鄂爾多斯盆地府谷地區(qū)深部煤層氣富集成藏規(guī)律及有利區(qū)評價

郭廣山，徐鳳銀，劉麗芳，蔡益棟，秦 瑋，陳朝暉，鄧紀(jì)梅，李卓倫

(1.中海油研究總院非常規(guī)研究院，北京 100028；2.中國石油學(xué)會，北京 100724；3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083；4.中海油研究總院鉆采研究院，北京 100028)

近年來，隨著中國能源需求的持續(xù)增長和環(huán)境保護(hù)意識的提高，非常規(guī)天然氣資源勘探開發(fā)越來越受到關(guān)注。作為一種重要的非常規(guī)天然氣資源，煤層氣勘探開發(fā)進(jìn)展迅速，呈現(xiàn)由單一煤層向煤系、從高階煤向低階煤、從中淺部向深部煤層氣發(fā)展趨勢[1-4]。最新評價結(jié)果顯示，我國埋藏深度在1 500～3 000 m 的煤層氣地質(zhì)資源量約為30.37×1012m3，勘探開發(fā)潛力巨大，是當(dāng)前煤層氣領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[5]。當(dāng)前，深部煤層氣富集成藏理論和勘探開發(fā)技術(shù)研究取得一定進(jìn)展，主要包括：地質(zhì)認(rèn)識方面，深部煤巖具有“微孔、多孔、特低滲”的致密儲層特征，具有“高壓力、高溫度、高含氣量、高飽和度、高游離氣含量”的賦存特征，具有“強(qiáng)封存”的成藏特征；開發(fā)方面，針對深煤層特殊性，形成了顛覆性的深煤層“極限體積壓裂”和煤層氣全生命周期一體化采氣等技術(shù)[6-8]?？v觀我國煤層氣發(fā)展歷程，深部煤層氣勘探開發(fā)處于起步階段，理論體系和工程工藝尚在不斷探索和突破，仍面臨諸多地質(zhì)理論與開發(fā)技術(shù)的挑戰(zhàn)[1-4]。

鄂爾多斯盆地東緣(鄂東緣)是我國深部煤層氣開發(fā)重點(diǎn)區(qū)域，具有深部煤系分布廣、厚度大、旋回性強(qiáng)的特點(diǎn)，巖性組合類型豐富，成藏模式差異明顯，具備深部煤層氣資源基礎(chǔ)[9-10]。近幾年鄂東緣的大寧–吉縣、延川南、臨興–神府等區(qū)塊深部煤層氣勘探開發(fā)均取得顯著突破，針對深部煤層氣勘探面臨的基礎(chǔ)理論和技術(shù)難題，國內(nèi)學(xué)者們也進(jìn)行了一定程度的研究，揭示了深部煤層氣具有“廣覆式生烴，自生自儲毯式成藏”特征，建立了“微幅褶皺、單斜與水動力耦合、斷層與水動力耦合、鼻狀構(gòu)造”等4 種模式[6,11]，相關(guān)基礎(chǔ)研究推動深部煤層氣規(guī)模效益勘探開發(fā)。然而，不同深部煤層氣田富集規(guī)律和勘探潛力存在差異。神府區(qū)塊自2022 年開始進(jìn)行深部煤層氣勘探評價，經(jīng)過一年多現(xiàn)場勘探作業(yè)和室內(nèi)深部煤層氣資源潛力研究，2023 年10 月23 日中國海油發(fā)布消息，在鄂爾多斯盆地東緣2 000 m 地層發(fā)現(xiàn)我國首個千億方深煤層氣田，神府深煤層大氣田探明地質(zhì)儲量超1 100 億m3。府谷地區(qū)作為神府深煤層大氣田一部分，目前勘探開發(fā)還處于初期階段，亟需明確其深部煤層氣富集成藏特征和開發(fā)潛力。筆者綜合應(yīng)用地震資料、測井、鉆井和煤巖測試等資料，在系統(tǒng)分析深部煤層氣基礎(chǔ)地質(zhì)的基礎(chǔ)上，探討研究區(qū)煤層氣富集規(guī)律，提出成藏模式，建立地質(zhì)-工程雙甜點(diǎn)評價體系，優(yōu)選開發(fā)初期的有利區(qū)塊，旨在為府谷地區(qū)深部煤層氣勘探開發(fā)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況

