構(gòu)造和水文地質(zhì)條件耦合作用下煤層氣富集高產(chǎn)模式

陳躍 馬東民 方世躍

摘 要：構(gòu)造和水文地質(zhì)條件對煤層氣富集成藏和開發(fā)具有重要影響，為研究煤層氣富集和產(chǎn)出過程中不同構(gòu)造和水文地質(zhì)條件耦合效應，文中以鄂爾多斯盆地東緣為例，通過詳細研究不同區(qū)塊構(gòu)造、水文地質(zhì)條件對煤層氣富集和產(chǎn)出的影響，總結(jié)出構(gòu)造和水文地質(zhì)條件耦合作用下煤層氣富集模式，并且結(jié)合典型煤層氣開發(fā)區(qū)塊產(chǎn)能特征提出了有利于煤層氣開發(fā)的高產(chǎn)模式。結(jié)果表明：逆斷層、向斜軸部以及單斜構(gòu)造下部有利于煤層氣的富集保存，而正斷層和背斜軸部容易導致煤層氣的逸散;地下水礦化度高的弱徑流區(qū)、滯留區(qū)，有利于煤層氣富集;北部準格爾、保德等低煤階地區(qū)為低煤階次生生物氣補充型富集模式，中部柳林地區(qū)為盆緣斜坡帶水力封堵型富集模式，南部大寧—吉縣地區(qū)為構(gòu)造—水動力復合型富集模式;提出了弱水動力單斜上傾方向高部位高產(chǎn)模式、弱水動力背斜（或鼻狀構(gòu)造）軸部高產(chǎn)模式以及弱水動力正斷層遠端構(gòu)造高部位高產(chǎn)模式3種高產(chǎn)模式。

關(guān)鍵詞：煤層氣富集高產(chǎn);耦合分析;構(gòu)造條件

中圖分類號：P 618.11;TD 84 ? 文獻標志碼：A

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2019.0412 ? 文章編號：1672-9315（2019）04-0644-12

Abstract：Structural and hydrological conditions have significant influence on coalbed methane accumulation and development.In order to study the coupling effect of structural and hydrological conditions on coalbed methane enrichment and production，in this paper，taking the eastern margin of Ordos Basin as a case，the accumulation models of coalbed methane in the study area will be summarized，and the high yield models be presented according to the study of the coalbed methane production characteristics of the typical development blocks，based on the intensive study of the effects of the particular geologic structures and hydrologic conditions on the accumulation and development of coalbed methane in different blocks.The results show that reverse faults，the axial part of syncline and the bottom of monoclinic are favorable for gas enrichment，but gases are easy to escape near normal faults and the axial part of anticline.The stagnant zone and the weak run off zone with high groundwater mineralization are favorable for coalbed methane enrichment.The secondary biogenic gas supplement model in low coal rank in Zhungger and Baode，the hydraulic sealing model of the slope in the margin of basin in Sanjiao and Liulin，and the structural and hydraulic sealing united model in Daning Jixian are summarized.Furthermore，three high yield models are proposed，i.e.，weak hydrodynamic updip of the monocline model，weak hydrodynamic axial part of the anticline or nose like structure model，and weak hydrodynamic structural high far from the normal faults.

Key words：enrichment and high production of coalbed methane;coupling analysis;structure conditions

