鹤岗盆地煤层气资源潜力分析

王世辉 王有智 许承武 谭宝德 李 佳

(中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江 1637121)

1 概况

鹤岗盆地位于黑龙江省小兴安岭东麓与三江平原的接壤处,呈近南北向分布,北起四方山菜地,南至阿凌达河,西临永利-蔬圆一带,东迄新华-圆头山一线,南北长约100km,东西宽约28km。鹤岗盆地煤炭资源开发较早,由北到南依次为石头庙子、兴山、新一、鸟山、南山、大陆、富力、峻德、新华等10个矿区,工业储量16×108t,可采储量 8×108t。

2 煤层气勘探开发现状

随着美国煤层气勘探理论和开发技术的不断突破,带动了世界上30多个重要产煤国的煤层气研究与发展。1989年联合国环保署援助项目“中国煤层气资源开发”的实施,正式拉开了我国煤层气地面开发研究的序幕。通过与美国煤层气成功开发煤层气盆地的类比,鹤岗盆地成为重要的煤层气勘探区之一。

鹤岗地区对矿井瓦斯的商业利用价值认识较早,1984年开始使用抽放瓦斯作为优质燃料,1992年开始进入居民实用阶段至今。但是目前,仅在南山矿实现了瓦斯抽放综合利用。

鹤岗盆地煤层气勘探始于1998年,中联煤层气公司、黑龙江省计委、鹤岗矿务局、黑龙江省煤管局、鹤岗市政府5个单位联合,在峻德、兴安地区施工了两口煤层气参数井兼生产试验井 (HE-01、HE-02)。2002年,中联煤层气公司、黑龙江计委、黑龙江省煤田地质局在南山、新一、鸟山区进行勘探,部署了4口煤层气参数井兼生产试验井(鹤参3、鹤参4、鹤参5、鹤参6),先期施工了一口参数井 (鹤参3)。2009年,中联煤层气公司在新一地区施工了一口试验井,对该井进行排采试验,日产气量达到1400m3/d。大庆油田在新一矿和鸟山矿施工三口煤层气评价井。

随着盆地评价的深入,对鹤岗盆地资源前景有了较为统一的认识,研究认为南山、新一和鸟山矿区为今后进行勘探开发的重点,但由于成藏条件较为复杂,对勘探工作是一个不小的挑战。

3 成藏条件分析

3.1 构造特征

针对国内煤层气成藏的特点,目前对煤层气的研究重点主要集中在后期赋存条件的研究,构造演化是核心问题。构造与煤层气从生到储每一个环节有着密切的关系。因此,正确认识煤田区域构造特征是分析煤层气资源赋存规律的基础。

3.1.1 区域构造特征

图1 鹤岗盆地城子河组煤层平均厚度统计直方图

鹤岗盆地位于佳木斯地块的西北部,盆地西缘为南北走向的牡丹江断裂,盆地东南边界为依兰～伊通断裂。盆地基底主要由前古生界麻山群、黑龙江群深变质岩系及元古代混合花岗岩、华力西期花岗岩等共同组成。

3.1.2 煤田区构造特征

鹤岗煤田为一走向近南北,向东倾斜的单斜构造,倾角15°～35°。受基底刚性的影响,盆地内褶皱作用较微弱,断裂构造十分发育,以正断裂为主,可分成南北向、东西向、北北东向、北东向、北东东向、北西向和北北西向多组。断裂数量多、期次多,相互截切、交织在一起,造成断裂构造格局复杂化。

张性断层的开放性不利于煤层气的保存。由于受到拉张作用,断面附近由于构造应力释放而成为低压区,煤层中吸附甲烷大量解析,从断面逸散,对煤层气藏起到破坏作用。

3.2 含煤地层特征

3.2.1 煤层厚度

鹤岗煤田主要含煤地层为下白垩统城子河组,共发育40余层煤,其中可采及局部可采煤层36层,主要可采煤层包括 3#、11#、15#、17#、18#、21#、22#、30#、33#9个煤层 (图 1),其中主力煤层为11#、15#和18#煤层 (图2)。

从全区煤层发育情况来看,煤层厚度大连续性好,具备良好的资源潜力。整体上以新一矿为中心向南、向北逐渐变薄,其中煤层厚度大于60m的主要分布在新一、南山和鸟山矿,兴安、峻德矿的只在局部地区发育 (图3)。鹤煤1井揭示的煤层累计厚度达到116.8m,单层最大厚度为26m,3m以上的煤层为11层,新一矿显示出较好的勘探前景。

