古交邢家社區(qū)塊煤層含氣性分布規(guī)律研究

劉天授

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100016)

古交區(qū)塊是國(guó)內(nèi)勘探開發(fā)較早的煤層氣區(qū)塊，區(qū)內(nèi)煤層氣資源豐富，項(xiàng)目已進(jìn)入開發(fā)實(shí)施階段。在煤層氣勘探開發(fā)實(shí)際工作中，煤儲(chǔ)層含氣量是十分重要的參數(shù)。含氣量大小是評(píng)價(jià)煤層氣開發(fā)潛力的基礎(chǔ)，是煤層氣資源評(píng)價(jià)、煤層氣區(qū)塊優(yōu)選的基礎(chǔ)參數(shù)之一。煤層氣井實(shí)測(cè)含氣量一般是通過鉆孔取芯，將煤芯樣品裝入解吸罐，通過測(cè)量獲得解吸氣、殘余氣量，通過計(jì)算獲得損失氣量，三者之和即為煤層含氣量。

項(xiàng)目實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)，各煤層含氣性與勘探期認(rèn)識(shí)差距較大，導(dǎo)致部分井部署在低含氣區(qū)，開發(fā)效果較差。筆者在煤層氣勘探井取芯實(shí)驗(yàn)分析、壓裂排采數(shù)據(jù)分析和煤層氣含氣性分布規(guī)律認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，重新總結(jié)本區(qū)煤層氣含氣性分布規(guī)律，結(jié)合項(xiàng)目煤層氣開發(fā)狀況，為本區(qū)和鄰區(qū)下一步開發(fā)方向和調(diào)整提供了依據(jù)。

1 概況

邢家社區(qū)塊位于山西省中部古交市的西山煤田，煤系地層總體為傾向西-南西西的單斜構(gòu)造，地層傾角5°～15°。區(qū)內(nèi)發(fā)育獅子溝向斜、童子川向斜及峪道川向斜。斷層不發(fā)育，區(qū)內(nèi)僅在東部發(fā)育杜爾坪斷層，落差25～50m。獅子溝-馬蘭向斜位于申報(bào)區(qū)東部，受其控制，區(qū)內(nèi)地層走向近南北，向斜西翼傾向向東，東翼傾向向西，地層平緩，傾角較小，一般小于10°。區(qū)內(nèi)陷落柱不發(fā)育，未見巖漿巖侵入。

根據(jù)本區(qū)煤層發(fā)育的特殊性和煤層埋深、厚度及含氣量等條件，山西組的2號(hào)煤層、太原組8號(hào)煤層和9號(hào)煤層段作為煤層氣勘探開發(fā)的目標(biāo)層段。其中，主要可采煤層2號(hào)煤平均厚度1.32m，8號(hào)煤平均厚度2.62m，9號(hào)煤平均厚度2.69m。從煤層氣勘查資料統(tǒng)計(jì)可以看出：2號(hào)煤層平均埋深564.2m，8號(hào)煤層平均埋深639.7m，9號(hào)煤層平均埋深644.4m。從煤層氣開發(fā)角度看，該埋深范圍對(duì)煤層氣商業(yè)性開發(fā)很有利。

2 勘探期煤層含氣性特征

2.1 儲(chǔ)層封蓋條件及含氣性

本區(qū)目的煤層埋深300～900m，數(shù)百米厚致密性的泥巖、粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖等發(fā)育在目的煤層之上，有利于煤層氣的封閉保存。另外， 2號(hào)、8號(hào)、9號(hào)主力煤層的直接頂?shù)装鍨橹旅苄缘哪鄮r、粉砂巖和灰?guī)r等巖層，對(duì)煤層氣的保存有利。區(qū)內(nèi)斷裂較少，僅發(fā)育三個(gè)向斜，這樣的構(gòu)造形態(tài)利于煤層氣的保存。另外，古交區(qū)塊內(nèi)以壓扭性斷層為主，也有利于煤層氣的保存。

通過勘探井測(cè)試顯示，2號(hào)煤層含氣量為5.8～16.5m3/t，平均9.9m3/t；8號(hào)煤層5.5～15.7m3/t，平均8.9m3/t；9號(hào)煤層6.9～14.7m3/t，平均9.8m3/t。古交區(qū)塊煤層氣含量大部分在6m3/t以上。

研究區(qū)內(nèi)含氣量分布特征為：橫向上，區(qū)塊的中部和東南部煤層氣含量較高，垂向上，一般下部煤層高于上部煤層；同一煤層，深部高于淺部，符合一般分布規(guī)律。有兩個(gè)含氣量高的中心：一個(gè)是馬蘭-草莊頭向斜中南段，即邢家社勘探區(qū)附近；另一個(gè)是杜爾坪斷裂帶南部，即麥地掌與小回溝礦區(qū)附近，是古交區(qū)塊內(nèi)最具有勘探前景的地段。在富集區(qū)域內(nèi)其中：2號(hào)煤氣含量平均11.2m3/t；8號(hào)煤11.7m3/t；9號(hào)煤11.3m3/t。

