织金区块煤层气富集规律研究

2013-11-26路艳霞

中国煤层气 2013年1期

关键词：含煤煤体气量

熊斌马军刘晓路艳霞

(中国石油化工股份有限公司华东分公司石油勘探开发研究院，江苏 210000)

1 区块概况

织金区块位于贵州省西部，行政规划上位于贵阳市、六盘水市、安顺市、毕节地区，区块面积7300km2，含煤面积约4500km2。区块内发育2个相对完整的大型含煤向斜－黔西向斜和岩脚向斜。

织金区块共实施煤层气参数井7口，7口井钻遇煤层总厚度20～40m，可采总厚度14～28m。目前，6口井投入生产，全部产气，其中4口井获得工业气流。

2 煤层含气量展布特征

织金区块煤层含气量整体较高，最高可达46m3/t(比德次向斜)，虽然区块内以向斜含煤构造为主，呈现出相对独立含气系统，但在单个次级含煤构造内整体呈现高含气量的特征，煤层平均含气量在10～16m3/t。

黔西向斜南部一些煤矿的主力煤层含气量为9～25m3/t;官寨次向斜的含气量7～25m3/t(62个钻孔测试样)，平均15m3/t;岩脚向斜5个次级向斜平均含气量在10～16m3/t，其中比德次向斜西南翼的部分地区含气量在22～46m3/t，水公河次向斜煤层含气量普遍较高，几套主要可采煤层平均含气量14～17m3/t。珠藏次向斜煤田钻孔实测6#煤含气量 1.5～29m3/t，平均 13m3/t，16#煤实测0.75～27m3/t，平均13m3/t，其他各煤层平均含气量在10 ～17m3/t。

3 煤层气富集主控因素分析

3.1 地质特征的特殊性分析

中国南方煤层气地质具有明显特征，有着高变质、高含气的优点，同时还面临构造复杂、构造煤发育，煤层薄，横向变化大的难点，俗称‘鸡窝煤’，造成煤层气地质条件复杂化，难以形成较大连片资源规模。

研究区位于中国南方，除了具有南方地区普遍的优点外，还有明显有别于中国南方其他地区强构造煤、鸡窝煤的特殊性，主要表现为构造变形较其他地区弱，以发育宽缓、稳定含煤向斜为特征，煤体结构保存较好，以碎裂煤为主;煤层层多，累计厚度大，是中国南方晚二叠世的聚煤中心。这两点特殊性是织金地区在中国南方煤层气领域最大也是最关键的优势所在。

3.1.1 煤体结构优越性分析

织金区块在大地构造位置上位于扬子地块西段，一级构造单元属于黔中隆起。在华南地区，黔中隆起区与其他地区 (四川盆地除外)构造变形、煤体结构差异显著，鄂、湘、粤、桂等省构造煤普遍发育，分析认为存在以下主要原因:

华南板块为多块体拼合而成，缺少统一的基底，并且内部除扬子地块外其他块体缺少刚性基底，为无基底或为软基底，且深部高导层发育，基底难以对构造应力起到消减作用，而软的高导层的存在又使基底之上的盖层变形更易于发生;

华南板块为多块体拼合而成，其缝合线、拼合带等是华南板块内部的构造薄弱带，在多期次构造运动中易活化，为板内复杂造山活动提供条件;

构造薄弱带的存在使得华南板内造山活动频繁，而在这些块体内刚性基底的缺失使得板内造山活动加剧内部的构造复杂程度，从而华南整体上呈现出及其复杂的构造背景;

扬子地块作为华南板块的主体，完整性好，四川盆地和黔中隆起区发育刚性结晶基底，尤其是黔中隆起，位于扬子地块内部，远离构造薄弱带，晚寒武世至晚石炭持续隆盛剥蚀使得基底浅，从而构造变形相对较弱，呈现出以宽缓向斜为主的构造形态，碎裂煤为主的煤体结构。

3.1.2 有利聚煤背景分析

聚煤作用发生的古地理条件是要求有常年积水的洼地，如滨海沿岸因海退而暴露出来的滨海平原和三角洲平原，被障壁岛保护免受海浪侵袭的泻湖－海湾、大河流两岸的漫滩沼泽和内陆湖盆等等。研究区位于扬子地台上滇东黔西含煤盆地，属大型－中型含气盆地。这一大型含煤盆地发育在稳定克拉通基底之上，成煤前构造背景相对简单，加之东吴运动抬升夷平作用，形成宽阔的滨海平原，为煤层的大面积发育提供有利的古地理条件。聚煤环境横向稳定，煤层分布广，累计厚度大，一般在20～40m之间，最高可达50m。

