貴州西部上二疊統(tǒng)煤層氣分布特征分析

劉蘇瑤 胡小林

摘 要：貴州省煤層氣資源主要集中于貴州西部，相應(yīng)開展的煤層氣勘探開發(fā)工作較多，但受制于地質(zhì)認識不清，尚未找到適合本地區(qū)的開采工藝，導(dǎo)致效果不明顯。此次研究，根據(jù)貴州西部地區(qū)不同向斜的煤層氣鉆井及相關(guān)測試資料，從煤層氣及其組分分布、煤儲層特征等方面分析了該區(qū)煤層氣分布規(guī)律。研究表明，區(qū)內(nèi)上二疊統(tǒng)煤層含氣量較高，所有樣品平均含氣量為14m3/t，總體上六盤水<畢節(jié)<遵義。煤層蘭氏體積較高，平均21.12m3/t。六盤水地區(qū)煤層含氣飽和度、臨儲比與含氣量呈很好的正相關(guān)性，為后續(xù)的勘探開發(fā)提供了很好的啟示。

關(guān)鍵詞：貴州西部 煤層氣 飽和度

中圖分類號：P618.13 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）07（c）-0069-03

煤層氣為一種自生自儲型非常規(guī)天然氣資源，主要以吸附狀態(tài)賦存在煤基質(zhì)內(nèi)的大量微納米孔隙中[1-2]，儲層具有雙重介質(zhì)特征[3-5]。貴州省煤層氣資源主要賦存于貴州西部地區(qū)，且主要集中在黔北、六盤水及織納3個煤田，三者之和為2.83×1012m3，占全省煤層氣地質(zhì)資源總量的92.57%，為本文主要研究區(qū)域涉及到長崗、黃泥塘、金盆、比德-三塘、大河邊等向斜。其中又以六盤水煤田最高，占全省地質(zhì)總資源量的45.47%[6]。

對于貴州省煤層氣地質(zhì)條件、控氣地質(zhì)規(guī)律，盡管前人從構(gòu)造、地層、水文、沉積、地球化學(xué)等方面做過較多研究[7-10]，但了解深度仍較低，工作主要停留在區(qū)域分析，未形成一套有效指導(dǎo)勘探開發(fā)的技術(shù)體系。

基于研究區(qū)18口井的煤層氣含氣量分析測試結(jié)果，包括150個含氣量和氣組分測試樣品和相應(yīng)的等溫吸附試驗，分析區(qū)內(nèi)煤層氣的空間分布特征和規(guī)律、煤儲層吸附能力的影響因素等，為區(qū)內(nèi)下步煤層氣勘探開發(fā)提供一定指導(dǎo)。

1 煤層氣含量分布特征

為方便對比，分地區(qū)、分井位對各井的平均煤層氣含量分布特征展開對比、研究。各地區(qū)分析測試數(shù)據(jù)量為畢節(jié)83個、六盤水47個、遵義20個。

統(tǒng)計各口井的煤層氣平均含量，發(fā)現(xiàn)各井差別較大，最低為ZS-101井的5.9m3/t，最高為FX-1井的19.2m3/t，所有樣品含氣量的加權(quán)平均為14m3/t，屬于中高含氣量等級。三大地區(qū)中，畢節(jié)地區(qū)含氣量分布基本穩(wěn)定，大多位于12～15m3/t之間，區(qū)內(nèi)的三個向斜，以支塘向斜、禹饃向斜和黃泥塘向斜具有類似的構(gòu)造背景，均位于黔北隆起帶，演化程度也都較高，達到無煙煤階段。遵義地區(qū)含氣量分布也較為穩(wěn)定，位于18～19.2m3/t之間，含氣量最高，所在向斜為長崗向斜，其位置也最靠東部，構(gòu)造背景與前三個向斜類似。六盤水地區(qū)含氣性表現(xiàn)出的最大的特征為含氣量差異化嚴重，大致可分為三大等級：比德-三塘次向斜的比德區(qū)塊、比德-三塘次向斜的牛場區(qū)塊、大河邊向斜西翼，含氣量依次逐漸降低。推斷六盤水地區(qū)各個區(qū)塊含氣量差別較大的原因為該區(qū)處于各大主要構(gòu)造帶的交界處，煤層的熱演化程度差異較大。

三大地區(qū)煤層含氣量匯總結(jié)果分別為：六盤水地區(qū)總平均含氣量為12.38m3/t，畢節(jié)地區(qū)總平均含氣量為13.71 m3/t，遵義地區(qū)總平均含氣量為18.85m3/t。