1.1 構(gòu)造背景

府谷地區(qū)位于鄂爾多斯盆地東北緣，構(gòu)造上橫跨鄂爾多斯盆地晉西撓褶帶和伊陜斜坡構(gòu)造帶，整體上呈西傾的單斜構(gòu)造，地層傾角2°～10°，主要發(fā)育SN 走向逆斷層，對構(gòu)造形態(tài)具有控制作用。受區(qū)域構(gòu)造演化和現(xiàn)今構(gòu)造特征的影響，研究區(qū)自東向西劃分為“中-深部平緩帶、斜坡帶、撓褶帶、深部平緩帶”4 個次級構(gòu)造單元(圖1)。

圖1 研究區(qū)位置及綜合柱狀圖Fig.1 Location and composite stratigraphic column of the study area

1.2 沉積地層

研究區(qū)含煤層系為下二疊統(tǒng)的太原組和山西組，沉積環(huán)境經(jīng)歷由海相-海陸過渡相-陸相的演化過程。太原組以潟湖–潮坪沉積為主，廣泛發(fā)育泥炭沼澤；山西組以三角洲平原沉積為主，局部為泥炭沼澤。山西組發(fā)育1-5 號煤層，太原組發(fā)育6-9 號煤層，其中，山西組4+5 號和太原組8+9 號煤層為主力開發(fā)煤層。

2 深部煤層氣地質(zhì)特征

2.1 煤層厚度與埋深

二疊系下統(tǒng)山西組4+5 號煤層厚度為3.2～5.8 m，平均4.1 m，僅在區(qū)塊的東北角厚度達(dá)到5 m 以上，煤層分布穩(wěn)定；太原組8+9 號煤層厚度為8.7～13.5 m，平均11.7 m，全區(qū)厚度大且平面變化較小，僅在東南角厚度分布在10 m 以下(圖2a)。穩(wěn)定且厚度較大的煤層為甲烷吸附提供了可靠的空間，也為工程施工提供了基礎(chǔ)保障。

圖2 府谷地區(qū)8+9 號煤層埋深與厚度等值線Fig.2 Isobath and isopach maps of coal seams 8+9 in the Fugu area

受地表變化和構(gòu)造形態(tài)共同控制，主力煤層埋藏深度呈“東淺西深”變化特征，4+5 號煤層埋深為1 000～1 900 m，平均1 450 m；太原組8+9 號煤層埋深為1 100～2 000 m，平均1 530 m。受斷層控制影響，在東部和西部煤層埋深變化相對平緩，靠近中部斷層附近，煤層埋深由1 600 m 左右陡增到1 800 m(圖2b)。依據(jù)DZ/T 0216-2020《煤層氣儲量估算規(guī)范》對埋藏深度進(jìn)行分類，府谷地區(qū)為典型深部煤層氣田。

2.2 煤巖特征

2.2.1 煤變質(zhì)程度

受深成變質(zhì)作用影響，府谷地區(qū)主力煤變質(zhì)程度表現(xiàn)出與埋深一致的變化趨勢，平面上呈現(xiàn)“由東向西”增大的特征。主力煤層鏡質(zhì)體最大反射率Rmax為0.96%～1.42%，煤類從東向西依次發(fā)育氣煤、肥煤和焦煤。

2.2.2 煤層結(jié)構(gòu)

煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度對煤層氣有利區(qū)優(yōu)選和配套工程工藝具有重要指導(dǎo)意義。通常依據(jù)夾矸層數(shù)和夾層物質(zhì)來判斷煤層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度[12]。通過鉆井揭示和測井資料描述，2 套主力煤層均為簡單結(jié)構(gòu)煤層，4+5 號煤層在上部和下部各發(fā)育一套夾矸，厚度在0.5～1.5 m；8+9 號煤層僅在下部發(fā)育一套夾矸，厚度小于1.0 m(圖3)。

圖3 典型井煤巖特征綜合評價結(jié)果Fig.3 Comprehensive evaluation results of coals in typical wells