0 引 言

影響煤層氣富集和產(chǎn)出的因素很多，包括構(gòu)造條件、水文地質(zhì)條件、沉積環(huán)境、地層壓力、煤層滲透性、煤層厚度和埋深等，其中構(gòu)造條件和水文地質(zhì)條件對煤層氣賦存和開發(fā)的影響尤為突出[1-4]。Pashin通過分析了黑勇士盆地煤層氣井產(chǎn)出水化學特征和同位素特征研究，揭示了水動力條件對煤層氣井產(chǎn)能的影響以及細菌活動對氣井產(chǎn)能的貢獻[5]。其他學者詳細探討了水文地質(zhì)條件對煤層氣富集與產(chǎn)出的控制作用[6-10]。趙慶波等根據(jù)煤層氣的存儲狀態(tài)及煤層所處的構(gòu)造位置，將煤層氣劃分為自生自儲吸附型、自生自儲游離型和內(nèi)生外儲型3種成藏模式，并根據(jù)煤層氣甲烷含量及甲烷碳同位素分布研究，煤層氣成藏期可劃分為早期成藏、后期構(gòu)造改造成藏和開采中二次成藏3個時期，特別指出了開采中竄位和竄層引發(fā)二次成藏的條件[11]。宋巖等建立了滲透率突變帶煤層氣富集模式、構(gòu)造高部位局部富集模式、斜坡區(qū)含氣量與滲透率優(yōu)勢疊合富集模式與脆韌性轉(zhuǎn)換帶富集模式，系統(tǒng)總結(jié)了我國煤層氣的富集規(guī)律與控制因素[12]。另外一些學者針對構(gòu)造特征、儲蓋層配置關(guān)系、水動力條件提出了先后提出水動力控氣機制、巖漿熱事件控氣機制、向斜控氣機制、上覆地層有效厚度控氣機制、構(gòu)造控氣機制[13-16]。隨著我國煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，近年來部分國內(nèi)學者對我國低煤階煤層氣成藏機理的研究逐步展開，陳振宏、王勃等從煤層氣成藏的氣源條件、煤層的儲集能力、煤層的物性、煤層的水文地質(zhì)條件和成藏過程等方面，分析了高煤階煤層氣和低煤階煤層氣成藏的差異性，指出了構(gòu)造熱事件對高煤階煤層氣藏物性的改造作用和生物氣、游離氣在低煤階煤層氣成藏過程中的作用[17-18]。蘭天偉等對阜新盆地煤層氣成藏條件及機理分析后提出了水動力—巖墻封堵式混合成因裂隙型煤層氣富集模式[19]。侯海海等以東北依蘭盆地為例，建立了原生成因和次生成因疊合下的斜坡區(qū)成煤優(yōu)勢相帶高富水區(qū)的煤層氣富集模式[20]。劉洪林等針對吐哈盆地低煤階氣藏建立了盆內(nèi)凹陷成藏模式、盆緣陡坡成藏模式以及盆緣緩坡成藏模式[21]。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

鄂爾多斯盆地東緣煤層氣田沿黃河呈南北向分布，南北長約560 km，東西寬50～200 km，煤層氣地質(zhì)資源量約9×1012 m3[22]，目前已實施煤層氣井3 500余口，總體產(chǎn)氣量突破240×104 m3/d，已經(jīng)成為我國繼沁水盆地之后第二個實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的大型煤層氣田。鄂爾多斯盆地東緣總體為一向西緩傾的大型單斜構(gòu)造，由北向南依次為伊盟隆起、晉西撓褶帶和渭北隆起，其上發(fā)育輕微褶皺，斷層發(fā)育規(guī)模較小，具備大型煤層氣田形成條件[23]。區(qū)內(nèi)相對較大的斷層有5條，自北往南依次為離石斷層、三交北斷層、午城—窯渠斷層、薛峰斷層和前高斷層。構(gòu)造走向以南北向、北東—南西向為主，構(gòu)造變形強度總體上東部邊緣強于西部，南部強于北部，斷層和褶皺構(gòu)造主要分布在東部邊緣地區(qū)，往西向盆地內(nèi)部構(gòu)造變形減弱（圖1）。區(qū)內(nèi)煤層氣勘探開發(fā)的主力煤層為山西組4+5#煤層和太原組8+9#煤層，埋深300～2 600 m，煤厚0.5～30 m，Ro為0.44%～2.6%，滲透率0.01～20×10-3 μm2，4+5#煤層頂?shù)装逯饕獮槟鄮r、砂質(zhì)泥巖以少數(shù)的砂巖，8+9#煤層頂板為灰?guī)r和泥巖，底板多為泥巖，圍巖封閉性較好[24]。

