临兴地区非常规天然气合探共采地质条件分析

郭本广 许浩 孟尚志 张文忠 刘一楠 罗皓菡 李 勇 申文敏

(1．中联煤层气有限责任公司，北京 100011;2．中国地质大学(北京)能源学院，北京 100083;3．国家煤层气开发利用工程研究中心煤储层实验室，北京 100083)

临兴地区非常规天然气合探共采地质条件分析

郭本广1许浩2，3孟尚志1张文忠1刘一楠1罗皓菡2，3李 勇2，3申文敏2，3

(1．中联煤层气有限责任公司，北京 100011;2．中国地质大学(北京)能源学院，北京 100083;3．国家煤层气开发利用工程研究中心煤储层实验室，北京 100083)

本文通过对三种非常规天然气资源勘探和开发地质条件的系统分析，结果表明，临兴地区具有煤层气、页岩气和致密砂岩气优越的成藏条件和良好的配置关系。提出了该地区非常规天然气的勘探开发可遵循以下原则:东部浅层进行太原组煤层气、页岩气以及山西组煤层气的合探共采，西部深层集中进行山西组页岩气、致密砂岩气以及太原组致密砂岩气的合探共采。

临兴地区 煤层气 致密砂岩气 页岩气 合探共采

Abstract:The paper makes a systematic analysis of geological conditions for exploration and development of three types of non conventional natural gases．The results show that Linxing area has superior formation conditions for CBM，shale gas and compact sandstone gas and excellent allocative relation．Natural gases accumulate in three kinds of reservoir，namely，coal seam，shale，and compact sandstone，and form continuous mineral deposits．The paper points out that exploration and development of the non-conventional natural gases，people should follow the following principles:in eastern shallow layers，joint exploration and co-exploitation should be carried out in Taiyuan formation CBM，shale gas and Shanxi formation CBM;in western deep layers，joint exploration and co-extraction should concentrate on Shanxi formation shale gas，compact sandstone gas and Taiyuan formation compact sandstone gas．

Keywords:Linxing aea;CBM;compact sandstone gas;shale gas;joint-exploration

近年来，随着非常规油气资源勘探开发的深入进行，对于沉积盆地内油气资源的成藏机理、赋存条件以及勘探开发利用模式等有了更加深入的认识。“连续型油气藏”概念的提出将煤层气、致密砂岩气和页岩气三种非常规油气资源从油气形成机理、聚集条件、分布特征及开发技术方法等方面系统的联系起来。临兴地区位于鄂尔多斯盆地东缘河东煤田中部，前期勘探和试井生产显示该区块煤层气、页岩气和致密砂岩气勘探开发具有良好的前景。本文将通过对煤层气、致密砂岩气和页岩气三种资源勘探和开发地质条件的系统分析，探讨研究区三气合探共采的模式及前景，以期为该地区非常规天然气的利用提供科学依据。

1 研究区地质概况

临兴地区位于山西省西部林县和兴县地区，北临河保区块，南接三交北区块，本区属单斜构造，在区块东侧断层发育，出露上石炭纪和下二叠纪地层，从东向西地层埋深逐渐加大，至区块西南侧埋深大于2000m(图1)。研究区内上古生代太原组和山西组两套地层是煤层气、致密砂岩气和页岩气的主力勘探层位(图2)。

图1 临兴地区太原组9#煤层埋深等值线

太原组为一套陆表海沉积，下部为障壁沉积环境，岩性主要由砂、泥岩组成，发育有两套煤层，厚度较大，可作为整个区域上的标志层;中部为潮坪沉积，发育厚层碳酸盐岩，其下发育煤层;上部主要为泻湖相沉积的暗色泥岩和碳质泥岩。山西组为一套三角洲平原沉积，下部主要为沼泽沉积，发育煤层;中部分流河道砂岩发育;上部发育砂泥互层，以泥岩为主。

图2 临兴地区地层综合柱状图

2 煤层气

临兴地区太原组含煤4～8层，下部的8#、9#煤层为主要可采煤层，10#煤层仅零星发育，上部的6#、7#煤层仅在个别地区达可采厚度，一般不可采，也不具煤层气开发价值。其中8#煤层厚度在2～18m之间(图3)，平均厚8.32m，是本区煤层气勘探开发的主力煤层。山西组自下而上可见5层煤，其中3#、4#煤层局部可采，5#煤层大部可采，其余煤层仅在个别地区发育薄煤线。5#煤层厚1～7.32m(图4)，平均3.83m，煤层稳定，全区可采，是山西组的主力煤层。5#煤层在研究区北部普遍3m以上，在兴县以西厚度最大，在5m左右;8#煤层厚度明显大于5#煤层，在兴县周边形成10m左右的厚煤分布区，在西南部煤厚较小，平均在3m左右。

区内5#煤层含气量5～20m3/t，含气量整体呈带状分布，从东北向西南含气量增大，与煤层厚度关系不大，与埋深呈正相关。8#煤层含气量也在5～20m3/t之间，但相同地点的含气量高于5#煤层。研究区中北部煤层厚度大，埋深适中，煤层气保存条件较好，有利于煤层气的勘探开发，西南地区含气量较高，但埋深较大，暂不适于煤层气的大规模开发。

