貴州地區(qū)低階煤儲層特征及其勘探潛力探討

■曾家瑤

（貴州省煤層氣頁巖氣工程技術(shù)研究中心 貴州貴陽 550081）

貴州地區(qū)低階煤儲層特征及其勘探潛力探討

■曾家瑤

（貴州省煤層氣頁巖氣工程技術(shù)研究中心 貴州貴陽 550081）

長期以來，我國煤層氣勘探開發(fā)主要集中在中高煤階含煤區(qū)，而大量的低階煤資源則尚未開發(fā)。隨著世界能源日趨緊張以及美國粉河盆地低煤階煤層氣開發(fā)的成功，對我國低煤階煤層氣的勘探開發(fā)利用有著重要的啟示作用。本文以貴州地區(qū)為例，探討當(dāng)?shù)氐碗A煤儲層的相關(guān)特征與勘探開發(fā)潛力，以供參考。

低階煤煤儲層特征

低階煤層中含有豐富的煤氣層資源，據(jù)研究顯示，我國煤層氣資源總量為35萬億m3，而低階煤中含有的煤層氣資源則多達(dá)16萬億m3?？梢姡煤眠@部分資源對緩解我國能源危機(jī)，拉動中西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)有著非常重大的意義。美國是低階煤煤層氣勘探開發(fā)的成功先例。1996年，美國在粉河盆地已建造鉆煤層氣井193口，單井產(chǎn)量平均約為7075m3/d[1]。

當(dāng)前，國內(nèi)煤氣層開發(fā)成功的先例已有新疆地區(qū)的阜新盆地與鐵法盆地。而貴州是一個(gè)煤炭資源大省，素有“西南煤海”的美譽(yù)。

本省含煤面積占總面積的40%以上。其中，煤炭資源勘探利用主要集中在中高階煤，對低階煤的利用尚非常有限。

因此，我省低階煤開發(fā)利用空間巨大，基于此，本文著重探討貴州低階煤儲層的相關(guān)特征，并分析其開發(fā)前景。

1 低煤階煤的儲層性質(zhì)

在煤層氣勘探開發(fā)過程中，一般把煤層看作儲層，再研究該煤層的相關(guān)儲集特征及其影響因素。煤物質(zhì)組成、煤階、煤中孔-裂隙系統(tǒng)是影響煤層儲集特征的主要因素，直接關(guān)系到煤的含氣量、吸附-解析性質(zhì)以及滲透性。

霍多特把孔隙按照直徑大小劃分為以下幾類：大孔、中孔、小孔或過渡孔、微孔。其中，大孔（Φ>1000nm）通常是由煤中的微裂隙與微節(jié)理組成；中孔（Φ在1000～100nm之間）是顯微組分組成的內(nèi)孔與外孔；小孔或過渡孔（Φ在100～10nm之間）屬于顯微組分孔隙朝著分子結(jié)構(gòu)單元的構(gòu)成孔的轉(zhuǎn)變過渡形式；微孔（Φ<10nm）主要和有機(jī)質(zhì)大分子結(jié)構(gòu)單元間隙以及空隙有著緊密的聯(lián)系。大孔與中孔不僅作為氣體擴(kuò)散的重要通道，也屬于游離氣體賦存的重要空間。小孔與微孔則主要作為煤層氣的吸附空間。

低階煤孔隙結(jié)構(gòu)主要有兩大特點(diǎn)，一是總孔容最大，隨著煤階的下降，總孔容卻明顯上升；二是觀察總孔容構(gòu)成時(shí)發(fā)現(xiàn)大孔與中孔的孔容占比較大，伴隨著煤階的上升，大孔與中孔孔容的占比卻急劇下降[2]。

簡單來說，低階煤中的大孔與中孔主要影響煤的總孔隙體積，同時(shí)，也使煤儲層有良好的滲透率?？傊?，低階煤儲層的主要特點(diǎn)包括低吸附性與高滲透性。

2 孔滲特征

煤層屬于孔隙-裂隙型雙重孔隙系統(tǒng)的儲層。為深入了解貴州地區(qū)煤儲層孔滲特征，現(xiàn)在上述研究的基礎(chǔ)上選取六盤水煤土城向斜與織納煤田新華向斜兩個(gè)構(gòu)造單元，分別采集實(shí)驗(yàn)用低階煤樣品1份，共兩份，研究煤巖裂隙與孔隙的相關(guān)大小、形態(tài)、密度、充填情況等。實(shí)驗(yàn)方法為掃描電鏡實(shí)驗(yàn)與壓汞實(shí)驗(yàn)。

