鄂爾多斯盆地東緣石西區(qū)塊煤層氣及致密砂巖氣資源潛力評價

魏若飛， 信 凱

(山西藍(lán)焰煤層氣工程研究有限責(zé)任公司，山西晉城 048000)

0 引言

近年來，深部煤層氣和含煤地層非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)受到國內(nèi)高度關(guān)注。石西區(qū)塊位于山西省柳林縣，區(qū)塊和周邊山西組、太原組和本溪組煤層發(fā)育，構(gòu)造位置上屬于鄂爾多斯盆地東緣晉西撓褶帶，在石盒子組和含煤地層中已有多口鉆井鉆遇致密砂巖氣工業(yè)氣流，區(qū)塊周邊較深區(qū)塊均有致密砂巖氣賦存，東部賦存較淺，為煤層氣區(qū)塊。石西區(qū)塊具有煤層埋深較大，致密砂巖產(chǎn)層較多的特點。對石西區(qū)塊致密砂巖氣資源賦存特征進行分析，需重點分析區(qū)塊內(nèi)的煤層和煤層氣賦存情況，并結(jié)合區(qū)塊構(gòu)造進行分析。筆者根據(jù)這一思路，評價了區(qū)塊的深部煤層氣賦存情況，并結(jié)合區(qū)塊勘探成果分析了構(gòu)造發(fā)育情況，優(yōu)選出了致密砂巖氣開發(fā)的資源潛力區(qū)[1-4]。

1 地質(zhì)概況

石西區(qū)塊位于山西省呂梁市柳林縣境內(nèi)，構(gòu)造位置為鄂爾多斯盆地伊陜斜坡和晉西撓褶帶，總體上為一單斜構(gòu)造。區(qū)內(nèi)出露的地層由老至新包括下三疊統(tǒng)劉家溝組下三疊統(tǒng)和尚溝組、中三疊統(tǒng)紙坊組、中—上三疊統(tǒng)延長組、上新統(tǒng)保德組和靜樂組、更新統(tǒng)、全新統(tǒng)。發(fā)育上石炭統(tǒng)和下二疊統(tǒng)含煤地層，從東向西煤層埋深逐漸增大，至區(qū)塊西部埋深在1 900m左右[5]。山西組4(3+4)號煤層和太原組9(8+9)號煤層為區(qū)內(nèi)主要煤層。石盒子組盒7段、盒8段砂巖，山西組底部的山2段—山3段砂巖和本溪組砂巖是本區(qū)主要的致密砂巖氣儲層[6-7]。

區(qū)塊二維和局部三維地震勘探表明，工作區(qū)可進一步劃分為3個構(gòu)造單元。東部為褶皺和小斷層發(fā)育塊段，發(fā)育4條北西向褶皺，褶皺轉(zhuǎn)折端發(fā)育一系列南北向、北北西向的落差0～15m的小型斷層(圖1)。中部地層傾角較大，為一傾角9°左右的單斜。區(qū)塊西部地層傾角變緩，為一系列北北西向的寬緩褶皺。工作區(qū)相對簡單的單斜構(gòu)造有利于砂巖氣的源頭煤層氣的保存，適度發(fā)育的斷裂構(gòu)造有利于煤層氣向砂巖儲層的運移，且不至于逸散[8]。

圖1 區(qū)塊斷裂構(gòu)造分布Figure 1 Block faulted structures distribution

工作區(qū)煤層埋深較大，均在1 000m以深。4(3+4)號煤層埋深1 100～1 800m，平均1 579m；9(8+9)號煤層埋深1 200～1 900m，平均1 653m。煤層埋深整體上由東北向西南逐漸變深，在區(qū)塊東西貫穿的三川河切割作用下，存在一東西向沿河流流向分布的埋深較淺帶；中南部黃土塬發(fā)育，煤層埋深較深(圖2)。

