磁西勘查区主采煤层煤层气赋存特征

2010-03-17权巨涛宋志坚刘石铮翟振荣

河北工程大学学报(自然科学版) 2010年2期

权巨涛,宋志坚,刘石铮,翟振荣

(1.中国煤炭地质总局第一勘探局勘查院,河北邯郸056004;2.冀中能源峰峰集团公司科技发展部,河北邯郸056004)

磁西勘查区位于峰峰矿区梧桐庄、九龙、羊渠河、大淑村矿的东部深部,总体为一走向NE,倾向SE的单斜构造。区内出露地层由老到新为：奥陶系中统峰峰组;石炭系本溪组、石炭二叠系太原组;二叠系山西组、下石盒子组,上石盒子组、石千峰组;三叠系下统刘家沟组及和尚沟组。主要含煤地层为石炭二叠系太原组和二叠系山西组。含煤15～18层,煤层平均总厚15.86m,全区稳定可采为2、9号煤层,大部可采为4、6、7、8号煤层。

1 煤层气生储存特征

据勘探研究磁西勘查区主采煤层既是煤层气的源岩,又是其储集层。煤的物质组成、演化阶段以及所处地质条件的不同,不仅影响煤的生烃能力,还直接影响到煤层气的含量和赋存。一般而言,有机显微组分中镜质组的含量越高,煤的吸附能力、生气量及含气量就越高。

1.1 煤层气烃源岩特征

从本区浅部生产矿井和勘查孔以及煤层气参数孔等揭露,宏观煤岩成分以半亮煤和半暗煤为主,其次为光亮煤;黑色～灰黑色,似金属光泽、玻璃光泽;煤的结构,在半亮煤和半暗煤中以细、中宽条带状结构为主,在光亮煤和暗淡煤中以线理状结构、透镜状结构、均一状结构常见。煤层有机显微组分含量以镜质组为主,一般在74.8%～84.9%之间,平均为81.2%,惰质组在13.4%～25.2%之间,平均为18.8%(表1)。无机组分以粘土矿物为主,氧化物次之,少量碳酸盐和硫化物,总含量7.8%～21.1%,平均为12.8%。

2号煤层的原煤的灰分介于17.58%～24.06%之间,属中等4号煤层原煤的灰分介于11.27%～29.77%,以低灰、中灰煤为主;6号煤层原煤灰分介于12.54%～28.51%,为低灰、中灰煤。总体来看,各煤层均为中低灰分的优质煤层,对甲烷有较高的吸附能力。

煤的变质程度为中～高变质的烟煤～无烟煤。而且具有明显的分带性,即自南向北煤的变质程度逐渐增高,由肥煤～焦煤～逐渐过渡为贫煤、无烟煤。各煤层镜煤最大反射率R0max为1.35%～1.48%之间。

表1 2、4煤层显微组分特征表Tab.1 The maceral of 2th,4thcoal seams

1.2 煤层孔隙率、渗透率

煤层的渗透率主要取决于煤层压实程度及煤中裂隙系统的发育程度,而裂隙系统又受构造作用的控制。煤层孔隙性一般随煤层埋深和热演化程度的加深,煤层孔隙半径变小,渗透性变差。根据煤层气参数孔32-1等煤层取样测试成果,2号煤层孔隙率在3.42%～4.00%之间,平均为3.71%;渗透率介于0.026 2～0.372 9md;4号煤层孔隙率在2.84%～4.08%之间,平均为3.46%;渗透率0.090 6～4.000 0md;6号煤层为3.36%,具有随埋藏深度增加下降的趋势。

1.3 煤层储层压力特征

本区煤层埋藏较深,储层压力较高。本区4个煤层气井参数井试井结果(表2),

由上表数据显示,2号煤层储层压力为4.23～17.84MPa;4号煤层储层压力4.714～12.88MPa;煤储层破裂压力为16.87～23.20MPa,测试显示然除36-1孔为低压异常外,其它钻孔的2、4号煤层均为超压储层;但煤层的破裂压力与闭合压力差值小,不利于通过压裂产生有效延伸长度和导流能力的裂缝,因此在进行储层压裂时特别要保持在高压力下的压力稳定,确保裂隙的有效延伸。

