貴州六枝特區(qū)郎岱區(qū)塊煤層氣開發(fā)潛力評價(jià)

鞏澤文

(1.煤炭科學(xué)研究總院,北京 100013； 2.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，西安 710054)

六枝特區(qū)煤層氣開發(fā)示范區(qū)位于貴州省西部六盤水地區(qū)，包括郎岱、比德-三塘、六枝[1-6]，面積214.2km2，煤層氣地質(zhì)資源量390.4×108m3。其中，郎岱區(qū)塊面積64.2 km2，煤層氣地質(zhì)資源量為115.6 m3。2016年4月，經(jīng)過專家評審，“六枝特區(qū)煤層氣勘探開發(fā)綜合利用工程、松河煤層氣勘探開發(fā)示范項(xiàng)目和盤江礦區(qū)煤礦瓦斯高效利用示范基地建設(shè)”3個項(xiàng)目符合條件，獲得國家專項(xiàng)建設(shè)基金支持。研究分析郎岱區(qū)塊的煤儲層特征以及煤層氣開發(fā)的潛力，對于加快六枝特區(qū)煤層氣(煤礦瓦斯)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提升煤礦安全生產(chǎn)，改善周邊能源結(jié)構(gòu)，有著不可或缺的作用。

1 地質(zhì)概況

郎岱區(qū)塊位于六枝特區(qū)，區(qū)塊內(nèi)次一級褶皺不發(fā)育，構(gòu)造簡單，共有15條規(guī)模較小斷層，主要分布在黑拉嘎井田和苦竹林井田，斷層以橫向正斷層為主，上納井田、歸宗井田和郎岱井田內(nèi)無斷層。地層傾角32°～38°，走向從南到北，構(gòu)造較為簡單，但向斜北西端與南東端翼部轉(zhuǎn)折端斷層較為發(fā)育[6-12]。地層有：第四系，三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組、夜郎組，二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M、峨嵋山玄武巖組，二疊系中統(tǒng)茅口組和棲霞組。含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M,煤層主要分布于龍?zhí)督M的上部和下部。

2 煤儲層特征

2.1 煤層賦存特征

郎岱區(qū)塊含煤地層由砂巖、泥巖及灰?guī)r組成[6-18]，平均厚460m，含煤15～22層，煤層呈現(xiàn)煤層層數(shù)多、單層厚度薄、累計(jì)厚度大的特點(diǎn)?？刹擅簩覯1、M2、M3、M7、M15、M18、M19和M30，其余煤層均為局部可采，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，鏡質(zhì)體最大反射率Ro為1.43%～1.55%，各煤層變質(zhì)程度為焦煤Ⅴ變質(zhì)階段。其中M1平均厚度1.85m，平均埋深575m；M2平均厚度1.28m，平均埋深628m；M3平均厚度1.15m，平均埋深658m；M7平均厚度3.73m；平均埋深683m；M15平均厚度1.31m，平均埋深688m；M18平均厚度2.06m，平均埋深700m；M19平均厚度1.41m，平均埋深710m；M30平均厚度1.43m，平均埋深720m。煤層頂板多為泥巖，局部泥灰?guī)r；底板以泥巖、粉砂巖為主，局部為細(xì)砂巖[2-9]。

2.2 煤體結(jié)構(gòu)

郎岱區(qū)塊各煤層均遭到不同程度的構(gòu)造破壞，均屬構(gòu)造煤；其中，M1、M2、M3、M4、M6、M7、M14、M20、M22、M23和M30煤以糜棱煤為主；M15、M18、M19、M28和M29煤以糜棱煤和碎裂煤為主；M31，M32和M33煤以碎裂煤為主見圖1。垂向上，隨著埋深增加，糜棱結(jié)構(gòu)煤的統(tǒng)計(jì)頻度總體上呈降低趨勢，而碎裂結(jié)構(gòu)煤的統(tǒng)計(jì)頻度總體上逐漸增加。

圖1 郎岱區(qū)塊鉆孔揭露煤層煤體結(jié)構(gòu)頻度圖Figure 1 Frequency diagram of borehole revealed coal mass structures in Langdai block

2.3 含氣性

煤層埋深9.90～1 165.70m，氣含量7.15～11.55 m3/t，一般9.30～13.64 m3/t，甲烷濃度47.24%～78.03%，瓦斯分帶主要屬氮?dú)?沼氣和沼氣帶。圖2為煤層埋深與含氣量的關(guān)系圖，埋深是影響煤層氣含量的主要控制因素，煤層氣含量隨著埋深的增加具有明顯增大的趨勢(圖2)。

圖2 郎岱區(qū)塊煤層氣含量與埋深關(guān)系圖Figure 2 Relationship between CBM content and buried depth in Langdai block

2.4 吸附性

全區(qū)可采煤層M7、M18和M19煤層等溫吸附結(jié)果表明，M7煤層Langmuir體積為21.10 m3/t、Langmuir壓力為0.83 MPa；M18煤層Langmuir體積為23.91 m3/t、Langmuir壓力為0.82 MPa；M19煤層Langmuir體積為31.28 m3/t，Langmuir壓力為1.74 MPa。M7、M18和M19煤層具有較強(qiáng)的吸附能力見圖3、圖4、圖5。