2 蘭氏體積

通常用等溫吸附的蘭氏（Langmuir）參數(shù)來評價煤儲層的吸附性能。煤層甲烷主要以吸附狀態(tài)賦存于煤的孔隙系統(tǒng)中，因此煤的吸附能力不僅是影響煤層含氣量的關(guān)鍵因素之一，而且對煤層氣的采收率具有決定性作用，直接影響煤層氣井的產(chǎn)能[11-12]。

經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，貴州西部地區(qū)上二疊統(tǒng)煤層吸附能力普遍較高，原因為黔西滇東地區(qū)以中高煤級為主，這也是導(dǎo)致研究地區(qū)含氣量普遍較高的一個原因。該區(qū)原煤蘭氏體積在8.61～37.28m3/t，平均為21.12m3/t，其中VL在14～26m3/t之間占了絕大部分，為蘭氏體積分布的主峰區(qū)間（見圖1）。各地區(qū)（盆地）吸附能力有一定的差異，且與研究區(qū)聚煤規(guī)律及變質(zhì)程度的分布有一定的關(guān)系。

由圖2可以看出，煤層含氣量除了受其生氣能力和構(gòu)造保存條件影響外，其吸附能力更是在其中具有決定性的控制作用。通過對含氣量與蘭氏體積的關(guān)系分析，我們發(fā)現(xiàn)，含氣量大多與蘭氏體積呈較好的正相關(guān)關(guān)系。大多數(shù)煤層測試點位于飽和度在50%～100%之間，為中等飽和區(qū)域，少量點位于小于50%和大于100%的區(qū)域，即處于低飽和區(qū)域和過飽和區(qū)域。

3 含氣飽和度和臨儲比

煤層含氣飽和度是指煤層孔隙被氣體充滿的程度。通常從吸附等溫曲線上求得，即含氣飽和度等于實測含氣量與原始儲層壓力在吸附等溫曲線上所對應(yīng)的理論含氣量的比值。亦可用下列公式計算煤層含氣飽和度。

Sg=（V/VL）[（PL+Pr）/Pr] （1）

以六盤水地區(qū)為例，發(fā)現(xiàn)含氣飽和度的分布趨勢與實測含氣量一致，相關(guān)系數(shù)很高，即隨實測含氣量的升高而穩(wěn)步增大。可見在貴州西部地區(qū)，特別是六盤水地區(qū)含氣量是決定含氣飽和度的重要因素之一。

含氣量對含氣飽和度的影響機制可以從吸附解吸原理加以考慮。由上述的分析知含氣飽和度的大小就取決于實測含氣量和煤儲層總的吸附容積的比值。分析樣品中代表的所有鉆井位于穩(wěn)定褶皺，斷層的封閉性能良好、構(gòu)造穩(wěn)定，從而使煤儲層圈閉條件和儲層物性條件在橫向上較為穩(wěn)定，這樣其最大吸附容積就基本為一固定值。實際上，含氣量的高低也決定了含氣飽和度的大小，或者說含氣飽和度在宏觀上的表現(xiàn)就為煤層的總含氣量。

含氣飽和度和煤層的臨儲比，反映了煤層的飽和程度和降壓解析見氣的相對難易程度。將六盤水地區(qū)幾口探井的煤層測試數(shù)據(jù)展開分析，發(fā)現(xiàn)煤層的臨儲比與其含氣量呈很好的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)度較高，并在低飽和度階段為線性關(guān)系（見圖3）。六盤水地區(qū)煤層含氣量與其吸附能力和飽和度的良好關(guān)系，含氣高豐度地區(qū)即為理論上相對更易降壓解析的地區(qū)，為后續(xù)的勘探開發(fā)提供了很好的啟示。

4 結(jié)語

（1）貴州西部地區(qū)上二疊統(tǒng)煤層含氣量較高，各井含氣量分布于5.9～19.2m3/t，所有樣品平均含氣量為14m3/t，總體上六盤水<畢節(jié)<遵義。煤層氣組分甲烷體積百分含量平均96.12%，全區(qū)水文保存條件較好。

（2）煤層蘭氏體積較高，為8.61～37.28m3/t，平均21.12m3/t，蘭氏體積與煤層熱演化程度等自身物化性質(zhì)有關(guān)，與含氣量大致正相關(guān)。

（3）六盤水地區(qū)煤層含氣飽和度、臨儲比與含氣量呈很好的正相關(guān)性，為后續(xù)的勘探開發(fā)提供了很好的啟示。

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