永川煤矿延深区须六段砂岩储层特征及致密气储量估算

郭臣业，张　迪，王　彪，周东平，张昌勇

(1.中国矿业大学(北京)，北京 100083；2.重庆市能源投资集团科技有限责任公司，重庆 400060；3.重庆市能源投资集团有限公司，重庆 401121；4.重庆永荣矿业有限责任公司，重庆 402465)



永川煤矿延深区须六段砂岩储层特征及致密气储量估算

郭臣业1，2，张迪2，王彪3，周东平2，张昌勇4

(1.中国矿业大学(北京)，北京 100083；2.重庆市能源投资集团科技有限责任公司，重庆 400060；3.重庆市能源投资集团有限公司，重庆 401121；4.重庆永荣矿业有限责任公司，重庆 402465)

永川煤矿延深区煤系地层上覆须家河六段岩层含有大量气体。在实验室对须六段岩芯进行了化验分析，结果显示为长石岩屑砂岩层，结构成熟度为中到低，孔隙度平均3.98%，渗透率平均0.080506×10-3μm2，岩层内孔隙以微裂隙为主，含气饱和度平均84.3%，属于Ⅲ～Ⅱ类中等复合性储层类型的致密砂岩气藏。应用容积法计算表明该矿延深区须六段致密砂岩气地质储量为12.84×108m3，丰度为1.712×108m3/km2。可在井下应用水力压裂技术对岩层增透，结合瓦斯负压抽采系统，对须六段岩层致密气进行开发。

致密砂岩；岩石类型；微观结构；孔隙度；渗透率；饱和度分析；储量估算

永川煤矿位于渝西地区新店子背斜，主采须五段7号煤层，均厚0.65m。从2009年开始，该矿主要抽采须五段顶部砂岩层中的卸压瓦斯，2009年瓦斯抽采量7.66×106m3，2010年9.72×106m3，2011年达11.32×106m3。根据该矿历年瓦斯等级鉴定结果，矿井实际瓦斯涌出量远大于各煤层的瓦斯总含量，分析认为瓦斯主要来源于须六段砂岩层中的气体。

国内外对致密砂岩气等非常规气藏的勘探开发及研究方法，均是通过地面施工试验井获取相关参数，进行储层特性、储量估算、可开发性评价等研究工作[1-3]。本文结合煤矿生产，分析永川煤矿煤系地层上覆须六段砂岩储层特性，探明岩层中气藏类型，在实验室对须六段岩芯进行分析，在此基础上估算延深区须六段地质储量。

1　区域构造及地层演化

永川煤矿矿区位于新店子背斜弧形顶端。新店子背斜为梳状背斜，两冀浅部陡，深部缓，北东段陡，南西段缓。永川煤矿矿区所在井田由新华系四川沉降带川东“隔挡式”构造西缘的华蓥山帚状构造向西南延伸的西山、螺观山、新店子和古佛山等背斜组成，区内向斜宽缓，背斜紧密，轴线呈北东-西南展布，彼此间近于平行，并成左列式雁旋转排列。背斜轴部一般伴有较大规模的压扭性走向逆断层，显示为压扭性应力较强区。西山、新店子和古佛山背斜在平面上构成一组向南东凸起的弧形构造，新店子背斜正好位于弧形构造中段，永川煤矿则位于弧形的顶端。新店子背斜为梳状背斜，两冀浅部陡，深部缓，北东段陡，南西段缓，永川煤矿所在井田部分位于背斜北西冀地层倾角缓陡交替的中段[4]。

永川煤矿煤系所处的川南地区须家河组地层，属于河流-三角洲沉积体系，为三角洲平原沉积相，成岩作用包括压实作用、压溶作用、胶结作用(绿泥石胶结)、交代作用、构造破坏作用、溶蚀作用等[5]。四川盆地上三叠统须家河组是一套以砂泥岩组合为主的含煤层系，具有优良的油气成藏条件，须二、须四、须六段是川南油气田的主要存储层之一。

2　须家河组六段岩芯分析

2.1岩芯取样及加工

结合永川煤矿-500～-900m水平延深区(平均埋深911.8m，延深区有效面积7.5km2)煤层资源勘查工程，利用平均分布在矿区的ZK-1、ZK-2、ZK-3、ZK-4地面地质探孔钻取的45枚须六段岩芯，根据《石油天然气地质岩芯与岩屑管理规则 SY5365-89》进行岩芯采集，并在实验室对岩石类型及特征、物性特征、孔隙类型、饱和度进行实验室测试[6]。根据油气显示情况选取岩芯9枚，部分加工成型的岩芯照片见图1。

