煤層氣成藏的關(guān)鍵因素山西河?xùn)|煤田隰縣南煤層氣儲層特征及含氣性研究

煤層氣成藏的關(guān)鍵因素山西河?xùn)|煤田隰縣南煤層氣儲層特征及含氣性研究

1開發(fā)的熱點(diǎn)地區(qū)河?xùn)|煤礦是中國重要的煤炭基地和天然氣勘探熱點(diǎn)之一。從河?xùn)|煤田隰縣南部煤層氣的資源條件、儲層特征和含氣性等方面進(jìn)行研究,探討該地區(qū)煤層氣開發(fā)利用的前景。2上統(tǒng)動力對比研究區(qū)位于鄂爾多斯臺坳東緣和紫荊山斷裂帶西側(cè),整體為傾向西的單斜構(gòu)造。主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組。其中太原組地層厚51.10～111.6m,一般厚72.53m左右,共含煤7層,平均厚度7.17m,含煤系數(shù)7.79%;山西組地層厚34.75～72.15m,平均厚47.16m,共含煤6層,煤層平均厚度5.46m,含煤系數(shù)11.58%.2.1煤層結(jié)構(gòu)及覆巖結(jié)構(gòu)2號煤層為山西組主力煤層,位于山西組下部。煤層厚0.81～7.57m,平均厚4.46m,平面分布上具有東北薄西南厚的特點(diǎn)。煤層結(jié)構(gòu)較為簡單,一般含0～2層夾矸,頂、底板巖性都以泥巖為主。9號煤層為太原組主力煤層,位于太原組下部,上距2號煤層49.62～72.36m,平均60.28m。煤層厚0.54～6.71m,平均厚3.80m,厚煤帶主要集中在明珠找煤勘查區(qū)的中部,四周煤層厚度相對較薄,一般含0～1層夾矸,頂板為K2石灰?guī)r(局部為泥巖),底板以鋁質(zhì)泥巖為主。2.2煤的變質(zhì)程度和組成2號煤層宏觀煤巖類型以半亮型煤為主,次為暗淡型煤,條帶狀結(jié)構(gòu),水平層理發(fā)育;9號煤層為光亮型煤,宏觀煤巖成分均以亮煤、暗煤為主,割理和內(nèi)生裂隙一般較為發(fā)育。顯微組分中有機(jī)組分都以鏡質(zhì)組為主,無機(jī)組分以黏土類為主,殼質(zhì)組含量極少。煤的變質(zhì)程度較高,主要為中一高變質(zhì)程度的焦煤、瘦煤、貧煤和無煙煤,平面上自東向西煤的變質(zhì)程度逐漸增高,呈帶狀展布。東部露頭區(qū),煤階主要為焦煤和瘦煤,向西隨著埋藏深度的增加,變質(zhì)程度逐漸增高,過渡為貧煤和無煙煤,該區(qū)主要受深成變質(zhì)作用和疊加區(qū)域巖漿變質(zhì)作用影響,使南部煤的變質(zhì)程度比北部高。3儲層特征3.1煤質(zhì)間質(zhì)間差異煤是一種無序的非均質(zhì)孔隙介質(zhì)。其中孔隙主要由氣孔、植物組織孔、原生粒間孔和溶蝕孔等幾種類型形成。煤的孔徑結(jié)構(gòu)特征不僅與孔隙的賦存狀態(tài)有關(guān),而且還極大地影響到煤基質(zhì)塊與氣、水介質(zhì)間的物理和化學(xué)作用。由煤樣孔隙測試結(jié)果可知,本區(qū)煤層的總孔容在36.0～67.5mm3/g之間,9號煤層的總孔容高于2號煤層,但二者的孔徑分布特征相似,都是以大孔為主,過渡孔次之,微孔和中孔所占比例最低,屬過渡型孔隙類型。由于過渡孔所占比例較大并含有一定數(shù)量的微孔,所以氣體在煤基質(zhì)塊中的運(yùn)移較為困難。兩煤層孔比表面積分布特征測試結(jié)果相似,過渡孔的比表面積所占比例最高,次為微孔,大孔和中孔比表面積所占比例很低,與孔容的分布趨勢一致。煤層氣主要富集在微孔、過渡孔隙中,中孔、大孔的不發(fā)育是造成煤層氣擴(kuò)散、滲流的“瓶頸”。3.2煤層割理和端割理研究區(qū)2號煤面割理走向大致分布在190～°360°范圍內(nèi),面割理和端割理的頻度分別為4～28條/5cm和3～2條/5cm;9號煤面割理走向大致在140～°200°之間,面割理和端割理頻度分別為5～27條/5cm和2～18條/5cm,部分裂隙被礦物質(zhì)充填。從煤層割理發(fā)育頻度、長度、縫寬情況看,大寧地區(qū)古驛一窯渠背斜軸部裂隙發(fā)育良好。杜家溝礦和張節(jié)塔礦9號煤層內(nèi)生裂隙密度分別為2條/cm和22條/cm,毛則渠礦和臺頭礦2號煤層分別為6條/cm和5條/cm。