貴州省三大煤田煤層氣地質(zhì)及開發(fā)潛力對比分析

陶斤金 汪凌霞 黃紀(jì)勇

（1.貴州省煤層氣頁巖氣工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽 550008；2.貴州省煤田地質(zhì)局，貴州 貴陽 550008；3.貴州天然氣能源投資股份有限公司，貴州 貴陽 550081）

0 引言

根據(jù)《貴州省煤層氣資源潛力預(yù)測與評價》（2012）［1］，貴州省上二疊統(tǒng)可采煤層的煤層氣推測資源量為3.05×1012m3。貴州省煤層氣資源主要集中在六盤水煤田、織納煤田和黔北煤田，三者資源量之和為2.83×1012m3，占全省煤層氣地質(zhì)資源總量的92.57%。筆者選取六盤水、織納和黔北煤田為研究對象，基于煤層氣開發(fā)地質(zhì)條件、資源狀況及開發(fā)現(xiàn)狀，分析評價三大煤田的煤層氣資源開發(fā)潛力，以期為貴州省煤層氣勘探開發(fā)選區(qū)提供依據(jù)。

1 六盤水煤田

六盤水煤田是貴州省煤炭資源最為富集的煤田，包括盤縣、六枝、水城3個礦區(qū)，煤炭資源勘探程度高，煤炭資源量達(dá)974.05×108t，占全省煤炭資源量的37.6%。

1）煤田構(gòu)造特征。該煤田構(gòu)造上位于二級構(gòu)造單元上揚(yáng)子陸塊西部黔南坳陷六盤水?dāng)嘞葜小辈?，總體上以隔槽／隔擋式褶曲為主，主要包括盤關(guān)向斜、土城向斜、格目底向斜、大河邊向斜、郎岱向斜、六枝向斜等6個構(gòu)造單元，具有向斜控氣的特征。斷層性質(zhì)多樣，煤層結(jié)構(gòu)破壞強(qiáng)烈［2］。

2）煤系地層及煤層特征。該煤田的含煤地層為上二疊統(tǒng)長興組和龍?zhí)督M，煤系地層厚度為220～513 m，含煤層數(shù)一般為20～50層，煤層總厚一般為10～40 m，可采煤層1～26層，可采厚度累計達(dá)15～40 m（表1）。具有煤層層數(shù)多、累計厚度大，單層厚度薄，層間距小而不均等特點(diǎn)［3-4］。

表1 六盤水煤田各構(gòu)造單元上二疊統(tǒng)煤層特征表

3）煤儲層特征。該煤田整體以肥煤—瘦煤和無煙煤為主，煤層變質(zhì)程度中等—高，以碎裂結(jié)構(gòu)煤為主，裂隙較為發(fā)育，具有煤層氣開發(fā)的良好物性條件。煤層試井滲透率在0.000 4～0.480 0 mD范圍內(nèi)變化，多低于0.02 mD，平均值為0.074 1 mD，屬于特低滲透率煤層。青山向斜馬依勘探區(qū)煤儲層壓力梯度和壓力系數(shù)平均值分別為1.08 MPa／100 m和1.10，為正常壓力狀態(tài)。金竹坪勘探區(qū)煤儲層壓力梯度和壓力系數(shù)平均值分別為1.19 MPa／100 m 和1.22，為超壓狀態(tài)。六盤水煤田儲層壓力為正?！惓８邏籂顟B(tài)（圖1），較有利于煤層氣開采［5］。

4）煤層氣資源量及可采潛力。該煤田的煤層氣資源量為13 895.26×108m3，占全省地質(zhì)總資源量的45.47%，位居全省之首。平均資源豐度為2.26×108m3／km2，居全國煙煤—無煙煤煤田前列?？刹少Y源量為6 560.79×108m3，占全省可采資源總量的45.57%。

