貴州省盤縣紅果鎮(zhèn)苞谷山煤礦3號煤儲層參數(shù)淺析

李玉蘭

(貴州省煤田地質(zhì)局一一三隊，貴州 550023)

1 概況

苞谷山煤礦位于盤縣紅果鎮(zhèn)北部，距盤縣人民政府直距12km，公路距離約30km，距離花家莊火車站約3km，屬紅果鎮(zhèn)管轄。礦區(qū)面積2.4735km2，井田內(nèi)的3號煤層礦產(chǎn)資源量649萬t。地理坐標：東經(jīng)104°26′22″～104°27′45″，北緯25°46′32″～25°47′45″。

區(qū)域位于盤縣煤田，大地構(gòu)造單元上屬揚子陸塊(Ⅰ級構(gòu)造單元)黔北隆起(Ⅱ級構(gòu)造單元)六盤水斷陷(Ⅲ級構(gòu)造單元)。礦區(qū)位于盤關(guān)向斜西翼中段，地層走向NE，傾向SE，傾角30°～45°屬單斜構(gòu)造。

該區(qū)出露地層從新至老有第四系(Q)，三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組(T1yn)，三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)、二疊系上統(tǒng)宣威組(P3x)、峨眉山玄武巖(P3β)，宣威組為礦區(qū)含煤地層，是一套陸相沉積地層，厚253.61～311.69m，平均厚258.25m。巖性為淺～深灰色、灰黑色、黑色的泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖等，并與區(qū)內(nèi)煤層成韻律互層，微波狀層理發(fā)育，產(chǎn)豐富植物化石。

3號煤層位于宣威組的上部，煤層厚1.84～2.63m，平均厚為2.00m，煤層結(jié)構(gòu)較為簡單，層位穩(wěn)定，不含夾矸，煤層厚度變化不大，屬穩(wěn)定煤層，為全區(qū)的可采煤層。進一步分析3號煤層的煤巖性質(zhì)，對包谷山煤礦的建設(shè)、發(fā)展及市場銷售具有一定程度的可行性研究意義。

2 物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)

2.1 物理性質(zhì)

顏色主要為黑色，光澤度為瀝青-玻璃光澤。以碎塊狀、塊狀為主，見粉粒狀，呈細至中條帶狀，少量寬條帶；以貝殼狀和參差狀為主斷口；發(fā)育節(jié)理和裂隙，質(zhì)地較為松軟、性脆。另外，在偶見星點狀和蠕蟲狀黃鐵礦分布在局部煤巖中。

2.2 化學(xué)性質(zhì)

2.2.1 伴生元素

(1)原煤鍺(Ge)：含量為0～18μg/g，平均含量2μg/g。3號煤層屬低鍺煤。

(2)原煤鎵(Ga)：含量為1～33μg/g，平均含量8μg/g。

3號煤層的伴生元素平均含量均不到工業(yè)最低品位要求，僅有零星點達到工業(yè)最低品位要求，現(xiàn)階段無開采利用價值。

2.2.2 有害元素

(1)原煤磷(P)：含量為0.001%～0.149%，平均含量0.012%。3號煤層煤層屬低磷分煤。

(2)原煤氯(Cl)：含量為0.013%～0.101%，平均含量0.056%。屬低氯煤。

(3)原煤砷(As)：含量為0～24μg/g，平均含量3μg/g。屬特低砷煤。

(4)原煤氟(F)：含量為29～178μg/g，平均含量69μg/g。屬特低氟煤。

3 煤巖特性

3.1 宏觀煤巖類型

3號煤層煤巖類型以光亮型、暗淡型為主，半暗型次之。

3.2 顯微煤巖類型

顯微煤巖類型為微三合煤。從有機組分和無機組分兩個方面進行簡單闡述。

3.2.1 有機組分

(1)鏡質(zhì)組：主要特征為基質(zhì)鏡質(zhì)體和均質(zhì)鏡質(zhì)體，在3號煤中分布有少量的結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體、碎屑鏡質(zhì)體和團塊鏡質(zhì)體。平均含量為71.0%。