3.2 沉积对煤层的横向展布和纵向分布的控制及对含煤性的预测

研究区处于三角洲和潮坪相带，东南侧逐渐向潮下－局限台地沉积过渡。从黔西地区整体来看，煤层层数、可采煤层层数、厚度自西向东减少(表1)。

研究区龙潭组纵向上由潮坪、三角洲、潮坪三大沉积段叠置，其中，上部和下部向东南方向相变为浅潮下或局限台地，中部沉积段则由三角洲向潮坪，并进一步在轿子山－下坝东南向浅潮下－局限台地相过渡。通过前文聚煤作用分析，结合已有煤田钻孔数据的证实，显示研究区潮控下三角洲沉积聚煤作用并不十分有利，目前已知各井田内的主要可采煤层较少发育在该沉积段内，主要的成煤环境为纵向上的潮坪沉积段。因此研究区西北部存在上中下三个聚煤段 (潮坪、过渡三角洲平原、潮坪)可采煤层自下而上均有分布;而区内化乐－黑塘－新华－三塘东南侧－阿弓南部－珠藏一带中部潮控下三角洲平原沉积段可采煤层不发育，纵向发育上、下两个聚煤段，如比德次向斜上煤组 (2#、3#、5#、6#煤)和下煤组 (30#、32#、33#煤);新店西－新华以东轿子山以西的大片地区，上部和下部的潮坪沉积以相变为近潮下带，甚至局限台地，仅剩中部由三角洲相变而来的潮坪聚煤段。这一聚煤段的纵向发育状况控制了研究区煤层层数、可采煤层层数、厚度自西向东减少的特征。

表1 织金区块主要含煤向斜煤层数据表

根据龙潭组上中下三部分的横向相变关系来看，上部和下部的潮坪沉积构成龙潭组沉积主体，在新店－轿子山以东连片稳定发育，是寻找龙潭组上部、下部有利聚煤段的目标区域;三坝－纳雍中岭以北是研究区最有利的聚煤区，纵向三个聚煤段;新店西－新华以东轿子山以西的大片地区虽然煤层总厚度偏小，但煤层多集中在中部聚煤段。

3.3 含气性控制因素分析

3.3.1 煤层顶底板岩性

研究区主要可采煤层发育在潮坪环境，煤层上下围岩主要为大段泥岩、粉砂岩互层，围岩封闭条件较好，且具备相对封闭的水文地质系统，煤层气保存条件整体较好，是织金地区煤层整体高含气的一个重要原因。在整体高含气的基础上，局部地区或层位的砂岩、灰岩顶板对含气量仍存在影响。织2、3井7#煤直接顶/底板为0.5m左右的泥岩，间接顶/底板为砂岩，织5井7#煤间接顶板为灰岩，织1井煤层顶板为灰岩，这4个煤层的含气量都低于同一口井纵向上的其他层位，显示出纵向上不同围岩封闭条件对含气量的影响。

3.3.2 煤系地层的的埋深及出露状况

从珠藏次向斜130个含气量测试数据统计情况来看，在200m以浅，含气量为异常低值，普遍低于10m3/t，而在200m以深，含气量快速增加，各煤层平均含气量15～19m3/t，三塘次向斜300m以浅，含气量普遍低于10m3/t，高含气量区主要位于300m以深，反映煤层含气量总体随深度增加而增大 (图1)。

但在200m以浅部，含气性与煤系地层上覆盖层存在与否有着一定的联系。在龙潭组出露区，普遍低于8m3/t;上覆三叠系地层存在的状态下，相近的埋深条件煤层含气量相对偏高一些。虽然含气量较深部要低，但仍对应较高含气饱和度，织1井、织2井200m左右的9#煤和2#煤层仍能达到80%以上的含气饱和度，甚至过饱和，反映这在浅部区，龙潭组上覆地层关乎到煤层气保存条件。

3.4 煤储层条件控制因素分析

3.4.1 变质程度

从煤层的生气和储气机理来看，煤岩变质程度一方面决定着煤层生气量的多少，另一方面又在某种程度上决定着煤层储气空间的大小和性质并影响煤层气的吸附特征，因而它对煤层气吸附量的大小有着决定性的影响控制。不同煤岩变质程度对应于不同的煤储层孔隙结构、渗流特征，在很大程度上决定煤层自身储层属性。通常认为中阶煤在孔隙结构、割理裂隙发育程度方面是最有利的煤储层类型。研究区内煤岩变质程度整体偏高，一般都达到高变质无烟煤，但在研究区西部的比德次向斜出现中等变质的瘦煤、贫瘦煤，已显示出相对较好的煤岩孔隙度和相对偏高的试井渗透率参数。

图1 珠藏次向斜、三塘次向斜含气量－埋深关系图

3.4.2 局部构造变形

研究区的整体构造背景，地应力状态和煤岩变形程度是研究区煤储层评价的重点，而煤体结构、地应力多取决于构造变形程度。研究区内的几个主要次级含煤向斜中以珠藏次向斜、水公河次向斜最为宽缓，其次是三塘次向斜北西翼、比德次向斜中段。煤体结构统计显示水公河次向斜是研究区煤体结构保存最好的含煤构造之一，即便是构造煤最发育的6#煤层，在该次级向斜仍保有71%的碎裂煤发育比例，其他煤层大都以碎裂煤为主。比德次向斜6#煤碎裂煤钻孔比例为50%左右，但中段构造宽缓区的6#煤普遍呈现碎裂煤特征，该地区的两个试井数据显示了较低的应力状态，表明含煤构造的构造变形程度在很大程度上控制了研究区最关键的煤储层特征。结合向斜宽缓构造部位的煤层气井勘探效果来看，研究区内的构造宽缓部位是煤层气的富集区域。