鏡煤和亮煤條帶中內(nèi)生裂隙極為發(fā)育,但走向變化較大,多與層面垂直。井下可見切穿煤層的構(gòu)造裂隙,間距多在10m以內(nèi)。3.3煤層覆巖滲流試驗(yàn)測試研究區(qū)煤層氣井滲透率的注入壓降,發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)煤層滲透率平面差異較大,滲透率變化在0.02～42.86mD。整體隨煤層埋藏增大的,滲透率降低的趨勢明顯;局部埋藏加深的,滲透率增高與構(gòu)造密切相關(guān),背斜構(gòu)造軸部,斷裂構(gòu)造發(fā)育區(qū)域煤層孔滲條件均較好,比如吉試4井、吉試13井位于古驛一窯渠背斜構(gòu)造軸部，煤層滲透率大于18mD。相比之下,區(qū)內(nèi)2號煤儲集性能優(yōu)于9號煤層,煤層淺埋藏區(qū)(<1000m)、背斜構(gòu)造軸部是尋我高孔滲區(qū)的的有利部位。3.4壓力梯度試驗(yàn)和溫度試驗(yàn)研究區(qū)主力煤層埋藏深度在1100～21.00m,儲層壓力在10.30～12.95MPa,壓力梯度范圍為0.84～1.0MPa/100m,采用壓力梯度為0.85MPa/100m,平均地溫梯度為2.34℃/100m,恒溫帶深度120m,溫度16℃。不同埋藏深度條件下儲層壓力、溫度預(yù)測值見表1.3.5干燥無灰基區(qū)塊內(nèi)煤的吸附能力較強(qiáng),空氣干燥基Langmuir體積平均吸附量為23.73m3/t,2號煤為25.06m3/t,9號煤為22.24m3/t。干燥無灰基Langmuir體積吸附量平均為27.68m3/t,2號煤為27.83m3/t,9號煤為27.5m3/t。ngmuir壓力為1.22～3.93MPa,平均為2.0MPa,2號煤為2.06MPa,9號煤為2.16MPa。由圖1可見,2號煤吸附能力較9號煤略強(qiáng)。4含氣性4.1瓦斯含量結(jié)果根據(jù)收集到的煤田鉆孔含氣量測試數(shù)據(jù)(國內(nèi)解吸法MT77-84測得),2號煤層氣含量介于0.08～13.52m3/t之間,埋藏深度在199.47～1326.90m,一般在700～1100m;9號煤層氣含量介于0.71～16.54m3/t之間,埋藏深度在242.10～1382.70m,一般范圍為800～1100m。由于淺部數(shù)據(jù)較少,根據(jù)已有含氣量數(shù)據(jù)推測,瓦斯氧化帶深度在380m左右,如圖2所示由該地區(qū)內(nèi)煤層氣井測試數(shù)據(jù)顯示,2號煤層含氣量介于10.73～20.87m3/t之間,埋深分布于977.80～1356.00m之間,平均含氣量17.22m3/t;9號煤層含氣量介于1.12～17.2m3/t之間,一般在8～14m3/t之間,平均9.68m3/t,埋深分布于965.10～143.00m之間。據(jù)區(qū)內(nèi)煤田鉆孔煤層氣氣測成果,2號煤層CH4平均濃度占77.23%,其中N2占13.01%,CO2占4.88%,重?zé)N占4.86%;9號煤層CH4平均濃度占85.29%,其中N2占6.67%,CO2占4.01%,重?zé)N占4.01%。此外,區(qū)塊內(nèi)重?zé)N含量的較高區(qū)域,煤層氣解吸相對困難。4.2天然氣井下地下水含氣飽和分析研究地區(qū)含氣飽和度較高,煤層氣井實(shí)測含氣量平均在11.76～20.87m3/t之間,含氣飽和度在70.66%～92.38%之間但是,煤田鉆孔測試煤層氣含氣量較煤層氣井低(埋藏深度612.86～1085.00m),通過等溫吸附方程計(jì)算理論最大吸附氣量,獲得含氣飽度為19.33%～62.49%,預(yù)測在800～2000m埋藏深度區(qū)間含氣飽和度為31.78%～81.92%之間。5煤層滲透率分布特征研究區(qū)煤層氣儲層單層厚度較大,大部分區(qū)域煤層厚度大于3m,結(jié)構(gòu)簡單,煤層氣資源豐富;煤層孔隙比較發(fā)育,煤的吸附能力較強(qiáng),且隨著埋深的增加,吸附能力增大;煤層滲透率