如圖2所示，地震測線NW470上分布了6條斷層，且多為正斷層，在該區(qū)中部正斷層附近形成了含氣量低值區(qū)，含氣量與距正斷層距離呈負相關(guān)。中部其他地區(qū)的含氣量在12 m3/t左右，而受F12，F(xiàn)13和F14等3條正斷層影響，其周邊地區(qū)的含氣量則在8 m3/t左右。而F10和F9正斷層規(guī)模更大，致使煤層氣逸散更加嚴重，其周邊含氣量僅為2 m3/t左右（圖3）。

2.1.2 褶皺

向斜核部一般以壓應力環(huán)境為主，地層壓力高，并且向斜普遍處于地下水的弱徑流區(qū)或滯流區(qū)，利于形成水力封堵型煤層氣藏。盆地內(nèi)向斜構(gòu)造富氣最典型的是韓城區(qū)塊北部4+5#煤層。表現(xiàn)在向斜軸部煤層甲烷含量高，背斜軸部煤層甲烷含量低，一般表現(xiàn)為：向斜軸部>緩傾斜帶>背斜軸部>邊淺部陡傾斜帶（圖4）。

2.1.3 逆斷層

逆斷層形成與擠壓應力場中，斷層面封閉性強，氣體一般難以通過斷層面進行運移。并且斷層附近通常是構(gòu)造應力集中帶，可加大煤層壓力，有利于煤層氣吸附，典型區(qū)塊為大寧—吉縣區(qū)塊。大寧—吉縣區(qū)塊含氣量等值線沿午城窯渠逆斷層兩側(cè)對稱分布，離此斷層越近，煤層氣含氣量越高，說明封閉條件越好，離斷層越遠，含氣量呈變低趨勢，此斷層附近的某些向斜和背斜成為煤層氣聚集的有利區(qū)，含氣量可達20 m3/t以上（圖5）。

以J10井、J14井、J4井、J13井和J6井做連井剖面，發(fā)現(xiàn)向斜軸部煤層氣含氣量可達18.76 m3/t之高，而背斜的軸部含氣量較其翼部稍低，因為背斜的軸部中和面以上為拉張應力環(huán)境，導致張性裂隙發(fā)育，使煤層氣發(fā)生部分逸散。逆斷層為壓性斷層，斷層封閉性強，有利于阻止煤層氣逸散，故其附近并未發(fā)現(xiàn)含氣量明顯降低（圖6）。

2.1.4 單斜構(gòu)造

單斜構(gòu)造易于水力形成封堵，并且單斜構(gòu)造中儲層壓力一般隨埋深增大而增大，有利于煤層氣的吸附，如三交、柳林等區(qū)塊。三交區(qū)塊位于晉西撓褶帶中部離石鼻狀隆起的北翼，為一大型北西傾向的單斜構(gòu)造，以4+5#煤為例，煤層海拔為-150～700 m，自東南往西北降低。4+5#煤含氣量為5～13 m3/t，礦區(qū)東部邊緣含氣量低，往西北方向含氣量增高，含氣量等值線沿北東向展布，礦區(qū)西部含氣較大，可達13 m3/t（圖7）。區(qū)內(nèi)局部地區(qū)受水文地質(zhì)條件影響，含氣量分布復雜化。

2.2 水文控氣作用

水力封閉作用有利于煤層氣的保存，而水力驅(qū)替運移作用則引起煤層氣的逸散。一般而言，地下水壓力大，煤層氣含量高，反之則低。地下水的強徑流帶煤層氣含量低，而滯流帶煤層氣含量高。