2.2 煤層氣解析特征

經(jīng)計(jì)算得出，2號(hào)煤的臨界解吸壓力分布于0.7～1.9MPa，平均為1.2MPa；8號(hào)煤的臨界解吸壓力分布于0.8～2.0MPa，平均為1.6MPa；9號(hào)煤的臨界解吸壓力分布于0.7～2.8MPa，平均為1.5MPa。據(jù)實(shí)測(cè)含氣飽和度數(shù)據(jù)，2號(hào)煤層平均53.1%左右；8號(hào)煤層平均88.9%；9號(hào)煤層平均96.6%。

3 開發(fā)期含氣性再認(rèn)識(shí)

臨界解吸壓力高低則決定著煤層氣井排水降壓幅度，對(duì)于煤層氣井產(chǎn)能預(yù)測(cè)、排采制度優(yōu)化具有決定作用。開發(fā)井臨界解吸壓力與煤層含氣量存在一定關(guān)系，臨界解吸壓力是一個(gè)基于實(shí)測(cè)含氣量計(jì)算出的參數(shù)，計(jì)算前提是獲得準(zhǔn)確的煤儲(chǔ)層含氣量數(shù)據(jù)。其物理意義為等溫吸附曲線上煤樣實(shí)測(cè)含氣量所對(duì)應(yīng)的壓力。通過排水降壓作業(yè)，煤層壓力降低至解吸壓力后，煤層中的甲烷氣體由吸附態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)，在排采現(xiàn)象中體現(xiàn)為產(chǎn)生了套管壓力。通過解吸壓力和等溫吸附曲線對(duì)應(yīng)計(jì)算，可以估算煤層真實(shí)含氣量。通過對(duì)各區(qū)煤層氣井解吸壓力含氣量計(jì)算結(jié)果和勘探井含氣量測(cè)試結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)：

(1)中社區(qū)開發(fā)井和勘探井含氣量計(jì)算差距最大

中社區(qū)勘探井8號(hào)煤含氣量(空氣干燥基)為8.93m3/t，而通過開發(fā)期已有氣井測(cè)算，8號(hào)煤含氣量大于12m3/t，最高達(dá)到14.2m3/t。中社區(qū)勘探井8號(hào)煤含氣量(空氣干燥基)偏低，主要原因有以下兩點(diǎn)：①8號(hào)煤取芯獲取率太低，最后完成裝罐合格的樣品只有一個(gè)，單個(gè)樣品數(shù)據(jù)偏差較大。②在8號(hào)煤樣品解析氣組分中，氮?dú)夂扛哌_(dá)28%，甲烷含量只有70%。在取樣作業(yè)時(shí)，樣品可能被空氣污染。

(2)南山區(qū)開發(fā)井和勘探井含氣量計(jì)算差距中等

南山區(qū)勘探井8號(hào)煤含氣量12.96m3/t，而通過開發(fā)期已有氣井測(cè)算，8號(hào)煤平均含氣量為14.8m3/t，勘探井測(cè)試含氣量略低于與開發(fā)井計(jì)算含氣量。

(3)龍子溝開發(fā)井和勘探井含氣量計(jì)算差距較小

除距離較遠(yuǎn)的勘探井GJ05外，GJ03井(距離開發(fā)井較近)8號(hào)煤含氣量為12.62m3/t，而通過開發(fā)期已有氣井測(cè)算，8號(hào)煤含氣量平均為13.12m3/t。

4 結(jié)論

(1)古交邢家社區(qū)塊太原組煤層含氣性分布特征變化較大。原儲(chǔ)量報(bào)告預(yù)測(cè)中社、南山和龍子溝區(qū)是含氣量中等區(qū)域，經(jīng)過開發(fā)重新認(rèn)識(shí)，以上三個(gè)區(qū)域是高含氣區(qū)域。

(2)通過開發(fā)井解析壓力和等溫吸附曲線計(jì)算煤層含氣量可進(jìn)一步對(duì)煤層含氣性進(jìn)行認(rèn)識(shí)，這種計(jì)算方法可對(duì)勘探期含氣性數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

(3)勘探井含氣量受多種因素影響，其中樣品數(shù)量、樣品采集時(shí)間等因素對(duì)含氣量有較大影響。

(4)古交地區(qū)勘探井8號(hào)煤含氣量普遍低于開發(fā)井計(jì)算含氣量，為下步煤層氣排水降壓幅度提供了指導(dǎo)意義。