图1　试验岩样

根据岩石薄片鉴定、电镜扫描、压汞测试及含气饱和度测试实验要求做成试验试样，对岩样的岩石学特征、孔渗特性及油气饱和度进行孔渗及物性测试，并查明岩层中气藏类型。

2.2岩芯试验及结果

2.2.1岩石类型及特征

砂岩样的碎屑成分及结构组成通过薄片鉴定试验确定，试验时将试样置于Olympus BX51-P型偏光显微镜下观察。结果表明须六段(T3x6) 砂岩岩石类型主要是长石岩屑杂砂岩，细粒为主，长石颗粒多风化，且程度较深，参照曾允孚教授提出的砂岩等腰三角形分类投点图绘制标准[7]，做出的砂岩骨架成分投点图见图2。图中投点均落在三角形顶端区域，且数据点分布远离长石和岩屑砂岩端，说明砂岩成分中长石、岩屑的含量较低，而石英含量较高，具有较高的成分成熟度。砂岩填隙物主要是高岭石、方解石和硅质，大多数砂岩分选为中等～好。碎屑颗粒磨圆次圆～次棱角状为主，基底式胶结。

图2　砂岩骨架成分投点图

2.2.2微观结构及孔渗特性

砂岩样微观结构通过薄片鉴定试验结合FEINova400型场发射扫描电镜观测。试验结果表明，在石英颗粒构成的粒间孔中有高岭石填充；石英次生加大，且次生加大边有溶蚀现象；长石颗粒被方解石交代或溶蚀严重而以高岭石填充，既有溶蚀孔隙，也有高岭石晶间微孔，孔隙以微裂隙为主，占总面孔率的40%以上，粒间孔0.63%，粒内孔0.94%，粘土微孔0.90%，面孔率3.00%。孔隙类型与矿物之间的关系也从岩芯的电镜扫描二次电子成像图上得到了反映，图3为应用FEI Nova400型场发射扫描电镜采集的不同倍率下岩样孔隙类型及矿物特征，表明岩样中存在粒间微孔、粒内溶孔、粘土微孔等多种孔隙类型。

砂岩样品的孔渗特性测试在AutoPore Ⅳ 9500 全自动压汞仪上进行。结果显示须六段岩样密度最大2.60g/cm3，最小2.36g/cm3，平均2.48g/cm3；孔隙度最大8.70%，最小1.08%，平均为3.98%；渗透率最大0.497203×10-3μm2，渗透率最小0.004328×10-3μm2，平均为0.080506×10-3μm2，表明须六段岩芯均属特低孔特低渗的致密储层。

2.2.3饱和度分析

流体饱和度指油、气、水(So、Sw、Sg)在岩石孔隙中所占据的空间体积百分数，实验室采用蒸馏抽提法进行测试，它是油气藏储量计算的重要参数。9枚岩芯样品的饱和度分析结果如图4所示，结果显示含油饱和度8.33%，含气饱和度84.30%，含水饱和度7.37%，即永川煤矿延深区的须六段储层中流体以气为主。

图3　孔隙类型及矿物特征

图4　砂岩孔隙流体饱和度

2.3结果分析

岩芯化验结果显示，须六段岩性平均密度2.48g/cm3，为致密细砂岩，孔隙以微裂隙为主，占总面孔率的40%以上，填隙物主要为高岭石，孔隙度平均为3.98%(<10%)，存在溶蚀性孔隙，微破裂可见，渗透率平均为0.080506×10-3μm2(<0.1×10-3μm2)含气饱和度84.30%，以含气为主。根据我国矿产储量委员会标准[8]，可判定须六段蕴藏的气体资源为致密砂岩气。

根据四川盆地须家河组致密砂岩储集体的分类方法，III类储层孔隙度和渗透率均较低，孔隙度3%～4%，渗透率(0.01～0.05)×10-3μm2，溶蚀作用或破裂作用不太发育；II类储层孔隙度和渗透率一般，孔隙度4%～6%，渗透率(0.1～0.05)×10-3μm2，溶蚀作用和破裂作用较发育[9]。渝西新店子背斜西翼须六段砂岩属于Ⅲ～Ⅱ类中等复合性储层类型，具有开发价值。

3　须六段致密气储量估算

天然气储量计算分为静态法和动态法，静态法是用气藏静态地质参数，按气体所占孔隙空间容积计算储量的方法，是常用的天然气储量计算方法。参考《DZ/T 0217-2005石油天然气储量计算规范》中气藏地质储量容积计算法，矿区顶板瓦斯地质储量可按下式估算。

式中：Ag为含气面积，取深部延伸区面积，7.5km2；h为有效厚度，取须六段地层平均厚度25.3m；φ为有效孔隙度，取须六段顶板岩样平均孔隙度4.33%；Sgi为原始含气饱和度，取顶板取样段含气饱和度平均值，84.3%；Tsc、psc分别为地面标准温度、地面标准压力，分别为293.15K、0.101MPa；T为地层原始温度，K；pi为地层原始压力，MPa。