煤層產(chǎn)出水礦化度是表征水動力活躍程度的重要指標之一，高礦化度往往代表滯留水環(huán)境，煤層氣保存條件好，有利于煤層氣富集成藏。煤層含氣量隨煤層氣井產(chǎn)出水礦化度的增大而增高，說明高礦化度弱徑流-滯留的水動力條件有利于煤層氣保存（圖8）。研究區(qū)東、南邊緣構(gòu)造作用強烈，斷裂較為發(fā)育，巖層產(chǎn)狀變陡，形成有一系列北東東近東西向的壓性或壓扭性斷層。煤系與下伏奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層強徑流帶產(chǎn)生水力聯(lián)系的可能性較大，水力運移逸散控氣作用易發(fā)生，對煤層氣的保存不利。而向深部地層平緩，構(gòu)造簡單，水動力逐漸減弱，礦化度逐漸增高，水動力處于弱徑流、滯留區(qū)，煤層含氣量增高，大氣降水由淺部向深部流動，在弱徑流—滯留區(qū)對煤層氣形成水動力封堵，形成煤層氣富集區(qū)。因此，研究區(qū)中南部地區(qū)需要尋找高礦化度水動力滯留區(qū)為煤層氣富集有利地區(qū)，這一規(guī)律與沁水盆地南部類似。

柳林地區(qū)從東北向西南，地下水礦化度逐漸增高，水質(zhì)類型主要為HCO3·Cl—Na型和HCO3·SO4—Na·Ca型，礦化度600～7 000 mg/L（圖9）。結(jié)合該地區(qū)3個煤層的含氣量平面圖可以看出：各主煤層含氣量總體上從北西向南東向增高，這與水的徑流方向基本一致，說明滯留的環(huán)境有利于煤層氣的富集（圖10）。

3 煤層氣富集模式

3.1 煤層氣成因

鄂爾多斯盆地東緣煤層氣甲烷碳同位素值為-58.99‰～-28.80‰，保德地區(qū)-50.89‰～-50.80‰，平均-54.34‰，柳林地區(qū)-57.78‰～-42.26‰，平均-50.64‰，韓城地區(qū)-41.60‰～-28.80‰，平均-36.30‰，煤層氣甲烷碳同位素自北向南變重。煤層氣成因判別圖版（圖11）顯示，研究區(qū)煤層氣以熱成因氣為主，在部分地區(qū)可能存在次生生物氣的混入。韓城地區(qū)數(shù)據(jù)點基本都分布在熱成因氣的范圍之內(nèi)，但是分布在II型干酪根熱成因氣區(qū)域內(nèi)，但是研究區(qū)生氣母質(zhì)幾乎都是腐殖煤，造成韓城地區(qū)甲烷碳同位素變輕的原因推測是該區(qū)煤層氣在構(gòu)造抬升過程中解吸分餾作用。柳林地區(qū)和保德地區(qū)顯示存在次生生物氣的混合，但是國內(nèi)學者通過實驗模擬證實中、高煤階煤巖變質(zhì)程度高，有機質(zhì)喪失生物活性，發(fā)生微生物降解的可能性較小，因此，柳林地區(qū)甲烷碳同位素變輕可能是因為水動力分餾作用所致，這與該區(qū)地下水礦化度低、水動力比較活躍較為吻合。而保德地區(qū)煤階較低，有機質(zhì)生物活性高，水動力較為活躍，發(fā)生微生物作用的可能性比較大，煤層氣甲烷碳同位素δ13CCH4平均值-5434‰，熱成因氣一般δ13CCH4>-50‰，但δ13CCH4與有機質(zhì)成熟度之間存在相關(guān)關(guān)系（劉文匯等，1999）。取保德地區(qū)煤中有機質(zhì)成熟度Ro為08%，得到該區(qū)熱成因氣的δ13CCH4應在-2883‰～-38.83‰，證實保德地區(qū)甲烷碳同位素確實偏輕，存在次生生物氣混入，與圖版揭示結(jié)果一致。