图2 鹤岗盆地主采煤层剖面对比分布图

图3 鹤岗盆地煤层累计厚度分布图

图4 鹤岗盆地11#宽层煤阶分布图

3.2.2 煤层埋深

鹤岗盆地煤层在西缘埋藏较浅,甚至出露地表,向东部逐渐加深,但煤层厚度变薄。依据煤田钻井资料和鹤煤1井揭示的煤层情况,煤层最大埋深为在1000m以浅,依据地震解释推测其最大埋深可达2000m。鹤岗盆地主力煤层埋藏在800m以浅,深度适中,利于煤层气的勘探开发[5]。

3.2.3 煤阶

相同地质条件下,通常认为煤层含气量随煤的变质程度增大而升高。鹤岗煤田以低-中等变质的气煤、肥煤为主,煤阶由西向东随埋藏深度的增加煤的变质程度增大;由于燕山期岩浆岩的侵入,使煤层发生了热接触变质作用,使得煤的变质程度由南向北煤质逐渐增高。峻德、兴安矿区以气煤和长焰煤为主,中部的富力、南山、新一矿为肥煤,鸟山区变为焦煤,兴山矿东部分布有贫煤和无烟煤(图4)。因此,鹤岗盆地煤层含气量北部高于南部,东部高于西部。

3.3 煤层含气量

通过分析HE-01、HE-02井的测试结果,发现各煤层含气量均较低。HE-01井含气量为1.14～2.41m3/t,平均为2.3m3/t。HE-02井煤层含气量较高,1.06～5.01m3/t。

从鹤煤1井的测试结果上看,煤层气含量较高,鹤煤1井共解析样品23个,含气量基本大于2m3/t。620～654m井段的含气量都在5m3/t以上,最高可达8.34m3/t,甲烷浓度在80%以上,已经达到工业标准。

3.4 煤储层物性特征

物性因素主要包括孔隙、渗透率、割理、吸附能力、储层压力、解析压力等。从前人研究的结果可知,鹤岗盆地的孔隙度和渗透率均较低。通过对鹤煤1井23块样品的观测认为新一矿地区构造煤发育,以暗煤为主,含少量亮煤,煤体结构破碎,以粉煤为主,含少量碎块,割理无法观测 (图5)。表1中 651.73～652.13井段含气量高,达到8.34m3/t,含气饱和度为67%,储层压力和解析压力较高,适合进行压裂改造进行煤层气解析排采。

图5 鹤煤1井煤岩类型、割理裂缝照片

通过分析认为,这种粉煤的形成可能有以下几方面原因：成煤环境,鹤岗盆地粉煤较为发育,基本无法识别原生结构,可能是成煤的母质造成这种现状,与构造无关;层间滑动,鹤岗盆地断裂十分发育,而且煤层厚度大,受构造影响极易发生层间滑动,形成现今如此破碎的粉煤;取芯,鹤煤1井采用绳索取芯,在割芯的过程中对煤层会产生一定的破坏作用。

表1 鹤煤1井储层物性参数表

4 煤层气资源预测

通过分析鹤岗地区基础地质条件、综合前人研究结果和鹤煤1井取得的相关数据,认为新一、鸟山和南山地区是今后煤层气勘探的最有利区。考虑到目前的开采能力和经济因素,将1500m作为界限,对新一、鸟山和南山矿区的煤层气资源量进行了预测。南山矿煤炭资源储量为9.03×108t,煤层气储量为139.5×108m3/t,新一、鸟山矿区煤炭资源量为 22.32×108t,煤层气资源量为 164.2×108m3/t(表 2)。

5 结论

(1)在充分剖析鹤煤1井的基础上,对鹤岗盆地煤层埋深、厚度、变质程度、煤层含气性和储层特征等成藏条件进行了更为深入的研究,认为鹤岗盆地具备成为重要煤层气开发基地的潜力,目前制约鹤岗盆地实现突破的关键因素是基于这种破碎严重煤层成藏理论与勘探方法的认识不清。

表2 鹤岗盆地各埋深 (有效煤厚)煤层气资源量汇总表

(2)鹤岗盆地煤层以气煤和肥煤为主,演化程度中等;含气量和含气饱和度相对较低,但是厚层的煤和较小的层间距可以弥补演化程度低导致的气源不足;煤岩以粉煤为主,破碎较为严重,给后期压裂改造工艺带来了不小的挑战;盆地后期改造强烈,张性断裂发育,对煤层气勘探来说是一把双刃剑,断裂既可以成为改善煤层渗透性,又可以破坏煤层气成藏。

(3)虽然鹤岗盆地构造较为破碎,但是中部的南山、新一和鸟山矿区煤层气资源丰富,储量可观,达303.75×108m3。从已钻的煤层气井看到鹤岗盆地资源潜力,及时调整勘探思路是前提,选择小规模的煤层气富集区,建设实验区,面积降压是加速工业突破的有利方向。

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