柳林區(qū)塊煤層氣儲層特征及產(chǎn)量控制因素分析

劉天授

(中聯(lián)煤層氣有限責任公司，北京 100016)

1 煤層氣儲層特征

柳林區(qū)塊構(gòu)造簡單，斷層稀少，地層輕緩，傾角小，煤系發(fā)育，水文地質(zhì)條件簡單，煤層氣勘探開發(fā)具有比較優(yōu)越的地質(zhì)條件。區(qū)內(nèi)共含煤14層，可采煤層7層，其中山西組的2、3、4(3+4)、5號煤層，太原組的6、8+9、10號煤為主要可采煤層，可采煤層均厚10.49m。

煤巖宏觀類型主要為光亮煤、半亮煤，顯微組分主要為鏡質(zhì)組，無機物含量低，煤質(zhì)主要為中-低灰分，因此，煤層具備形成原生割理裂隙的物質(zhì)基礎(chǔ)，保證了煤層氣良好的解吸通道和導流能力。煤體結(jié)構(gòu)主要為碎裂結(jié)構(gòu)、原生結(jié)構(gòu)，煤層裂隙發(fā)育，煤層具備較好的滲透性。3+4號煤層滲透率為0.02～3.44mD，5號煤層滲透率為0.02～2.26mD，8+9號煤層滲透率為0.01～24.8mD。煤層滲透率西部因埋深較大，滲透率相對較低，北部與南部的東中地區(qū)滲透率較高，總體上，研究區(qū)塊煤層的滲透率相對較高。

煤層氣含量及含氣飽和度高、氣質(zhì)好、資源豐度高、 資源量大。 平均氣含量為8.64～10.98m3/t，最高達23.45m3/t；煤層含氣飽和度為12.62%～100%，平均為63.59%；單煤層資源豐度較高，3+4+5號煤層為0.2×108～1.4×108m3/km2，8+9號煤層為0.3×108～1.9×108m3/km2。

各含水層富水性較弱，煤層水礦化度大，煤層處于弱逕流環(huán)境，有利于煤層氣富集。山西組3+4、5號煤層頂板或底板屬弱含水層，對煤層供水有限，煤層產(chǎn)水量一般不大；太原組8煤層頂板為灰?guī)r巖溶裂隙含水層，北部地區(qū)對煤層供水較為充足，煤層產(chǎn)水量大，氣井排水降壓困難；南部地區(qū)對煤層供水較弱，煤層產(chǎn)水量小，適于煤層氣開發(fā)。

2 排采特征

在勘探階段初期，由于太原組8+9號煤分布穩(wěn)定、厚度大，所以將8+9號煤設定為目的煤層。但從先期位于不同位置幾口井的排采數(shù)據(jù)看，產(chǎn)水量普遍較大，產(chǎn)氣量較低。后續(xù)針對8+9號煤的水平井也呈現(xiàn)出如此特征。將目的層設定為山西組3+4號和5號煤后，產(chǎn)水和產(chǎn)氣狀況都發(fā)生了很大的轉(zhuǎn)變，產(chǎn)水量普遍較小，產(chǎn)氣量較高。

XX1井位于區(qū)塊北部的中部，是一口壓裂直井，對8+9號煤層進行排采，整體表現(xiàn)為產(chǎn)水量高、產(chǎn)氣量低。平均日產(chǎn)水量125m3/d，最高產(chǎn)水量271m3/d；平均日產(chǎn)氣量32m3/d，最高產(chǎn)氣量177m3/d。用水泥封固8+9號煤，上返壓裂3+4、5號煤后進行排采，與8+9號煤相比，整體表現(xiàn)為產(chǎn)水量較小、 產(chǎn)氣量較高。 平均日產(chǎn)水量42m3/d，最高產(chǎn)水量109m3/d；平均日產(chǎn)氣量830m3/d，最高產(chǎn)氣量1157m3/d。井底流壓的變化范圍為2.52～4.94MPa，套壓在0～0.45MPa之間。

XX2井位于區(qū)塊西北角，是一口針對8+9+10號煤的多分支水平井，煤層進尺2420m，整體表現(xiàn)為產(chǎn)水量高、產(chǎn)氣量低。平均日產(chǎn)水量265m3/d，最高產(chǎn)水量476m3/d；平均日產(chǎn)氣量131m3/d，最高產(chǎn)氣量432m3/d。由于產(chǎn)水量高，為了能夠有效的降低井底壓力，更換多種類型的泵，但井底壓力最低也只是降低到了2.8MPa，后來由于實在無法再有效的降低井底壓力，該井停止排采。

經(jīng)過對柳林區(qū)塊排采井數(shù)據(jù)分析，可以看出，針對太原組8+9號煤煤層氣井的產(chǎn)水量普遍較大，產(chǎn)氣量普遍較低，而針對山西組3+4號和5號煤層氣井的產(chǎn)水量普遍較小，產(chǎn)氣量普遍較高。

3 產(chǎn)量主控因素

根據(jù)該區(qū)煤層氣地質(zhì)及儲層條件的分析，結(jié)合該區(qū)煤層氣勘探井的產(chǎn)氣狀況的研究認為，煤層發(fā)育程度、氣含量、滲透性、水文地質(zhì)條件等對煤層氣井產(chǎn)能影響較大，是影響煤層氣高產(chǎn)富集的關(guān)鍵因素，這與國內(nèi)外眾多學者關(guān)于煤層氣高產(chǎn)富集控制因素研究的結(jié)論相吻合。