圖2 區(qū)塊9(8+9)號煤層埋深Figure 2 Block coal No.9 (8+9) buried depth

早白堊世末鄂爾多斯盆地發(fā)生了較大范圍的地層抬升，盆地東部邊緣也受到了本次運動的影響，上覆地層部分剝蝕，造成天然氣部分逸散，地層卸壓，地層流體壓力降低。根據(jù)區(qū)塊測井資料和相關(guān)測試，工作區(qū)儲層壓力較穩(wěn)定，壓力系數(shù)為0.86～0.94，屬于常壓儲層。儲層壓力變化規(guī)律與地層傾向和儲層埋深較符合，隨著埋深逐漸變大，儲層流體壓力逐漸變大，有利于深部煤層氣的賦存和致密砂巖氣的排采[9-10]。

2 煤儲層發(fā)育特征

2.1 煤儲層厚度

4(3+4)號煤層厚度1.80～5.80m，平均3.18m，區(qū)塊中南部煤層較厚，西部煤層較??；9(8+9)號煤層厚度4.00～7.90m，平均6.15m，東部和中部較厚，北部和西部較薄(圖3)。兩層煤層對比，9(8+9)號煤層厚度較大且區(qū)塊內(nèi)發(fā)育穩(wěn)定，較適合煤層氣工業(yè)開發(fā)[11]。

圖3 9(8+9)號煤層厚度等值線Figure 3 Isopach map of coal No.9 (8+9)

2.2 煤儲層含氣性和吸附性

工作區(qū)取心工作主要采用繩索取心的方式，并使用錄井氣測的手段來評價各煤層的含氣性。4(3+4)號煤層空氣干燥基甲烷含量2.18～17.67m3/t，平均9.89m3/t；9(8+9)號煤層空氣干燥基甲烷含量1.28～17.00m3/t，平均10.18m3/t。煤層含氣量與埋深正相關(guān)，與構(gòu)造相關(guān)性較大，斷層發(fā)育塊段含氣量較低，甲烷含量隨埋深增加逐步升高[12]。

含氣量/m3·t-1圖4 9(8+9)號煤層含氣量與埋深的關(guān)系Figure 4 Relationship between coal No.9 (8+9) gas content andburied depth

錄井氣測結(jié)果顯示，4(3+4)號煤層全烴含量15%～95%，平均值53%；9(8+9)號煤層全烴含量26%～75%， 平均值43%。4(3+4)號煤層較高。全烴含量同樣與埋深正相關(guān)，與構(gòu)造相關(guān)性較大[13]。

研究區(qū)煤樣等溫吸附實驗表明，4(3+4)號煤層和9(8+9)號煤層吸附能力均較高，區(qū)塊差異性不明顯。

3 煤巖層含氣資源潛力分析

3.1 煤層氣資源潛力

煤層氣資源潛力主要與煤層氣含量和煤層厚度有關(guān)，并和當(dāng)前的開發(fā)工程技術(shù)水平密切相關(guān)。通過對以上因素的分析，結(jié)合本區(qū)塊實際情況，對柳林石西區(qū)塊煤層氣資源潛力進行了研究，劃分了煤層氣開發(fā)富集區(qū)[14]。

4(3+4)號煤層在東北、中南部區(qū)域煤層氣資源潛力較大，環(huán)中南部條帶資源潛力較小。經(jīng)研究認(rèn)為，東北部4(3+4)號煤層含量較高，煤層分叉，較適合以直井的方式進行開發(fā)；中南部煤層氣含量較高，3、4號煤層普遍合層發(fā)育，均較適合以水平井的方式進行開發(fā)。

9(8+9)號煤層在除東北角外的全區(qū)塊煤層氣潛力均較大，煤層氣含量較高，8、9號煤層普遍合層發(fā)育，最高可達(dá)8m，較適合水平井的方式進行開發(fā)。東北角煤層分叉，單層煤較薄，且煤層氣含量較低，資源豐度較低，不適合煤層氣的開發(fā)[15-16](圖5)。