3.2 煤層氣富集模式

3.2.1 低煤階次生生物氣補充型富集模式

由于鄂爾多斯盆地東緣煤階具有北低南高的變化趨勢，其低煤階煤層氣資源主要分布在北部的準格爾和保德等地區(qū)。在低煤階中，煤的生物活性高，加之合適地下水環(huán)境，次生生物氣就可能生成。準格爾地區(qū)位于伊盟隆起構(gòu)造帶，為一西南傾向的單斜構(gòu)造，區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為簡單，煤層埋深相對較淺，煤階低，鏡質(zhì)體反射率在0.7%以下。在煤層埋深小于800 m的區(qū)域，處在甲烷風化帶，含氣量低，而煤層埋深大于800 m處于甲烷風化帶之下的區(qū)域，含氣量較高（圖12）。低煤階煤層氣一般為熱成因氣和次生生物氣混合的成因，因此，水動力條件對煤層氣藏的影響主要體現(xiàn)在2個方面，首先，水動力可以封堵煤層氣，阻止氣體往上運移散失，在單斜的弱水動力部位形成煤層氣富集區(qū);其次，一定的水力活動加上埋深較淺、煤的生物活性高，促使甲烷細菌活動、繁殖，形成次生生物氣。其煤層氣富集模式與圣胡安盆地具有一定相似性，大氣降水在邊緣淺部形成補給，攜帶甲烷細菌向盆地中心方向運移，從而生成次生生物氣，加之水動力的封堵，形成煤層氣的富集區(qū)。保德地區(qū)位于晉西撓曲帶北段，表現(xiàn)為向西傾的單斜構(gòu)造，地層傾角5°～10°，構(gòu)造條件簡單，斷裂構(gòu)造相對不發(fā)育。煤的鏡質(zhì)組反射率Ro一般為060%～0.97%，平均約為0.8%，以氣煤為主。煤層含氣量為1～12 m3/t，平均約為6 m3/t，甲烷濃度為62%～96%，平均75%.由于保德地區(qū)煤層氣存在次生生物氣的混入，結(jié)合該區(qū)煤層氣含氣量與地層水礦化度之間的變化關(guān)系、地質(zhì)構(gòu)造條件，認為該區(qū)為低煤階次生生物氣補充型煤層氣富集模式，在該模式中，煤層氣富集區(qū)一般為盆緣斜坡帶具有一定地下水活動的弱徑流區(qū)，弱徑流區(qū)地下水活動能力較弱，有利于煤層氣藏的保存，其次，弱徑流區(qū)又具有一定的地下水活動能力，甲烷細菌可被地下水攜帶至煤層中并持續(xù)活動與繁殖（圖13）。

3.2.2 盆緣斜坡帶水力封堵型富集模式

鄂爾多斯盆地中部地區(qū)由于受地質(zhì)應力作用相對較小，地層受地質(zhì)改造程度低，構(gòu)造條件相對簡單，斷層和褶皺發(fā)育較少，煤體結(jié)構(gòu)相對完整，煤層氣含氣量與地下水活動強度呈現(xiàn)很好的負相關(guān)關(guān)系，通常地下水活動較弱的弱徑流區(qū)和滯留區(qū)一般是煤層氣的富集區(qū)，從而構(gòu)成盆緣斜坡帶水力封堵型煤層氣藏（圖14）。

研究區(qū)中部的三交、柳林地區(qū)是該成藏模式的典型地區(qū)，其區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡單，為簡單的單斜構(gòu)造，斷層較少發(fā)育，煤層埋深相對較淺，大氣降水從盆地邊緣地層露頭處進行補給，進入地層沿地層傾向順層流動，隨著流動距離增加，活動強度逐漸減弱。在該種煤層氣富集模式中，含氣量與地下水礦化度具有較好的正相關(guān)關(guān)系，地下水活動對煤層氣藏具有至關(guān)重要的作用。此種模式主要發(fā)育于中部中高煤階地區(qū)，與低煤階次生生物氣補充型富集模式的區(qū)別在于其一般不存在生物氣的補充，為熱成因氣，因為中高煤階煤變質(zhì)程度高，喪失了生物活性。