图3 临兴地区8#煤厚度等值线图

图4 临兴地区5#煤厚度趋势图

3 页岩气

临兴区块上古生代发育了太原组和山西组两套泥页岩地层，也是本区页岩气勘探远景的两套主要地层。其中，太原组发育一套海相深色－黑色泥页岩，主要岩性有深色灰质泥岩、硅质泥页岩、钙质泥页岩和黑色炭质泥岩，夹薄层粉砂质及砂质泥岩，部分地区夹薄层油页岩。山西组则发育一套陆相三角洲和湖相深色泥页岩沉积，主要岩性包括深色灰质泥岩、钙质泥岩、硅质泥页岩、粉砂质页岩。

山西组泥页岩总厚度为55～130m，在区内分布整体呈现东部厚度较薄，向西南厚度逐渐增大的趋势(图5)。相比于山西组，太原组海相地层在区内整体发育厚度较小，总厚度为50～120m，呈西部薄东部厚的特点，在兴县附近厚度达到最大值(图6)。

图5 山西组泥页岩总厚度分布图

图6 太原组泥页岩厚度及总厚度

泥页岩样品的测试分析结果表明，研究区山西组泥页岩总有机碳含量范围1.13～8.62wt%，平均值3.91wt%，有机质成熟度(Ro)1.28～1.60;太原组泥页岩总有机碳含量范围1.15～40.81wt%，平均值13.94wt%，有机质成熟度(Ro)0.93～1.78之间，显示出具有较高的页岩气资源潜力。

4 致密砂岩气

致密砂岩气作为非常规天然气的重要组成部分，越来越受到广大石油地质工作者的关注，而正确地认识致密砂岩气是有效开发利用它的前提条件。鄂尔多斯盆地致密砂岩气资源十分丰富，从储层分布来看，临兴地区太原组砂体呈现出东厚西薄的特点，砂体厚度范围为4～41.89m(图7)。山西组砂体厚度较大，分布规模总体上大于太原组，显示出较好的成藏条件，砂体厚度在区域具有相似的变化特点(图8)。研究区砂岩物性数据统计分析表明，储集层的孔隙度和渗透率均较低，孔隙度范围为1.2%～17.5%，其中分布于2～10%的占到60%;渗透率为0.1～160md，分布在0～0.5md占到80%，属于低孔低渗砂岩。

图7 太原组砂体厚度等值图

图8 山西组砂厚度等值图

从成藏角度来看，研究区山西组致密砂岩储层厚度大，泥页岩和煤层作为气源岩生气充足，但保存条件方面临兴地区东部埋深较浅，构造改造强烈，断层发育，不利于致密砂岩气藏的保存，而西南部地区储层埋深大，断层不发育，前期钻井显示出较好的产气能力，表明研究区山西组致密砂岩气在西南部地区具有良好的资源勘探开发前景。

5 合探共采方案

烃源岩热演化史分析表明，临兴区块在晚古生代煤系地层形成后即开始稳定的沉降，至侏罗纪中期达到最大埋深，这一时期该套泥页岩进入成熟阶段，此后，燕山期晚期临兴区块中部的岩浆热活动使得有泥页岩和煤层中的有机质进一步成熟，进入大量生气阶段，该阶段气源岩中的大量生成的天然气在满足自身储集的基础上，向致密砂岩储层中以活塞式运聚，从而在垂向上形成了煤层-页岩-致密砂岩三种储层中气体连续成藏的模式，后期随着地层的抬升，温度降低，煤层和泥页岩中饱和富集的天然气发生逸散，进入上覆的致密砂岩储层中，在适当的位置聚集并保存下来。基于以上分析表明，临兴地区具有煤层气、页岩气和致密砂岩气优越的成藏条件和良好的配置关系，但不同的层位和构造位置上存在差异。因此，依据各自的富集规律，该地区非常规天然气的合探共采方案可归纳为:东部浅层进行太原组煤层气、页岩气以及山西组煤层气的合探共采，西部深层集中进行山西组页岩气、致密砂岩气以及太原组致密砂岩气的合探共采。

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Geology Condition Analysis for Unconventional Gas Co-exploration and Concurrent Production in Linxing Area

Guo Benguang1，Xu Hao2，3，Meng Shangzhi1，Zhang Wenzhong1，Liu Yinan1，Luo Haohan2，3，Li Yong2，3，Shen Wenmin2，3
(1．China United Coalbed Methane Co．Ltd．，Beijing 100011;2．School of Energy Resource，China University of Geosciences(Beijing)，Beijing 100083;3．Coal Reservoir Laboratory of National Engineering Research Center of Coalbed Methane Development＆Utilization，Beijing 100083)

国家科技重大专项大型油气田及煤层气开发(2011ZX05062)。

郭本广，男，高级工程师，主要从事煤层气勘探开发研究与管理工作。

(责任编辑 刘 馨)