2.2.3 宏觀煤巖類型

不同宏觀煤巖類型物理性質(zhì)存在顯著差異，主要表現(xiàn)在吸附性、可壓性和滲流條件等方面。前人研究認(rèn)為光亮煤和半亮煤更有利于煤層氣富集成藏，開發(fā)效果較好[12]。4+5 號煤層以半亮煤-半暗煤為主，在中上部發(fā)育一套薄層半暗煤條帶，中下部主要以半亮煤條帶為主；8+9 號煤層以半亮煤為主，僅在下部發(fā)育一套薄層半暗煤條帶(圖3)。

2.2.4 煤體結(jié)構(gòu)

煤體結(jié)構(gòu)影響裂隙系統(tǒng)發(fā)育，進(jìn)而控制煤層滲透率、含氣量及煤粉產(chǎn)出[12]。通過測井資料和煤巖描述結(jié)果揭示，4+5 號煤層以原生結(jié)構(gòu)煤為主，在上部靠近頂板的位置發(fā)育一套厚度在0.8～1.5 m 碎裂結(jié)構(gòu)煤條帶；8+9 號煤層以原生-碎裂結(jié)構(gòu)煤為主，在靠近煤層頂板和底板的位置均發(fā)育一套厚度在1.5 m 左右的碎裂結(jié)構(gòu)煤條帶(圖3)。

2.3 含氣性

2.3.1 含氣量

依據(jù)煤樣自然解吸實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果顯示，4+5 號煤層含氣量在3.0～12.0 m3/t，平均6.8 m3/t，平面上呈現(xiàn)“東高西低”的分布特征，高含氣區(qū)主要分布在東南部，在8.0 m3/t 以上；8+9 號煤層含氣量在7.5～18.5 m3/t，平均11.8 m3/t，高含氣區(qū)分布在西南部，為15.0 m3/t 以上(圖4)。

圖4 主力煤層含氣量分布Fig.4 Contour maps of gas content in dominant coal seams

2.3.2 含氣飽和度

含氣飽和度是深部煤層氣富集成藏和高產(chǎn)關(guān)鍵參數(shù)之一。煤變質(zhì)程度和溫壓場是深部煤層含氣飽和度主控因素。隨著埋藏深度增大，儲層壓力和地層溫度上升，壓力的吸附正效應(yīng)和溫度的吸附負(fù)效應(yīng)共同控制含氣量[13]。依托繩索取心解吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果、試井測試和煤巖試驗(yàn)等數(shù)據(jù)，利用多元回歸方法建立含氣量與鏡質(zhì)體最大反射率、儲層壓力和地層溫度的擬合關(guān)系式，結(jié)合等溫吸附實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步計算實(shí)測儲層壓力下等溫線上所對應(yīng)的含氣量，計算煤層含氣飽和度，具體公式如下：

計算結(jié)果顯示，區(qū)內(nèi)主力煤層含氣量飽和度為中-高，且平面非均質(zhì)性強(qiáng)，主要在35.0%～115%。平面上，高含氣區(qū)主要分布在東部和南部，含氣飽和度在70%以上；縱向上，8+9 號煤層含氣飽和度高于4+5 號煤層，整體表現(xiàn)出4 個特征：(1) 在埋深1 100～1 950 m，含氣量與含氣飽和度相關(guān)性基本一致，規(guī)律性較強(qiáng)；(2) 隨著埋深增加，儲層壓力增加，含氣量呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢，但是相關(guān)性一般；(3) 在埋深1 100～1 950 m，地層溫度對吸附負(fù)效應(yīng)愈加明顯，含氣量對含氣飽和度起決定性作用，煤變質(zhì)程度、溫壓場次之，其共同作用決定含氣飽和度(圖5)。

圖5 主力煤層含氣飽和度分布Fig.5 Contour maps showing the gas saturation of dominant coal seams

2.4 煤的物性條件

深部煤層具有“微孔、多孔、特低滲”致密儲層特征。基質(zhì)孔隙發(fā)育情況反映煤層儲集能力強(qiáng)弱，裂隙是煤層氣運(yùn)移通道，裂隙發(fā)育程度影響煤層滲透率[14]。本文依托煤巖密度實(shí)驗(yàn)、低溫液氮測試分析實(shí)驗(yàn)、X-CT 實(shí)驗(yàn)、核磁共振實(shí)驗(yàn)和注入/壓降試井等測試技術(shù)，從不同維度對煤儲層物性進(jìn)行評價。