圖1 六盤水煤田、織納煤田煤儲層壓力梯度分布圖

5）勘探開發(fā)工程實踐。盤縣礦區(qū)是貴州省最早開展煤層氣勘查的區(qū)域，也是目前煤層氣探礦權(quán)的集中地，煤層氣勘查程度較高，先后有多家單位在該礦區(qū)進(jìn)行過煤層氣勘探，主要采用壓裂方式進(jìn)行儲層改造，采取排水降壓的方式進(jìn)行試氣，其中投入工程最多的屬青山—保田區(qū)塊和盤北基地。青山—保田區(qū)塊自2006年啟動煤層氣勘探試驗項目至今，先后開展了不同程度的開發(fā)試驗，共對8口參數(shù)井、29 口排采試驗井進(jìn)行施工，其中實現(xiàn)了兩次高難度水平井對接。盤北基地自2013 年至今累計對11口參數(shù)井進(jìn)行施工，排采試驗井組9口，單井日產(chǎn)氣量最高達(dá)2 800 m3，穩(wěn)產(chǎn)在1 000 m3以上，且排采時間長，獲取了較多儲層參數(shù)以及工程試驗經(jīng)驗，建成松河礦煤層氣地面抽采省級示范工程［6］。此外，2016 年在水城礦區(qū)楊梅樹向斜施工一口煤層氣參數(shù)井——楊煤參1 井，獲得高產(chǎn)穩(wěn)定工業(yè)氣流，連續(xù)90 d穩(wěn)產(chǎn)在3 600 m3／d以上，最高日產(chǎn)氣量達(dá)4 656 m3，創(chuàng)下西南地區(qū)煤層氣直井單井日產(chǎn)氣量新高和穩(wěn)產(chǎn)日產(chǎn)氣量新高。

2 織納煤田

織納煤田是貴州省第二大煤田，煤炭資源量為525.97×108t，約占全省資源量的20.3%，煤炭資源勘探程度高。

1）煤田構(gòu)造特征。該煤田位于貴州省中西部，構(gòu)造上位于揚(yáng)子陸塊黔北隆起黔北斷拱的西南部，六盤水?dāng)嘞菁扒蠑嘞萃膺吘壙傮w上以短軸式褶曲為主，構(gòu)造相對簡單，主要包括比德—三塘向斜、阿弓向斜、珠藏向斜以及官寨向斜，同樣具有向斜控氣的特征。煤層結(jié)構(gòu)一般保存完好。

2）煤系地層及煤層特征。主要含煤地層龍?zhí)督M厚度為242～375 m，含煤19～46 層，含煤總厚度為13.33～54.68 m，可采煤層1～12 層，可采煤層總厚1.97～21.67 m（圖2），金龍向斜、比德—三塘向斜、珠藏向斜一帶為富煤中心，可采煤層總厚在5.00 m以上（表2）。

3）煤儲層特征。該煤田整體以無煙煤為主，煤層變質(zhì)程度較高。煤體結(jié)構(gòu)相對完整，除6號煤為構(gòu)造煤外，其余均為原生結(jié)構(gòu)煤，較有利于煤層氣滲流。煤層試井滲透率在0.10～0.50 mD，多在0.30 mD以上，平均值為0.279 7 mD，為中滲透率煤層，滲透率高于六盤水煤田，適合煤層氣地面開發(fā)。比德向斜化樂勘探區(qū)煤儲層壓力梯度和壓力系數(shù)平均值分別為8.8 kPa／m和0.89，為欠壓狀態(tài)，織納煤田煤儲層壓力普遍表現(xiàn)為正?！穳籂顟B(tài)（圖1）［7-8］。

4）煤層氣資源量及可采潛力。該煤田煤層氣資源量為7 002.80×108m3，約占全省地質(zhì)總資源量的20%，平均資源豐度為1.41×108m3／km2，略高于全國平均水平?？刹少Y源量為4 415.43×108m3，約占全省的33.33%，可采資源平均豐度為0.89×108m3／km2，低于六盤水煤田。