(2)殼質(zhì)組：主要為角質(zhì)體，另見有孢子體、樹脂體和碎屑殼質(zhì)體出現(xiàn)。含量平均為22.5%。

(3)惰質(zhì)組：以半絲質(zhì)體為主要特征，也出現(xiàn)絲質(zhì)體及碎屑惰質(zhì)體。其中，半絲質(zhì)體多見大小不等的碎塊狀，絲質(zhì)體胞腔中常充填有黏土礦物，另見有少量的黃鐵礦充填其胞腔。含量平均為6.5%。

3.2.2 無機組分

無機組分主要以粘土礦物為主要特征，分布有碳酸鹽礦物及硫化物，并出現(xiàn)少量的氧化硅礦物。

(1)粘土類礦物：主要以團塊狀、分散狀、浸染狀黏土礦物呈現(xiàn)，并出現(xiàn)在鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組中，細層狀、透鏡狀黏土礦物次之。局部出現(xiàn)炭質(zhì)黏土夾矸。含量平均為12.1%。

(2)硫化物礦物：主要為黃鐵礦，多呈粒狀、微粒狀、莓粒狀分布，部分充填細胞狀及裂隙狀。另外，片狀黃鐵礦礦化有機質(zhì)現(xiàn)象較為普遍。含量平均為0.4%。

(3)碳酸鹽礦物：主要為方解石，其以節(jié)理裂隙充填狀為主；片狀礦化有機質(zhì)現(xiàn)象普遍。含量平均為1.8%。

(4)氧化硅礦物：為少量的石英顆粒，呈零星狀分布于有機質(zhì)中。含量平均為0.2%。

4 試井滲透率

4.1 試井原理

包谷山煤礦3號煤層氣試井測試遵循不穩(wěn)定試井的原理，其測試方法為：當儲層中流體的流動處于平衡狀態(tài)時，改變井的壓力，在井底將造成一個壓力擾動，該擾動向井壁四周儲層不斷徑向擴展，隨著時間的推移最終形成一個新的平衡狀態(tài)。將以上擾動的結(jié)果記錄并進行綜合研究，分析和確定3號煤儲層的性質(zhì)。

4.2 試井方法

主要控制煤層滲透率的因素為煤層割理的發(fā)育程度、走向及寬度。該礦井3號儲煤層具有裂隙發(fā)育、滲透率較低、吸附能力強等特征，故割理系統(tǒng)的滲透率決定了該礦區(qū)3號煤層的滲透率。而3號煤層割理滲透率遠大于煤層基質(zhì)滲透率，流體以割理中的不斷流動為主要表現(xiàn)形式，因此，割理滲透率為測試所顯示的滲透率結(jié)果。多年來，在注入/壓降試井方法中，氣體解吸壓力低于地層壓力，被水飽和的煤層割理孔隙，以單相流狀態(tài)存在的流體為后續(xù)工作的相關(guān)資料分析提供了一定的依據(jù)。

包谷山煤礦區(qū)采用了以上試井方法，該方法適用于高、低壓儲層，并具有相當穩(wěn)定排量，為單井壓力瞬變測試方式，其具體的處理方法為：將注入壓力(低于煤層破裂壓力)向井中注水一段時間(見表1)，將會有一個高于原始儲層的壓力分布區(qū)出現(xiàn)在井筒周圍，然后關(guān)井，以達到壓力與原始儲層壓力趨于平衡狀態(tài)的效果。隨時間的變化，在注入階段和關(guān)井階段均采用壓力計進行記錄井底壓力結(jié)果。通過一系列數(shù)據(jù)的分析和研究，最后確定3號煤層的參數(shù)(見表2)。由于注入階段要控制排量的穩(wěn)定具有一定的難度，這會引起井底壓力的波動，故壓降階段得出的分析數(shù)據(jù)較具有代表性。

隔井筒與測試層均采用井下封隔器，以達到減小井筒儲集的作用，地下多次開、關(guān)井的注入/壓降測試、微破裂測試及原地應(yīng)力測試采用錄井鋼絲，最終獲取壓力資料是用存儲式電子壓力計。