2.1 貴州地區(qū)低階煤孔隙特征研究

經(jīng)掃描電鏡結(jié)果顯示，兩份煤樣品中都含有不少原生孔、氣孔、外生孔、礦物質(zhì)孔等。土城向斜中存在不少角礫孔，裂隙發(fā)育明顯要多于新華向斜。新華向斜中存在較大的氣孔以及相關(guān)填充礦物，另外，還發(fā)現(xiàn)有部分微裂隙存在。

由此可見，土城向斜的煤儲層滲透性明顯好于新華向斜。同時(shí)，壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示兩個(gè)煤樣品孔隙中小孔與中孔的占比較大，大孔相對較少。正是這樣的孔隙特征才有利于煤層氣的聚集，同時(shí)，在開采煤層氣時(shí)也有利于解吸與滲流。

2.2 曲線分析

根據(jù)壓汞曲線可了解到中孔與小孔的實(shí)際發(fā)育狀況，并根據(jù)排驅(qū)壓力來評估儲層的滲透性。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，與新華向斜煤樣相比，土城向斜煤樣的進(jìn)汞速率更大。另外，土城向斜煤樣中部存在一個(gè)較長的平滑段，斜度不大。由此可推測甲區(qū)煤樣喉道分布較為集中。兩個(gè)煤樣在進(jìn)汞與退汞曲線方面分離較大，說明二者相似性較差。同時(shí)，也反應(yīng)出連通孔隙的平均孔喉數(shù)量偏多，并且孔道寬度較小[3]。

上述特征說明孔隙呈半封閉狀態(tài)或呈細(xì)瓶頸形態(tài)，對煤層氣解吸后的持續(xù)擴(kuò)散會產(chǎn)生不利影響。

另外，我們還了解到兩煤樣排驅(qū)壓力保持在0.01～0.02MPa左右，中值半徑分布在100nm左右，說明貴州地區(qū)煤層滲透性均較好。

2.3 結(jié)論

貴州地區(qū)低階煤儲層構(gòu)造較為復(fù)雜，煤層頂?shù)装鍘r性主要包括粉砂巖或泥巖，其裂隙與節(jié)理發(fā)育均不理想，蓋層透氣性低。

但煤巖組分主要是鏡質(zhì)組，樣灰分含量孔隙度偏低，同時(shí)，固定碳與揮發(fā)含量偏高，因此，煤層氣吸附性較好，這說明低階煤層是煤層氣存儲的主要空間。

通過本次實(shí)驗(yàn)可知，整體來說，土城向斜煤儲層滲透性較好。

3 貴州地區(qū)低階煤煤層氣資源開發(fā)前景分析

目前，對我省境內(nèi)低階煤煤層氣研究還尚不多，經(jīng)地質(zhì)勘探顯示，本省2000m以淺低階煤儲量為215萬億噸，面積1300km2，埋深為200～800多米，主要集中在六盤水、織納等地區(qū)。根據(jù)預(yù)測，煤層氣含氣量平均為9.18m3/t，最高可達(dá)30m3/t[4]。這顯示出本省在煤層氣方面有較大的發(fā)展空間。

綜上可知，貴州地區(qū)除了具有優(yōu)質(zhì)的中高階煤儲層，還具有豐富的低階煤資源。其中，低階煤儲層中的煤層氣含量巨大，也是一種清潔能源，正符合當(dāng)前我國發(fā)展綠色能源的需要。因此，建議當(dāng)?shù)卣叨戎匾暤碗A煤資源，從政策、資金、技術(shù)等方面加以扶持，從而積極發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè)，力爭使煤層氣成為我省能源經(jīng)濟(jì)新增長點(diǎn)，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展。

[1]傅小康，霍永忠，陳東，等.中國低階煤儲層持征分析 [J].中國煤層氣，2006，3（2）：42-44.

[2]顧小愚.低階煤熱力改性提質(zhì)加工的研究 [J].潔凈煤技術(shù)，2009，26（1）：89-93.

[3]孫萬祿.中國煤層氣盆地 [M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

[4]楊縣超，張林，李江，等.鄂爾多斯盆地蘇里格氣田儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征 [J].地質(zhì)科技情報(bào)，2009，28(3)：73-74.

X752[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-11-245-1