟一帶等煤層厚度較大的地區(qū)進(jìn)行。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地東緣八道灣組煤厚等值線圖

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地東緣西山窯組煤厚等值線圖

1.1.2 煤層含氣量

準(zhǔn)東地區(qū)煤及煤層氣勘探程度較低，實(shí)測(cè)的含氣量數(shù)據(jù)很少。近年來，通過對(duì)準(zhǔn)東深部煤層含氣量研究預(yù)測(cè)結(jié)果可知，預(yù)測(cè)2000米以淺的煤層氣資源量為0.95×1012m3，好的地段煤層氣含量最高甚至可以超過13m3/t。含氣飽和度為80%左右，向深部煤層含氣量、飽和度呈增高趨勢(shì)。通過查閱相關(guān)資料，在2005年，準(zhǔn)東準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系西山窯組和八道灣組,厚度較穩(wěn)定,煤炭資源量十分豐富,主要為低變質(zhì)長(zhǎng)焰煤,其次有少量的肥煤。彩504井西山窯組(2567～2583m)煤層射孔壓裂后,獲得日產(chǎn)7300m3左右的煤層氣,表明該盆估計(jì)盆地埋深較大的地區(qū)煤層中游離氣、吸附氣含量都較高，含氣量完全有可能達(dá)到13m3/t以上，但現(xiàn)階段，該地區(qū)大部分井包括彩504井的煤層氣資源的日產(chǎn)量不足當(dāng)時(shí)一半，預(yù)測(cè)2000米煤層氣資源量更是無法超過10m3/t。

1.2 煤層氣儲(chǔ)層參數(shù)

1.2.1 煤層滲透性

眾所周知，煤層是一種雙孔隙介質(zhì)，為孔隙-裂隙型儲(chǔ)集層，孔滲性是影響煤層氣產(chǎn)能的關(guān)鍵地質(zhì)參數(shù)之一。煤層孔隙度分為基質(zhì)孔隙度和割理孔隙度，二者之和為總孔隙度。煤孔隙性受控于煤級(jí)和煤的物質(zhì)組成，孔隙特征是影響煤層儲(chǔ)氣能力、煤層氣在煤中的賦存狀態(tài)和運(yùn)移潛勢(shì)等的重要物性因素。根據(jù)深部煤儲(chǔ)層滲透率預(yù)測(cè)模型，運(yùn)用準(zhǔn)東地區(qū)煤儲(chǔ)層地溫、壓力等參數(shù)，經(jīng)計(jì)算準(zhǔn)東地區(qū)煤層滲透率總體較好，滲透率值普遍較高。準(zhǔn)東地區(qū)煤儲(chǔ)層滲透率變化范圍在（0.018-9.61）×10-3μm2，平均為2.697×10-3μm2。隨埋深增加，滲透率呈負(fù)指數(shù)形勢(shì)衰減，相關(guān)系數(shù)為0.982，如圖3所示。埋深1500m以淺，儲(chǔ)層滲透率較高，但隨埋深增大衰減很快；當(dāng)埋深增大到2000m時(shí)，滲透率值很小，幾乎接近于零。按煤儲(chǔ)層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)屬低至中滲儲(chǔ)層。

圖3 準(zhǔn)東地區(qū)煤層滲透率隨深度變化關(guān)系

1.2.2 煤的吸附性

煤的等溫吸附實(shí)驗(yàn)顯示，煤的吸附能力隨著煤變質(zhì)程度的增高而增強(qiáng)。由于準(zhǔn)東地區(qū)煤變質(zhì)程度低，煤的吸附能力總體上較低，且差異較大，最大吸附量超過25cm3/g，如圖4所示，朗格繆爾體積明顯低于我國(guó)其他地區(qū)相同煤級(jí)煤。與中一高煤級(jí)煤相比，孔比表面積大，但原位狀態(tài)下吸附氣體的能力較低，而中一高煤級(jí)煤孔比表