4.3 資料分析

表1 3號煤層參數(shù)分析選用基本數(shù)值

表2 3號煤層成果數(shù)據(jù)表

圖1 3402孔3號煤注入/壓降測試關(guān)井壓降雙對數(shù)擬合

(1)關(guān)井壓降曲線特征分析

通過對關(guān)井壓降曲線雙對數(shù)-導(dǎo)數(shù)曲線圖形特征(圖1)分析，初期是雙對數(shù)-導(dǎo)數(shù)曲線井筒儲集階段較長，雙對數(shù)-導(dǎo)數(shù)曲線沿斜率接近1上升，約2.5個對數(shù)周期；在導(dǎo)數(shù)曲線中后期出現(xiàn)了明顯的徑向流特征，末期導(dǎo)數(shù)曲線出現(xiàn)了上翹一直到關(guān)井結(jié)束，導(dǎo)數(shù)曲線反應(yīng)井筒外圍區(qū)域煤巖層物性變差，呈現(xiàn)徑向復(fù)合地層特征；從半對數(shù)曲線圖可看出(圖2)，徑向反映明顯，曲線形態(tài)反映煤儲層橫向上有物性變化特征，與雙對數(shù)-導(dǎo)數(shù)曲線反映一致。

(2)儲層參數(shù)分析

根據(jù)曲線診斷的分析成果，選用了具有井筒儲集效應(yīng)+表皮效應(yīng)+徑向復(fù)合井的模型，通過現(xiàn)代試井理論擬合(圖2)解析，獲得分析成果(見表2)。通過曲線擬合分析，按徑向分析滲透率為0.448×10-3μm2、地層系數(shù)為0.811×10-3μm2.m、流動系數(shù)為0.795×10-3μm2.m/mPa.s。從本次試井解釋結(jié)果說明，煤儲層滲透性中等；井筒儲集系數(shù) 0.941×10-3m3/MPa，井筒儲集系數(shù)很低，說明采用井下關(guān)井方式工藝較為合理，有效降低了井筒儲集效應(yīng)對測試數(shù)據(jù)分析的影響；表皮系數(shù)為0.76，表明井筒附近煤儲層完善程度較好。

圖2 3402孔3號煤注入/壓降測試關(guān)井壓降半對數(shù)擬合檢驗曲線圖

5 結(jié)論及建議

(1)本次注入/壓降試井施工方法采用井下關(guān)井方式工藝合理。

(2)本次試井測試所解釋的井筒附近滲透率為0.448×10-3μm2，表明煤儲層滲透性中等、導(dǎo)流能力中等，流動系數(shù)為0.795×10-3μm2·m/mPa·s。

(3)3號煤層的有效厚度為1.81m，埋藏深度較淺，且缺少煤層氣長距離運移的大型裂隙系統(tǒng)，故該礦井的煤層氣開采難度大。

(4)依據(jù)關(guān)井壓降測試數(shù)據(jù)，地層中部壓力3.06MPa、煤儲層壓力系數(shù)0.98，從壓力系數(shù)分析，本層為正常壓力系統(tǒng)。

(5)通過原地應(yīng)力測試獲得煤層破裂壓力6.55MPa、煤層破裂壓力梯度0.0206MPa/m；煤層閉合壓力3.07MPa，煤層閉合壓力梯度0.0097MPa/m，屬于正常破度、正常閉合壓力梯度。

[1] 貴州省盤縣紅果煤礦3402孔煤層氣井試井測試報告[R].貴州省煤田地質(zhì)局一一三隊，2015，1-4.

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[3] 張新星.貴州久泰邦達能源開發(fā)有限公司盤縣紅果鎮(zhèn)苞谷山煤礦 (預(yù)留)資源儲量核實及勘探報告[R].貴州市煤礦設(shè)計研究院，2016，155-164.

[4] 王彥龍.煤層氣參數(shù)測試及其意義[J].中國地質(zhì)學(xué)會論文集，2007，2-4.

[5] 李鑫，等.基于注入壓降法的煤層氣井裸眼和套管射孔后測試試驗研究[J].煤炭工程，2014，46(11)：89-91.