煤心實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果顯示，山西組4+5 號煤的總孔隙率為3.8%～8.8%，平均為6.3%。太原組8+9 號煤層的總孔隙率為2.2%～7.6%，平均為5.2%。

煤樣低溫液氮測試結(jié)果(圖6a)表明，BET 比表面積為1.9～4.2 m2/g，平均2.7 m2/g；總孔隙體積為0.000 6～0.001 3 cm3/g，平均0.000 97 cm3/g；平均孔隙直徑主要分布在16.1～22.5 nm，平均18.3 nm，說明以納米級孔隙為主，滲流能力較差。

圖6 煤樣液氮和核磁共振結(jié)果Fig.6 Results of liquid nitrogen tests and nuclear magnetic resonance experiments of coal samples

煤樣X-CT 掃描結(jié)果顯示，微孔和小孔較發(fā)育，其中孔徑為0～50 μm 的孔隙占比32.95%，50～100 μm 占比35.17%，100～150 μm 占 比17.67%，150～200 μm 占比7.00%，200～300 μm 占比4.40%，大于300 μm 的占比2.82%。

核磁共振實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖6b)表明，核磁測試孔隙率主要分布在0.66%～4.35%，平均2.15%。其中，太原組煤的孔隙率平均值為2.28%，山西組煤的孔隙率平均值為2.17%。

注入/壓降試井測試結(jié)果，8+9 號煤層的試井滲透率在(0.01～0.09)×10-3μm2，平均0.07×10-3μm2，屬于低滲透儲層，對后期儲層改造提出更高的要求。

3 深部煤層氣富集主控因素與成藏模式

3.1 富集主控因素

深部煤層氣富集成藏受到“生-儲-保”耦合控制作用，其中煤變質(zhì)程度決定生氣量，煤巖煤質(zhì)特征決定儲存能力，保存條件決定現(xiàn)今含氣量。以往研究成果認(rèn)為含氣量影響因素諸多，考慮到府谷地區(qū)煤儲層特征，本次選取鏡質(zhì)體最大反射率，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、鏡質(zhì)組體積分?jǐn)?shù)和保存條件等主控因素對研究區(qū)深部煤層氣富集成藏規(guī)律進(jìn)行評價。

1) 生烴能力

煤變質(zhì)程度是評價生烴能力的主要指標(biāo)之一。鏡質(zhì)體最大反射率被認(rèn)為是最關(guān)鍵的有機(jī)質(zhì)成熟度指標(biāo)，較高的鏡質(zhì)體最大反射率意味著更大的生氣量，有利于煤層氣的富集成藏。4+5 號煤層鏡質(zhì)體最大反射率為0.80%～1.04%，平均0.83%；8+9 號煤層鏡質(zhì)體最大反射率為0.98%～1.04%，平均0.91%。建立鏡質(zhì)體最大反射率與含氣量的關(guān)系圖表明，兩者呈正相關(guān)關(guān)系，隨著Rmax的增加，含氣量呈現(xiàn)增加的趨勢(圖7a)。

圖7 含氣量與生-儲-保參數(shù)關(guān)系Fig.7 Gas content vs.parameters of hydrocarbon generation,gas storage,and gas reservation

2) 儲集能力

有機(jī)顯微組分含量和灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)共同影響含氣量儲存能力。不同顯微組分吸附能力差異明顯，研究認(rèn)為鏡質(zhì)組>惰質(zhì)組>殼質(zhì)組。隨著鏡質(zhì)組體積分?jǐn)?shù)升高，煤吸附能力變強(qiáng)，含氣量隨著升高。測試結(jié)果顯示：4+5 號煤層鏡質(zhì)組體積分?jǐn)?shù)為36.80%～72.08%，平均57.3%；8+9 號煤層鏡質(zhì)組體積分?jǐn)?shù)在46.23%～95.20%，平均74.46%。隨著鏡質(zhì)組體積分?jǐn)?shù)增加，含氣量呈增加的趨勢(圖7b)。

灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，煤純度越低，吸附能力越差，含氣量越低。工業(yè)分析結(jié)果表明：4+5 號煤層灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.15%～28.51%，平均18.63%；8+9 號煤層灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19.27%～38.03%，平均24.28%。隨著灰分體積分?jǐn)?shù)的增加，含氣量呈現(xiàn)降低的趨勢(圖7c)。

3) 保存條件

煤層含氣量的保存條件主要取決于頂?shù)装宓姆馍w能力、斷層控氣作用和水動力調(diào)節(jié)作用[15]。

煤層氣井鉆探揭示，主力煤層的頂板由泥巖或炭質(zhì)泥巖組成，厚度為4.0～16.0 m，平均8.0 m，分布相對穩(wěn)定。底板由泥巖或砂質(zhì)泥巖構(gòu)成，厚度在4.0～10.0 m，平均6.5 m。頂?shù)装鍘r層含水性和滲透性較差，封存能力較好，有利于煤層氣的富集和儲存。

斷層控氣作用主要表現(xiàn)在斷層性質(zhì)、斷層開裂程度、斷層大小及斷層附近對煤巖破壞程度等。斜坡帶發(fā)育2 條規(guī)模較小逆斷層，從地震剖面上可以看出斷層兩側(cè)煤層反射相對連續(xù)，反射軸強(qiáng)度沒有明顯變化，對含氣量破壞作用不明顯；在撓褶帶發(fā)育1 條規(guī)模較大逆斷層，斷距在5 m 左右，斷層?xùn)|側(cè)煤層反射軸出現(xiàn)錯亂現(xiàn)象，且出現(xiàn)明顯減弱現(xiàn)象，現(xiàn)場鉆探揭示附近煤巖相對破碎，對含氣性保存起到一定破壞作用(圖1d)。

水動力條件對于煤層氣富集和儲存起到調(diào)節(jié)作用。較強(qiáng)的水動力條件可能會破壞甲烷的吸附空間，從而降低含氣量。研究區(qū)主力煤層的水型主要為NaHCO3型，陽離子以鈉離子為主，含量在1 081～46 871 mg/L，平均12 773 mg/L，占陽離子總量的80.59%；陰離子主要以氯離子為主，含量在1 193～56 604 mg/L，平均15 623 mg/L，占陰離子的69.58%。硫酸根離子含量在81～1 191 mg/L，平均650 mg/L。地層水礦化度在4 269～113 658 mg/L，平均41 116 mg/L，表明研究區(qū)處于封閉滯流環(huán)境，煤儲層封閉性較好。

在地下水的化學(xué)特征參數(shù)中，最常用參數(shù)是鈉氯系數(shù)和脫硫系數(shù)[16]。鈉氯系數(shù)是指地層水中鈉離子與氯離子的當(dāng)量比，可以反映地層的封閉性。較小的鈉氯系數(shù)表示地層水受淺層水滲入的影響較小，地層的封閉性較好，有利于煤層氣的富集[16]。研究區(qū)的鈉氯系數(shù)為0.57～1.16，平均0.74，整體略低于0.75，表明地層水環(huán)境的封閉性較好。脫硫系數(shù)是指地層水中硫酸根離子與氯離子的當(dāng)量比，可在一定程度上反映地層水的氧化還原狀態(tài)，較小的脫硫系數(shù)表示水環(huán)境具有較好的還原條件。研究區(qū)脫硫系數(shù)為0.1～5.0，平均1.4，反映地層水的還原程度整體較高，地層封閉性較好。以上水動力條件綜合評價結(jié)果表明，研究區(qū)深部煤層水動力較弱，處于相對封閉的環(huán)境，有利于煤層氣富集保存。

3.2 富集成藏模式

依據(jù)構(gòu)造特征，結(jié)合水動力條件和沉積條件，研究區(qū)深部煤層氣富集成藏模式為“撓褶-斷層-水動力”模式。從東向西劃分為4 個區(qū)帶，即“中-深部平緩區(qū)、斜坡區(qū)、撓褶區(qū)和深部平緩區(qū)”[17-19]。