1.4 煤层吸附等温特征

煤层气以吸附态存在于煤的微孔隙内表面上,而煤对气体的吸附量与煤的比表面积、温度和压力有关,煤层甲烷含量随着煤化程度及镜质组含量增高而增高。本次对32-1等孔2、4、6号煤层分别进行等温吸附试验,测试结果见表3及图1。

试验结果表明,2号煤空气干燥基兰氏压力1.81～2.99MPa,空气干燥基兰氏体积18.18～22.83cm3/g。4号煤空气干燥基兰氏压力1.71～2.88MPa,空气干燥基兰氏体积19.80～23.83cm3/g。

应用兰氏方程计算,得到2号煤层理论含气量11.44～19.33cm3/g,含气饱和度48.16%～78.85%,临界解吸压力1.25～2.92 MPa。4号煤层理论含气量12.29～18.87cm3/g,含气饱和度63.65%～84.54%,临界解吸压力2.19～3.18MPa。

从4个参数孔的等温吸附资料看,曲线在降压初期斜率较小,兰氏压力小,含气饱和度不高,可能使得未来煤层气孔初期排水降压存在一定困难,煤层气采出率不太高,单孔产能不会很大。

2 煤层含气性

煤层气成分测试显示物质组成主要为：甲烷、氮气、二氧化碳、重烃等;区内2号煤层含气量8.98～10.16m3/t,平均9.42m3/t。以甲烷为主,平均含量8.52m3/t;次为二氧化碳,平均0.38m3/t;少量重烃和氮气,含量分别为0.25m3/t和0.27m3/t。4号煤层的含气总量为10.03～12.01m3/t,平均10.81m3/t。其中甲烷含量平均9.85m3/t;重烃含量平均0.26m3/t;氮气含量平均0.39m3/t;二氧化碳含量平均0.31m3/t。6号煤层的含气总量为9.40m3/t。

其中,甲烷含量8.37m3/t,重烃含量0.22m3/t,氮气含量0.46m3/t,二氧化碳含量0.35m3/t。

3 煤层气赋存特征及影响因素

3.1 煤层气平面分布

本区位于峰峰矿区深部,邻区生产矿井梧桐庄、九龙、羊渠河、小屯和大淑村矿自南向北分布于勘查区浅部,据权威机构鉴定,上述矿井大部分为高瓦斯矿井(表4),瓦斯涌出量呈现自南向北增高;煤层含气量从西向东,由南向北增高。

表3 煤层气等温吸附测定成果及相关储层参数表Tab.3 The parameter of coalbed methane isothermal adsorption and its reservoir

表4 邻近生产矿井2007年度瓦斯等级鉴定表Tab.4 Scoring card of gas grade in adjacent mine in 2007

3.2 煤层埋深

煤层气含量与煤层埋藏深度有一定关系。随着煤层埋藏深度的增加,上覆地层逐渐加厚,加大了对煤层气的封存作用,不利于煤层气逸散,从而使煤层气含量升高。同一煤层,煤层气含量随深度增加而增大。同一钻孔,下部煤层煤层气含量较上部煤层高。

3.3 煤层气封盖条件

对煤层气而言,煤层本身既是生气层,又是储层,其上覆、下伏地层对煤层气起到封闭作用。在整个围岩“系统”中,煤储层直接顶底板对煤层气保存条件的影响比较显著,它是封堵煤层气的第一道屏障,对煤层气的保存与富集起着决定性的作用。一般情况下,煤层上覆泥、页岩等直接盖层,平面上连续稳定分布,其上又有区域性盖层,对煤层气的保存最为有利。

研究证明,本区2号煤层顶板主要为泥岩、粉砂岩,岩性致密,透气性较差,有利于煤层气资源的保存,而下部4号煤层顶板主要为灰岩,渗透性较好,不利于煤层气资源的保存,因此本区2号煤层煤层气含量大于下部4号煤层。

3.4 地质构造

一般认为压性构造有利于煤层气资源的保存,张性构造不利煤层气资源的保存,本区主要构造类型为压性力场作用下张性构造,断裂构造以正断层为主,按照常理推断应该是不利煤层气源的保存。但是,本区位于峰峰矿区深部,煤层埋深在960～1 520m,虽然受断裂构造条件的影响,使局部煤层甲烷含量偏低,但总体煤层气含量较高。