5）勘探開發(fā)工程實踐。該煤田自2011年陸續(xù)開展了煤層氣地面勘查工作，在阿弓向斜的肥田煤礦等部署各類參數(shù)井、試驗井、水平井20 余口，主要采用壓裂方式進(jìn)行儲層改造，采取排水降壓的方式進(jìn)行試氣，單井日產(chǎn)氣量為1 100～5 800 m3。畢節(jié)、織金比德—三塘向斜等地自2015年開始進(jìn)行煤層氣地面開發(fā)，部分井日產(chǎn)氣量可超過1 000 m3。此外，2016年在織金阿弓向斜文家壩煤礦實施的2口煤層氣實驗井，單井日產(chǎn)氣量為2 000～3 000 m3。

3 黔北煤田

黔北煤田是貴州省第三大煤田，煤炭資源量為748.45×108t，約占全省資源總量的28.9%。

1）煤田構(gòu)造特征。該煤田構(gòu)造上大部分位于揚(yáng)子陸塊黔北隆起的黔北斷拱，北西部習(xí)水、赤水一帶屬于川南盆緣凹陷，主要包括金盆向斜、黔西向斜、長崗向斜、大方背斜、桑木場背斜等5個含煤區(qū)。

2）煤系地層及煤層特征。主要含煤地層龍?zhí)督M地層厚度為136～255 m，含煤層數(shù)6～55層，煤層總厚3.0～28.0 m（表3），其中龍?zhí)督M可采1～9 層，可采累計厚度為0～10.7 m［9］。

3）煤儲層特征。該煤田各煤層煤化程度較高，以無煙煤為主，有少量貧煤和瘦煤，以原生結(jié)構(gòu)煤為主，較適合煤層氣抽采。長崗向斜煤的孔隙度為4.8%～5.7%，平均值為5.2%，為典型的低孔隙度儲層。長崗向斜煤層試井滲透率為0.01～0.23 mD，平均值為0.076 mD，為低滲透率煤層，不利于煤層氣解吸后滲流。長崗向斜壓力梯度和壓力系數(shù)分別為0.55～0.57 MPa／100 m和0.56～0.69，為欠壓儲層［10］。

4）煤層氣資源量及可采潛力。該煤田煤層氣資源量為7 392.15×108m3，約占全省地質(zhì)總資源量的25%，平均資源豐度為0.66×108m3／km2，明顯低于全國平均水平?？刹少Y源量為2 075.72×108m3，占全省的15.05%。

圖2 織納煤田某構(gòu)造單元煤系地層柱狀圖

5）勘探開發(fā)工程實踐。該煤田煤層氣勘查程度較低，開展的煤層氣勘查工作較少，對金沙地區(qū)林華煤礦2口參數(shù)井和3口排采試驗井進(jìn)行施工，因各煤層臨界解吸壓力低而勘探效果不佳。2014 年以來在長崗向斜先后實施的2口煤層氣探井，主要采用壓裂方式進(jìn)行儲層改造，采取排水降壓方式進(jìn)行試氣，單井日產(chǎn)氣量為300～1 000 m3。目前中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心正在開展黔北“煤系三氣”兼探合采試驗，應(yīng)再加強(qiáng)對該區(qū)煤層氣的勘查程度，同時兼顧煤系頁巖氣、砂巖氣等的研究。

4 煤層氣開發(fā)潛力對比分析

4.1 物質(zhì)基礎(chǔ)

煤層既是煤層氣的源巖又是儲集層，巨大的煤炭儲量是煤層氣聚集成藏的基礎(chǔ)條件。在分析貴州省三大煤田煤炭及煤層氣資源量、煤層發(fā)育特征、煤層含氣性的基礎(chǔ)上，利用對比分析法評價三大煤田的煤層氣開發(fā)潛力，結(jié)果見表4。從表4 可知，六盤水煤田煤炭資源量最大，黔北煤田次之，織納煤田最小。一般情況下，煤炭資源量和煤層氣資源量呈正相關(guān)關(guān)系，煤層氣資源量由大到小分別為六盤水煤田、黔北煤田、織納煤田。由于各個盆地面積不同，煤炭和煤層氣資源量并不能明顯地反映煤田的聚煤聚氣特征，而含煤密度和煤層氣資源豐度相對更具有說服力，高豐度煤層氣聚集區(qū)是煤層氣資源開發(fā)的有利地區(qū)，在煤層氣大規(guī)模商業(yè)開發(fā)中可以節(jié)約開發(fā)成本。六盤水煤田含煤密度和煤層氣資源豐度遠(yuǎn)大于其他兩個煤田，織納煤田次之，黔北煤田第三。