3.1 煤層發(fā)育程度

煤層厚度是煤層氣資源富集的基本參數(shù)，目的層層數(shù)、厚度及結(jié)構(gòu)對煤層氣開發(fā)產(chǎn)能有重要影響，也是煤層氣井高產(chǎn)的主控因素。一般情況下，煤層層數(shù)越多，結(jié)構(gòu)越簡單、厚度越大，煤層氣資源量和資源豐度就越高，氣井高產(chǎn)的概率越高。對區(qū)內(nèi)煤層氣井目的層厚度和產(chǎn)氣量關(guān)系進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，目的層厚度與產(chǎn)氣量基本呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。

3.2 煤層含氣量

煤層含氣量是關(guān)系煤層氣資源量及資源豐度的關(guān)鍵參數(shù)。一般情況下，煤層含氣量越高，煤層氣資源量及資源豐度就越大，煤層單井產(chǎn)量高，煤層氣井產(chǎn)氣潛力也越大。對區(qū)內(nèi)煤層氣井目的層含氣量和產(chǎn)氣量關(guān)系進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，目的層含氣量與產(chǎn)氣量基本呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。

影響煤層含氣量的因素眾多，比較直接的有構(gòu)造條件、煤的變質(zhì)程度、圍巖保存條件、埋藏深度等。區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡單，全區(qū)斷層和褶曲構(gòu)造不發(fā)育，構(gòu)造對煤層氣富集的影響較弱；區(qū)內(nèi)煤的變質(zhì)程度基本一致，煤的變質(zhì)程度對氣含量的影響較小和煤層氣富集高產(chǎn)影響較弱；區(qū)內(nèi)除8+9號煤層頂板為石灰?guī)r或泥灰?guī)r外，其他主力目的層頂?shù)装寰约毸樾紟r為主，對煤層氣的保存整體較好，煤層氣資源豐度較高。研究區(qū)為自東北向西南傾的單斜形態(tài)，煤層埋深和儲層壓力表現(xiàn)為自東北向西南增大，致使煤層氣含量和煤層氣資源豐度也基本表現(xiàn)出相似的變化趨勢。

3.3 煤層滲透性

滲透率決定著煤層氣的運移和產(chǎn)出，它是煤儲層物性評價中最直接的指標。在同等開發(fā)條件下，滲透率越高，氣井產(chǎn)能越大，不僅高峰產(chǎn)量高，而且后期產(chǎn)氣能力強；反之，氣井產(chǎn)能差，不僅高峰產(chǎn)量低，而且后期產(chǎn)氣能力弱。

區(qū)內(nèi)東北部煤層埋藏淺，煤層滲透率高，煤層氣勘探試驗氣井產(chǎn)氣量也較高。如XX3井5號煤層埋深495m，測試3+4、5號煤層滲透率為2.44mD，氣井最大產(chǎn)氣量為1157m3/d；XX4井5號煤層埋深883m，測試4、5號煤層滲透率為0.76mD，氣井最大產(chǎn)氣量為103m3/d。

多年的研究和煤層氣勘探開發(fā)的實踐表明，影響煤層滲透性的主要地質(zhì)因素是煤體結(jié)構(gòu)狀況、煤層埋藏深度、地應力等。區(qū)內(nèi)煤層煤體結(jié)構(gòu)優(yōu)越，大多為原生結(jié)構(gòu)和碎裂結(jié)構(gòu)；煤層埋藏淺，多小于1000m，地應力低。

3.4 水文地質(zhì)特征

水文地質(zhì)條件對煤層氣具有水力封閉和水力驅(qū)替～運移雙重作用。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。煤層氣勘探開發(fā)的實踐表明，水文地質(zhì)條件簡單，煤層氣開發(fā)效果好，反之則差。

區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件簡單，自東向西地下水徑流逐漸緩慢，水文地質(zhì)條件對煤層氣保存變好，煤層氣資源豐度增高。部分地區(qū)部分層段水文地質(zhì)條件復雜，氣井產(chǎn)能影響較大。區(qū)內(nèi)圍巖含水層是煤層水的主要來源，其強弱決定了煤層的含水程度。8+9號煤層在含水性、水活躍程度和產(chǎn)水量方面均強于3+4和5號煤層?？傮w看來，在縱向上，3+4和 5號煤層的煤層氣富集條件優(yōu)于8+9號煤層；在橫向上，西部區(qū)域煤層氣富集條件優(yōu)于東部地區(qū)。

4 結(jié)論

(1)柳林區(qū)塊為一西傾的單斜構(gòu)造，斷層發(fā)育數(shù)量少，水文地質(zhì)條件簡單，煤層氣地質(zhì)條件、儲層條件優(yōu)越。

(2)煤層氣排采呈現(xiàn)太原組8+9號煤煤層氣井的產(chǎn)水量普遍較大，產(chǎn)氣量普遍較低，而針對山西組3+4號和5號煤層氣井的產(chǎn)水量普遍較小，產(chǎn)氣量普遍較高的特征。

(3)根據(jù)該區(qū)煤層氣地質(zhì)及儲層條件的分析，結(jié)合該區(qū)煤層氣勘探井的產(chǎn)氣狀況的研究認為，煤層發(fā)育程度、氣含量、滲透性、水文地質(zhì)條件等對煤層氣井產(chǎn)能影響較大，是影響煤層氣高產(chǎn)富集的關(guān)鍵因素。