中-深部平緩區(qū)是指位于埋深在1 100～1 500 m、地層傾角小于3°、地層相對平緩的區(qū)帶，總體表現(xiàn)為煤變質(zhì)程度中等，生烴能力較好，微裂隙不發(fā)育，頂?shù)装宸馍w條件較好，水動力較弱，含氣量為中-高，主要特征：(1)生烴能力。鏡質(zhì)體最大反射率在0.75%～1.05%，煤層厚度在10～18 m，甲烷賦存空間大，煤體結(jié)構(gòu)以原生結(jié)構(gòu)為主。(2) 儲集能力。含氣量在8.0～12.0 m3/t，吸附氣占比80%以上，含氣飽和度整體較好。(3) 保存條件。頂?shù)装逡阅鄮r或砂質(zhì)泥巖為主，水動力條件較弱，礦化度在25 000 mg/L 以下，為弱徑流區(qū)，有利于煤層氣富集成藏。

斜坡帶受構(gòu)造應(yīng)力影響增強(qiáng)，地層傾角變大，在3°～10°，變質(zhì)程度中等，生烴能力較好，微裂縫相對發(fā)育，水動力條件較強(qiáng)，含氣量中等，主要特征：(1) 生烴能力，鏡質(zhì)體最大反射率在0.8%～1.1%，生烴能力較強(qiáng)，煤層厚度在6.0～17.0 m，吸附空間較大，煤體結(jié)構(gòu)以碎裂煤為主。(2) 儲集能力，含氣量在7.0～11.0 m3/t，以吸附氣為主，占70%以上，含氣飽和度為65%～80%。(3) 保存條件，頂?shù)装逡阅鄮r或砂質(zhì)泥巖為主，水動力條件由弱徑流-徑流區(qū)過渡，對甲烷富集有一定的影響。

撓褶帶是指構(gòu)造應(yīng)力相對集中的區(qū)帶，斷層發(fā)育，煤巖相對破碎，主要特征：(1) 生烴能力，鏡質(zhì)體最大反射率為0.9%～1.2%，生烴能力較強(qiáng)，煤層厚度在6.0～18.0 m，煤體結(jié)構(gòu)以碎裂-碎粒煤為主。(2) 儲集能力，含氣量在6.0～10.0 m3/t，以吸附氣為主，含氣飽和度在75%以下。(3) 保存條件，受斷層發(fā)育影響，裂隙較發(fā)育，斷層附近保存條件變差，含氣量降低；同時受斷層封堵作用，水動力由弱徑流-滯流區(qū)過渡。

深部平緩區(qū)埋深在1 800 m 以上，地層傾角小于3°，地層相對平穩(wěn)，總體表現(xiàn)為煤變質(zhì)程度較高，生烴能力強(qiáng)，微裂隙不發(fā)育，煤儲層相對致密，保存條件好，主要特征：(1) 生烴能力，鏡質(zhì)體最大反射率在1.0%～1.3%，生氣能力強(qiáng)，煤層厚度在8.0～20.0 m，原生結(jié)構(gòu)煤發(fā)育。(2) 儲集能力，含氣量在10.0 m3/t 以上，含氣飽和度高，在75%以上。(3) 保存條件，頂?shù)装逡院駥幽鄮r為主，封蓋條件好；水動力條件弱，屬于滯流區(qū)，有利于煤層氣富集成藏(圖8)。

圖8 府谷地區(qū)煤層氣富集成藏模式Fig.8 Enrichment and accumulation mode of coalbed methane in the Fugu area