3.2.3 構(gòu)造—水動力復合型富集模式

鄂爾多斯盆地中南部受地質(zhì)改造程度高，地質(zhì)變形強度大，褶皺、斷層等構(gòu)造較為發(fā)育，地質(zhì)條件往往比較復雜。復雜的地質(zhì)構(gòu)造條件下其地下水動力系統(tǒng)一般也較為復雜，復雜的構(gòu)造條件與地下水力系統(tǒng)作用下，煤層氣成藏模式較為多樣，但一般構(gòu)造封閉性強、地下水活動弱的區(qū)域為煤層氣富集成藏有利區(qū)。以大寧—吉縣地區(qū)為例，其地層構(gòu)造變形較為復雜，向斜、背斜、斷層均有發(fā)育;地下水系統(tǒng)亦較復雜，存在多個地下水供排系統(tǒng)（圖15）。含水層在東部邊緣和薛關(guān)斷裂帶接受補給，形成相對獨立2個地下水循環(huán)系統(tǒng)。由于上部山西組4+5#煤層頂?shù)装宥酁槟鄮r，孔滲性低，地下水徑流對該煤層影響較小，而下部太原組8+9#煤層頂板灰?guī)r發(fā)育，巖溶裂隙較多，富水性強，成為良好的含水層，地下水更易注入經(jīng)其滲流，因此其水動力條件較為活躍。

在構(gòu)造方面，吉17井附近斷層發(fā)育，致使水動力也更加活躍，導致煤層氣逸散，含氣量大幅降低，甲烷同位素也呈變輕趨勢，而位于單斜緩坡上的吉試1、吉10井由于水動力弱，可以形成良好的水力封堵，含氣量較高。因此，在該區(qū)復雜的構(gòu)造、水動力條件下，構(gòu)造和水動力聯(lián)合封閉區(qū)往往成為煤層氣的富集有利區(qū)。

3.3 煤層氣富集的構(gòu)造和水文耦合機理

鄂爾多斯盆地東緣北部低煤階中，煤層氣為次生生物氣和熱成因氣的混合成因，地下水活動對煤層氣富集起2方面作用，一是封閉作用，二是從淺部攜帶甲烷細菌至煤層，并且該區(qū)位于盆地邊緣部位，為西傾的單斜構(gòu)造，處于盆地構(gòu)造演化晚期的抬升部位，滲透性得到改善，其具有一定深度的位置，水動力相對較弱但具有一定水力活動，可以起到封閉氣體和攜帶甲烷細菌的雙重作用，為煤層氣的優(yōu)勢富集區(qū)。往盆地中心方向，煤層埋深進一步增加，滲透性降低，水動力趨于停滯，封閉效果雖然更好，但是無法攜帶甲烷細菌至煤層，氣源減少。中部中煤階地區(qū)煤層氣多為熱成因氣，主要考慮地下水對氣體的封閉作用，且該區(qū)為盆地邊緣的單斜構(gòu)造，構(gòu)造變形程度弱，地下水動力場較為簡單，地下水在盆地邊緣接受補給，順著巖層下傾方向流動，隨著徑流距離的增加，地層埋深增大，滲透性降低，水動力減弱，封閉性增強，利于煤層氣富集，含氣量一般隨埋深增大、水動力減弱而增加。南部中高煤階地區(qū)，在盆地演化后期構(gòu)造變形強烈，斷裂、褶皺等構(gòu)造較為發(fā)育，正斷層附近、背斜軸部張性裂隙發(fā)育，往往成為地下水流動通道，也可能形成越流補給，使地下水動力場分布更加復雜，由于逆斷層附近擠壓應力環(huán)境封閉性好，水動力弱，容易形成煤層氣富集區(qū)。

4 煤層氣高產(chǎn)模式及實例

鄂爾多斯盆地東緣煤層氣井目前生產(chǎn)效果表明，位于地下水弱徑流—滯留區(qū)的局部構(gòu)造高部位的氣井排水降壓快，初見氣時間短，產(chǎn)氣效果好，產(chǎn)水量低，能夠維持較長時間穩(wěn)定高產(chǎn)，以此總結(jié)出單斜上傾方向構(gòu)造高部位高產(chǎn)模式、背斜或鼻狀構(gòu)造軸部高產(chǎn)模式和正斷層遠端構(gòu)造高部位高產(chǎn)模式等3種高產(chǎn)模式。