圖3 M7煤層瓦斯吸附等溫曲線圖Figure 3 Gas adsorption isothermal curve of coal M7

圖4 M18煤層瓦斯吸附等溫曲線圖Figure 4 Gas adsorption isothermal curve of coal M18

圖5 M19煤層瓦斯吸附等溫曲線圖Figure 5 Gas adsorption isothermal curve of coal M19

2.5 滲透性

郎岱區(qū)塊注入/壓降試井?dāng)?shù)據(jù)顯示，M7煤層滲透率為0.67mD，M15煤層滲透率為0.182mD，M18煤層的滲透率為0.56mD，根據(jù)康永尚2017年劃分標(biāo)準(zhǔn)，M7煤層和M18煤層為高滲儲層，M15煤層為中滲透層。

2.6 儲層壓力

郎岱區(qū)塊注入/壓降試井測試數(shù)據(jù)顯示，M7煤儲層壓力系數(shù)為0.70，M15煤儲層壓力系數(shù)為0.66，M18煤儲層壓力系數(shù)為0.69，根據(jù)鐘玲文2003年劃分標(biāo)準(zhǔn)，M7煤儲層、M15煤儲層、M18煤儲層屬低壓力儲層。

2.7 原地應(yīng)力

M7煤儲層的地應(yīng)力梯度為2.33MPa/100m，低于六盤水煤田2.7 MPa/100m，M15煤儲層地應(yīng)力梯度為2.09 MPa/100m，M18煤儲層地應(yīng)力梯度為1.79 MPa/100m，低于織納煤田的平均值2.3MPa/100m，較低的地應(yīng)力水平將對煤儲層滲透率產(chǎn)生有利影響。

3 煤層氣資源量及可采性評價(jià)

3.1 煤層氣資源量

結(jié)合六枝地區(qū)“煤層層數(shù)多、單層厚度薄、累計(jì)厚度大”的特點(diǎn)，將二疊系龍?zhí)督M分3個煤組進(jìn)行評價(jià)和勘探開發(fā)。結(jié)果表明郎岱區(qū)塊主要發(fā)育上、下煤組，煤層氣勘探目標(biāo)煤組為上煤組，采用體積法對可采煤層(M1、M 2、M3、M7、M15、M18、M19、M30煤層)資源量估算，可采煤層的煤層氣資源量為115.6×108m3，平均資源豐度為1.8×108m3/km2，屬于中等資源豐度的中型煤層氣田。按35.3 %的平均理論采收率計(jì)算，區(qū)內(nèi)可采煤層氣資源量約為40.81億m3。資源總量和可采資源量均較大。

3.2 煤層氣產(chǎn)能預(yù)測

應(yīng)用美國Klein公司CBM-SIM軟件對直井開采條件下進(jìn)行預(yù)測。目標(biāo)煤層選取M18和M19煤層，氣井連續(xù)排采15a，最高產(chǎn)量為1 307.44m3/d，累計(jì)產(chǎn)氣257.29×104m3(見圖6)。

圖6 產(chǎn)能預(yù)測曲線圖Figure 6 Production capacity prediction curve

4 結(jié)論

(1)郎岱區(qū)塊各煤層均遭到不同程度的構(gòu)造破壞，均屬構(gòu)造煤；其中，M1、M2、M3、M4、M6、M7、M14、M20、M22、M23和M30煤以糜棱煤為主，M15、M18、M19、M28和M29煤以糜棱煤和碎裂煤為主，M31，M32和M33煤以碎裂煤為主，隨著埋深增加，煤體結(jié)構(gòu)由糜棱煤向碎裂煤逐漸過渡。

(2)郎岱區(qū)塊煤層發(fā)育層多，總厚度大，埋藏深度適中，區(qū)域分布相對穩(wěn)定。含煤地層富水性弱，煤系上、下方含水層對煤層氣開發(fā)的不利影響有限。由于煤的吸附能力強(qiáng)，煤層氣保存條件較好，可采煤層的含氣量普遍較高，可采煤層的煤層氣資源量為115.6×108m3，平均資源豐度為1.8×108m3/km2。

(3)煤儲層增滲可改造性強(qiáng)，儲層壓力大，地應(yīng)力與周邊地區(qū)相比較低，對煤層氣開發(fā)較有利，優(yōu)選M18煤層和M19煤層為郎岱向斜煤層氣開發(fā)的主力煤層，煤體結(jié)構(gòu)設(shè)置為碎裂煤，采用區(qū)域平均特征參數(shù)值對郎岱區(qū)塊煤層氣直井單井產(chǎn)能進(jìn)行預(yù)測，最高產(chǎn)量為1 307.44m3/d，累計(jì)產(chǎn)氣257.29×104m3。由于整體區(qū)域煤體結(jié)構(gòu)以糜棱煤為主，建議后續(xù)煤層氣開發(fā)優(yōu)選碎裂結(jié)構(gòu)煤層進(jìn)行開發(fā)。