面積與吸附氣體能力之間卻呈正相關(guān)關(guān)系。

圖4 準(zhǔn)東地區(qū)煤的等溫吸附曲線

1.2.3 構(gòu)造條件

不同類型的地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)、物性、裂隙發(fā)育狀況及地下水徑流條件差異的煤儲(chǔ)層和封蓋層，進(jìn)而影響煤層氣的聚集量。煤體結(jié)構(gòu)的類型取決于煤層本身的機(jī)械強(qiáng)度、地應(yīng)力的強(qiáng)弱、應(yīng)力的方向以及煤層形成后所經(jīng)歷的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的次數(shù)。準(zhǔn)東地區(qū)北鄰卡拉麥里山，南接博格達(dá)山，包括白家海地區(qū)、沙帳地區(qū)、石樹溝凹陷、石錢灘凹陷、梧桐窩子凹陷和沙奇凸起等。燕山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)期，隨著博格達(dá)山的快速隆升向北推覆，并伴隨著山前斷裂的走滑，準(zhǔn)東地區(qū)產(chǎn)生了強(qiáng)烈的北東—南西向的擠壓扭應(yīng)力場(chǎng)，發(fā)育了多組北東向斷裂，并將晚海西構(gòu)造格局改造得面目全非，克拉美麗山前前陸盆地和博格達(dá)山山前前陸盆地在近東西方向上被分化成凹凸相間的構(gòu)造格局。

2 準(zhǔn)東地區(qū)煤層氣可采性評(píng)價(jià)

2.1 煤層氣可采性評(píng)價(jià)指標(biāo)

模糊數(shù)學(xué)方法、灰色系統(tǒng)方法、層次分析方法等均是用來綜合評(píng)價(jià)工作的數(shù)學(xué)方法，針對(duì)準(zhǔn)東煤層氣可采性的地質(zhì)因素特點(diǎn)，選擇模糊數(shù)學(xué)中的模糊綜合評(píng)判法對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)前文分析的準(zhǔn)東地區(qū)煤儲(chǔ)層參數(shù)如表1所示，以煤層氣資源可采性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表2所示，作為可采性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，得準(zhǔn)東區(qū)塊的煤層氣可采性參數(shù)評(píng)價(jià)等級(jí)，如表3所示。

表1 準(zhǔn)東地區(qū)煤儲(chǔ)層參數(shù)

表2 煤層氣可采性評(píng)價(jià)指標(biāo)

表3 準(zhǔn)東地區(qū)煤層氣可采性參數(shù)等級(jí)

2.2 煤層氣可采性模糊評(píng)判

計(jì)算準(zhǔn)東地區(qū)煤層氣可采性模糊評(píng)判系數(shù)，首先作第1級(jí)的資源量綜合評(píng)價(jià)計(jì)算。資源量權(quán)重子集A1=（0.3,0.4,0.3）；資源量模糊綜合評(píng)判矩陣

從而得準(zhǔn)東地區(qū)資源量評(píng)價(jià)矩陣

同理可得準(zhǔn)東地區(qū)煤儲(chǔ)層參數(shù)評(píng)價(jià)矩陣

然后進(jìn)行第2級(jí)的煤層氣可采性綜合評(píng)價(jià)計(jì)算，可得準(zhǔn)東地區(qū)煤層氣可采性評(píng)價(jià)矩陣：

最后求出準(zhǔn)東地區(qū)煤層氣可采性模糊綜合評(píng)判系數(shù)

用以上方法，求得準(zhǔn)東地區(qū)煤層氣可采性模糊綜合評(píng)判系數(shù)為0.7468。此系數(shù)的大小表征準(zhǔn)東地區(qū)煤層氣開發(fā)的有利程度，其值越大，利用程度越高。因此，初步判斷準(zhǔn)東地區(qū)具備煤層氣開采條件。

3 結(jié)束語

綜上所述，應(yīng)用模糊綜合評(píng)判法評(píng)價(jià)準(zhǔn)東地區(qū)煤層氣可采性模糊綜合評(píng)判系數(shù)為0.7468，初步判斷準(zhǔn)東部分地區(qū)煤層氣開采前景還是較為樂觀，其中就包括準(zhǔn)噶爾盆地的沙南-沙帳、梧桐窩子等地區(qū),發(fā)展前景非常好的煤層系均為西山窯組,沙南-沙帳區(qū)塊目的層可增加到八道灣組。這些地區(qū)煤層氣的成藏條件較好,含氣性應(yīng)較好,且埋深適中、地下構(gòu)造和地表?xiàng)l件簡(jiǎn)單,比較適宜進(jìn)行勘探和開發(fā)。

[1]陳孟晉.淺議我國(guó)西北低煤階含煤盆地煤層氣的勘探對(duì)策 [J].石油勘探與開發(fā), 2003,30(1):18-21.

[2]桑樹勛.陸相盆地煤層氣地質(zhì) [M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2001.

P621[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-10-114-2