圖5 9(8+9)號煤層含氣量等值線Figure 5 Isogram of coal No.9 (8+9) gas contents

3.2 致密砂巖氣層分布特征

迄今為止的勘探資料表明，工作區(qū)內(nèi)含煤地層附近的致密砂巖常富氣，含煤地層是致密氣的烴源巖，東部受構(gòu)造和埋深的影響，致密氣未能有效保存，不能形成工業(yè)產(chǎn)量，條件較差。區(qū)塊西部構(gòu)造發(fā)育情況適中，既保證了對致密氣的圈閉，又有益于煤層烴源巖逸散氣的運移，形成了致密氣藏[17](表1)。

表1 致密砂巖氣產(chǎn)氣層數(shù)量統(tǒng)計

3.2.1 下石盒子組盒8段砂體分布特征

發(fā)育三角洲前緣分流河道砂體，呈南北向展布，具有厚度大、規(guī)模較大、連片性好、廣覆式分布特點，無明顯分帶特征，在二維地震SEISLOG剖面上反射清晰，呈淺黃色，局部厚約40m。石西區(qū)塊石盒子組盒8段砂巖發(fā)育，厚30～35m，該段砂層為本區(qū)的主力氣層，全烴氣測值15%～65%，平均48%。

區(qū)內(nèi)全為三角洲平原沉積，三角洲平原分流河道砂體自北北東而南呈帶狀分布。砂體厚度大，分布面積廣，表明該期主水系規(guī)模大，砂體成群成帶分布，具有較好的縱向和橫向連通性。從垂向上看，研究區(qū)盒8段砂體主要集中分布在中下部，按沉積旋回可分為盒8上和盒8下，特別是其底部砂巖(駱駝脖子砂巖)巖性純、顆粒粗、物性好，是子洲氣田、臨興區(qū)塊最有利的天然氣開發(fā)目標(biāo)層系(圖6)。

圖6 盒8段砂巖在SEISLOG剖面上的顯示Figure 6 Display of member H8th sandstone on SEISLOG section

3.2.2 山23亞段砂體分布特征

山23亞段是在海退背景下發(fā)育的淺水三角洲砂體沉積，主要發(fā)育分流河道砂體，近南北向呈帶狀展布，延伸較遠(yuǎn)；河間洼地相區(qū)砂體不發(fā)育，泥質(zhì)含量高。石西區(qū)塊山西組山2段砂巖發(fā)育，厚10～35m，該段砂層為西部鄰區(qū)的主力氣層，全烴氣測值6%～75%，平均34%(圖7)。

圖7 山23亞段砂巖在區(qū)塊剖面上的顯示Figure 7 Display of sub-member S23th sandstone on block’s section

4 結(jié)論

1)研究區(qū)處在盆地邊緣，整體構(gòu)造形式是單斜，伴生一些較小規(guī)模的寬緩褶皺，東部發(fā)育一些小斷層，煤層埋深自東向西逐漸變大，4(3+4)號煤層和9(8+9)號煤層埋深均在1 000m以上，儲層壓力穩(wěn)定。

2)研究區(qū)4(3+4)號煤層和9(8+9)號煤層煤巖煤質(zhì)條件相似。3、4號煤層和8、9號煤層在區(qū)內(nèi)大部分合層發(fā)育，部分塊段分叉。儲層厚度和含氣性分布不盡一致，9(8+9)號煤層厚度較大且分布穩(wěn)定，煤層氣資源潛力較大。

3)4(3+4)號煤層資源潛力受

煤層厚度、含氣性和開發(fā)工程技術(shù)水平的共同影響，煤層氣資源潛力區(qū)主要為研究區(qū)的東北部和中南部塊段。9(8+9)號煤層主要受煤層分叉和煤層含氣性的影響，全區(qū)除東北角均為有利區(qū)。

4)含煤地層附近的致密砂巖層常賦存有致密砂巖氣，但是受構(gòu)造和埋深的影響，東部塊段致密氣沒有工業(yè)產(chǎn)量，賦存情況較差。區(qū)塊西部構(gòu)造不發(fā)育，埋藏較深，賦存情況較好。

5)區(qū)塊東部建議采區(qū)水平井的方式對煤層氣進行開發(fā)，區(qū)塊西部建議首先對致密砂巖氣進行開發(fā)，后采取套管補貼等措施，對煤儲層進行改造開發(fā)。