4.1 單斜上傾方向高部位高產(chǎn)模式及實例 ?后期構(gòu)造改造強度弱的單斜構(gòu)造，褶皺和斷層發(fā)育較少，構(gòu)造變形強度弱，與水力相互作用易形成單斜—水力封堵型煤層氣藏。單斜簡單穩(wěn)定的構(gòu)造條件有利于煤層氣的開發(fā)。以柳林地區(qū)為例，煤層氣井產(chǎn)氣效果較好的主要位于埋深小于700 m的東部地區(qū)，東南部L井組位于單斜構(gòu)造上傾方向的高部位，排采僅200 d左右，單井最高產(chǎn)氣量可達3 600 m3/d，而西部埋深較大且處于相對構(gòu)造低部位，產(chǎn)氣效果較差，以F13井為例，排采200 d，產(chǎn)氣量僅有100 m3/d（圖16）。L井組連井剖面顯示，位于單斜低部位L-01井產(chǎn)氣量僅500 m3/d，而沿著單斜上傾方向，產(chǎn)氣量逐漸增加，L-04井產(chǎn)氣量可達近2 000 m3/d.由于L井組所處區(qū)域地下水活動較弱，且處于單斜上傾方向的高部位，產(chǎn)水量總體較低，一般10 m3/d以下。

4.2 背斜或鼻狀構(gòu)造軸部高產(chǎn)模式及實例 ?鄂爾多斯盆地北部保德區(qū)塊整體為一西傾的單斜構(gòu)造，區(qū)塊北部為一西傾的鼻狀構(gòu)造，地下水礦化度為1 000～5 000 mg/L，自東南往西北方向逐漸增加，水動力分區(qū)由徑流區(qū)往弱徑流、滯留區(qū)過渡。目前產(chǎn)氣效果較好的井主要分布于北部楊家灣地區(qū)，產(chǎn)氣量多大于2 000 m3/d，其中BD-1井，最高日產(chǎn)氣6 500 m3/d，穩(wěn)產(chǎn)2年以上，累計產(chǎn)氣超過184×104 m3.

保德地區(qū)連井剖面顯示，位于鼻狀構(gòu)造軸部的BD-1井，產(chǎn)氣效果好，日產(chǎn)氣量可達6 000 m3/d，產(chǎn)水量相對較低（圖17）。而處于鼻狀構(gòu)造翼部的BD-4井，產(chǎn)氣效果較差，產(chǎn)氣量僅為1 000 m3/d左右，產(chǎn)水量相對軸部井稍高。

4.3 正斷層遠端構(gòu)造高部位高產(chǎn)模式及實例 ?喜山運動期拉張應力下形成的正斷層和裂隙一定程度改造了前期形成的煤層氣藏，引起的負效應是破壞了煤層氣藏的封閉性，煤層氣部分逸散，氣藏飽和度降低，溝通了煤層與其上下含水層，使煤層氣井長期排水后難以實現(xiàn)儲層有效壓降;另一方面，正效應為改善了煤儲層的滲透性，有利于煤層氣開發(fā)中氣水的滲流和快速產(chǎn)出。