根据矿区地层资料，深部顶板平均埋深按须六段及上覆地层平均厚度之和计算，为911.8m，实测地层原始地温平均约为35.4℃，即T为308.55K；地层原始压力根据文献[10]的计算公式，pi算得19.7MPa。

代入上式中，算出永川煤矿深部顶板致密气地质储量约为12.84×108m3。地质储量与延深区面积的比值为资源丰度，即1.712×108m3/km2，属中偏低丰度储层。

4　致密砂岩气开采经济性分析及建议

永川煤矿延深区地质储量约为12.84×108m3，若采收率为20%，可采储量达2.568×108m3。按照2元/ m3井口价格计算，其价值约在5.1亿元；永川煤矿-500～-900m水平延深区煤炭资源储量约1030万t，在当前原煤价格行情350元/t的较低市场行情下，其价值约为36.05亿元。可采致密气资源价值约占煤炭资源价值的14.1%，因此应在开采煤炭的同时，采用合适的技术考虑开发致密砂岩气，提高投入产出比。

永川煤矿延深区域埋深较浅，最深处不超过1500m，地应力不大较大，且区域面积仅为7.5km2，若采用非常规油气开发技术在地面规模开发则投入大，单井开发成本至少5000万元[11]，且风险较高，还会对煤层开采产生影响。近年来我国煤层井下水力压裂技术取得了较快发展，专用压裂泵及配套装备已经系列化，单台压裂泵及高压管路、配套装备材料等的总价格约在500万元，且实践证明该项技术能显著提高煤岩层渗透率效果[12-14]。

永川煤矿须六段的致密砂岩气资源，可利用煤矿井巷工程，在井下布置压裂作业车对须六段岩层进行小规模、多次、分步压裂，压裂液配方可参照相同开发目的层的元坝气田低伤害压裂液体系，平均砂比15%～20%[15]，以提高岩层渗透率，并利用煤矿瓦斯负压抽采系统，对压裂后的须六段岩层致密气进行排采。

5　结论及建议

1)永川煤矿延深区须六段岩芯化验分析结果表明，该区域岩层孔隙度平均为3.98%，渗透率平均为0.080506×10-3μm2，含气饱和度84.30%，砂岩层中气藏类型为致密砂岩气。

2)永川煤矿延深区须六段致密砂岩气地质储量为12.84×108m3，丰度为1.712×108m3/km2，储层评价属于Ⅲ～Ⅱ类中等储层，具有开发价值。

3)建议利用煤矿井巷工程，在井下布置压裂作业车对须六段岩层进行小规模、多次、分步压裂，提高岩层渗透率，并结合煤矿瓦斯负压抽采系统，对压裂后的须六段岩层致密气进行开发。

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Reservoir characteristics and estimating reserves of T3X6dense sandstone in Yongchuan coal mine

GUO Chen-ye1，2，ZHANG Di2，WANG Biao3，ZHOU Dong-ping2，ZHANG Chang-yong4

(1.China University of Mining and Technology(Beijing)，Beijing 100083，China；2.Science and Technology Co.， Ltd.， Chongqing Energy Investment Group，Chongqing 400060，China；3.Chongqing Energy Investment Group Co.，Ltd.，Chongqing 400060，China；4.Yongrong Mining Industry Co.Ltd.，Chongqing 402194，China)

The rock strata of T3X6dense sandstone in Yongchuan coal mine contain a large amount of gas.The result of laboratory assay shows that it is feldspar debris sandstone with medium to low structure maturity，3.98% porosity，0.080506×10-3μm2permeability，gas saturation 84.3%，and the main pore structure in the inner layer is microfissure.So it belonging to Ⅲ ～Ⅱclass medium complex reservoir types of tight sandstone gas reservoirs.The calculation results show that the geological reserve of T3X6dense sandstone is 12.84×108m3，the abundances is 1.712×108m3/km2.In general，we can increase the permeability by hydraulic fracturing technology，combined with negative pressure gas extraction system to development tight gas of T3X6dense sandstone.

tight sandstone；rock type；microstructure；porosity；permeability；saturation analysis；reserves estimation

2016-01-20

重庆市杰出青年基金项目资助(编号：cstc2014jcyjjq0020)；重庆市科技攻关项目资助(编号：cstc2012gg-yyjs90001)

郭臣业(1980-)，男，安徽人，高级工程师，中国矿业大学(北京)安全科学与工程博士后，2010年12月毕业于重庆大学采矿工程专业，从事矿山安全技术与工程、资源综合利用等方面的研究与管理工作。E-mail：gcyer@aliyun.com。

TD353

A

1004-4051(2016)10-0110-04