表2 織納煤田各構(gòu)造單元上二疊統(tǒng)煤層特征表

表3 黔北煤田各構(gòu)造單元上二疊統(tǒng)煤層特征表

各煤田沉積背景不同，煤層層數(shù)和厚度差異很大。六盤水煤田煤層層數(shù)多、總厚度大但單層厚度小、煤層間距小但變化大、煤層不穩(wěn)定；織納煤田煤層層數(shù)較多，煤層主要為中—薄層、埋深適中；黔北煤田煤層層數(shù)較多，煤層多為薄煤層，少數(shù)為中—厚層，以中等結(jié)構(gòu)為主。

4.2 生氣條件

一般來講，煤階與煤層生氣量呈正相關(guān)關(guān)系，煤階越高煤層生氣量越大。六盤水煤田以中煤階肥煤、焦煤和瘦煤為主，織納煤田以高煤階貧煤和無煙煤為主，黔北煤田以無煙煤為主［11-12］。

煤巖學(xué)特征可反映煤層的生氣儲氣能力。殼質(zhì)組生氣能力最好，鏡質(zhì)組次之，惰質(zhì)組最差，而鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的吸附能力大于殼質(zhì)組，煤層氣含氣量與煤的鏡煤最大反射率成正比關(guān)系。六盤水煤田以半暗型煤、半亮—半暗型煤為主，顯微煤巖組分以鏡質(zhì)組為主，鏡質(zhì)組含量為36.45%～98.70%，平均值為70.23%；半鏡質(zhì)組含量為2.00%～28.58%，平均值為11.97%；惰質(zhì)組含量為2.91%～30.58%，平均值為13.49%；殼質(zhì)組含量為0～30.85%，平均值為10.46%。具有較強(qiáng)的生氣和儲氣能力?？椉{煤田以半亮型煤和半暗—半亮型煤為主，顯微煤巖組分以鏡質(zhì)組為主，鏡質(zhì)組含量為60.59%～97.35%，平均值為79.77%；惰質(zhì)組含量為6.7%～25.8%，平均值為16.62%；鏡煤最大反射率為1.78%～3.25%，平均值為2.86%，有很強(qiáng)的生氣和儲氣能力。黔北煤田以半暗型煤為主、半亮型煤次之，顯微煤巖組分以鏡質(zhì)組為主，含量在52.90%～95.30%，平均值為82.01%；惰質(zhì)組含量在1.79%～37.13%，平均值為13.71%。

表4 貴州省三大煤田煤層氣開發(fā)潛力對比表

三大煤田煤層氣的平均含量從大到小依次是六盤水煤田、織納煤田和黔北煤田。六盤水煤田煤層含氣量和資源豐度高，是煤層氣開發(fā)的有利地區(qū)?？椉{、黔北煤田的煤層含氣量和資源豐度均低于六盤水煤田，開發(fā)潛力次之。

5 結(jié)論

1）六盤水煤田煤炭勘探程度高，煤炭探明儲量最大，煤層氣資源量最大。含煤密度和煤層氣資源豐度最高，煤層層數(shù)多，煤層總厚度大且含氣量高，煤層滲透率偏低，煤田儲層壓力為正常—異常高壓狀態(tài)，較有利于煤層氣開采，煤層氣開發(fā)潛力最大。

2）織納煤田含煤密度和煤層氣資源豐度較高，煤層層數(shù)較多、總厚度大，煤層氣資源量較大，探明儲量居第二位，且煤體結(jié)構(gòu)相對完整，滲透率高于六盤水煤田，煤層氣開發(fā)潛力較大。

3）黔北煤田煤炭資源量較大，但煤層氣勘探程度較低，含煤密度和煤層氣資源豐度較低，滲透率低，煤儲層壓力為欠壓狀態(tài)，開發(fā)潛力不及六盤水和織納煤田。