韓城區(qū)塊產(chǎn)氣效果好（產(chǎn)氣量達1 500 m3/d以上）的煤層氣井主要分布于中部的低水勢、高礦化度的地下水弱徑流—滯留區(qū)，其產(chǎn)水量較低，而西南部水動力活躍區(qū)域及西北部正斷層附近氣井產(chǎn)氣量普遍偏低，甚至不產(chǎn)氣，而產(chǎn)水量高，儲層降壓難度大（圖18）。離斷層距離不同的氣井產(chǎn)氣產(chǎn)水特征差異很大，隨著與斷層距離的增加，產(chǎn)氣量逐漸增加，產(chǎn)水量逐漸減少。斷層附近的氣井幾乎井不產(chǎn)氣或低產(chǎn)氣，產(chǎn)水量較高，例如HC01井未產(chǎn)氣，HC02井產(chǎn)氣量也僅有700 m3/d，而其產(chǎn)水量卻高達20 m3/d，具有低產(chǎn)氣高產(chǎn)水的特征;而沿地層上傾方向遠離斷層的HC03，HC04以及HC05井，產(chǎn)氣量分別達到3 000，2 500，2 600 m3/d，產(chǎn)水量低至1 m3/d左右，具有高產(chǎn)氣低產(chǎn)水的特征（圖5）。由此表明，斷層對區(qū)內(nèi)煤層氣開發(fā)具有不利影響，容易使煤層和其上下含水層發(fā)生水力聯(lián)系，導致煤層氣井雖長期高產(chǎn)水但難以實現(xiàn)儲層的有效降壓，煤層氣無法大量解吸和產(chǎn)出;而位于地層上傾方向遠離斷層的部位的煤層氣井，斷層對其影響大大降低，儲層容易實現(xiàn)有效降壓，且低部位煤層氣井排水降壓解吸的煤層氣往上傾方向擴散滲流，成為高部位氣井的供氣源，因此，位于地層上傾方向遠離斷層的部位的煤層氣井可以獲得持續(xù)穩(wěn)定的高產(chǎn)。

4.4 煤層氣高產(chǎn)的構(gòu)造和水文耦合機理

煤層氣井實現(xiàn)高產(chǎn)必須具備2個前提條件，一是是否擁有充足的氣源，二是氣體能否快速大量運移到井筒之中。前者是煤層氣井高產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，因此煤層氣富集是高產(chǎn)的前提條件，研究區(qū)煤層氣高產(chǎn)區(qū)通常位于煤層氣富集區(qū)內(nèi)，其地下水動力弱，封閉性好，含氣量高，含氣飽和度高，臨界解吸壓力高，氣體較易解吸產(chǎn)出，并且由于地下水動力弱，補給速度慢，經(jīng)過排水較容易實現(xiàn)儲層降壓。另外，煤層氣高產(chǎn)井往往位于局部構(gòu)造高部位，這是因為構(gòu)造高部位往往是構(gòu)造演化后期的抬升部位，應力條件相對較弱，裂隙相對發(fā)育，地層滲透性往往高于其他構(gòu)造部位，有利于地下水快速排出實現(xiàn)儲層降壓，解吸的煤層氣也可以快速運移至井筒產(chǎn)出，并且局部構(gòu)造高部位在煤層氣開發(fā)中可以得到低部位解吸的煤層氣往上運移補充，氣源更加充足，因此更易形成高產(chǎn)。

5 結(jié) 論

1）逆斷層、向斜軸部以及單斜構(gòu)造下部有利于煤層氣的富集保存，而正斷層和背斜軸部容易導致煤層氣的逸散;地下水礦化度高的弱徑流區(qū)、滯留區(qū)，有利于煤層氣富集。

2）研究區(qū)煤層氣以熱成因為主，在北部低煤階地區(qū)存在次生生物氣的混入。北部準格爾、保德等低煤階地區(qū)為低煤階次生生物氣補充型富集模式，中部三交、柳林地區(qū)為盆緣斜坡帶水力封堵型富集模式，南部大寧—吉縣地區(qū)為構(gòu)造—水動力復合型富集模式。

3）保德地區(qū)北部鼻狀構(gòu)造軸部地下水活動弱，煤層氣井產(chǎn)氣效果好，柳林地區(qū)西南部地下水礦化度高，位于單斜上傾方向構(gòu)造高部位煤層氣井產(chǎn)氣量高，韓城地區(qū)西北部正斷層對該區(qū)煤層氣產(chǎn)能影響顯著，據(jù)此提出了弱水動力單斜上傾方向高部位高產(chǎn)模式、弱水動力背斜（或鼻狀構(gòu)造）軸部高產(chǎn)模式及弱水動力正斷層遠端構(gòu)造高部位高產(chǎn)模式3種高產(chǎn)模式。

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