4 有利區(qū)綜合評價

依據(jù)府谷地區(qū)深部煤層氣地質(zhì)特征和富集成藏規(guī)律評價結(jié)果，參照李曙光等[20]研究成果，對比大寧-吉縣區(qū)塊地質(zhì)條件，建立了深部煤層氣地質(zhì)-工程雙甜點(diǎn)評價體系。該體系主要分為地質(zhì)和工程兩大類參數(shù)。其中，地質(zhì)參數(shù)包括構(gòu)造特征、煤層厚度、含氣量和含氣飽和度；工程參數(shù)包括可改造性、頂?shù)装鍘r性、煤體結(jié)構(gòu)和宏觀煤巖類型參數(shù)等。通過參數(shù)評價，完成對研究區(qū)地質(zhì)工程雙甜點(diǎn)的評價(表1)。結(jié)果表明，地質(zhì)-工程Ⅰ類甜點(diǎn)區(qū)位于研究區(qū)東部南北條帶和西南部，東部Ⅰ類區(qū)主要表現(xiàn)為中-深部煤層氣有利區(qū)，厚度大、含氣量較高、煤儲層條件和可壓性較好，水動力較弱；西部Ⅰ類區(qū)表現(xiàn)為典型的深部煤層氣有利區(qū)，含氣量高，部分地區(qū)含游離氣，含氣飽和度高，儲層壓力高、地應(yīng)力高，對開發(fā)工程工藝要求更高。地質(zhì)Ⅱ類甜點(diǎn)區(qū)則分布在中部和南部(圖9)。

表1 府谷深部煤層氣地質(zhì)-工程雙甜點(diǎn)評價體系Table 1 Evaluation system for geological and engineering double sweet spots of deep coalbed methane in the Fugu area

圖9 府谷地區(qū)地質(zhì)-工程甜點(diǎn)分布Fig.9 Distribution of geological and engineering sweet sports in the Fugu area

2021 年開始進(jìn)行研究區(qū)深部煤層氣勘探評價，查明了山西組4+5 號煤層地質(zhì)資源量100.80 億m3，資源豐度在(0.5～1.2)×108m3/km2；太原組8+9 號煤層地質(zhì)資源量497.0 億m3，資源豐度在(1.2～2.3)×108m3/km2。在深化地質(zhì)認(rèn)識基礎(chǔ)上，優(yōu)選出深部煤層氣有利區(qū)進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)。2022 年開始進(jìn)行小井組生產(chǎn)試驗(yàn)，采用常規(guī)壓裂工藝，截至2023 年12 月，共試產(chǎn)9 口井，均正常生產(chǎn)。2 口井實(shí)現(xiàn)日產(chǎn)氣量超過萬方，穩(wěn)定日產(chǎn)氣量為7 200～8 100 m3；日產(chǎn)氣量2 000 m3以上的有5 口井，穩(wěn)定日產(chǎn)氣量為2 000～3 200 m3；日產(chǎn)氣量1 000 m3以下的井2 口，整體表現(xiàn)出較好的產(chǎn)氣效果。

5 結(jié)論

a.府谷地區(qū)主力煤層為4+5 和8+9 號煤，煤層埋藏深度1 000～2 000 m，為典型的深部煤層氣田。受沉積環(huán)境控制作用，主力煤層發(fā)育穩(wěn)定且厚度較大。有利層段發(fā)育在煤層中上部，表現(xiàn)為煤層結(jié)構(gòu)簡單，半亮煤條帶和原生-碎裂結(jié)構(gòu)煤發(fā)育等特點(diǎn)。

b.由“生-儲-保”耦合控氣作用可知，較優(yōu)質(zhì)的煤儲層提供了充足含氣量、較高的含氣飽和度和吸附儲集空間；以厚層泥巖為主的頂?shù)装搴洼^弱水動力條件為煤層氣富集成藏提供了良好的保存條件。儲層微、小孔較發(fā)育，滲透性差，后期開發(fā)時需要進(jìn)行壓裂改造。

c.研究區(qū)深部煤層氣屬于“撓褶-斷層-水動力”富集成藏模式，煤層氣富集區(qū)位于構(gòu)造平緩區(qū)和斜坡帶。建立地質(zhì)-工程雙甜點(diǎn)評價體系，確定地質(zhì)-工程Ⅰ類甜點(diǎn)區(qū)位于研究區(qū)東部南北條帶和西南部，是深部煤層氣勘探開發(fā)的首選有利區(qū)帶。

符號注釋

C為實(shí)測含氣量，m3/t；Cgi為實(shí)測儲層壓力投影到等溫線上所對應(yīng)的含氣量，m3/t；po為歸一化儲層壓力；To為歸一化地層溫度；Rmax為煤的鏡質(zhì)體最大反射率，%；Sg為含氣飽和度，%。