鄂尔多斯盆地彬长矿区沉积体系及控气作用

邵 凯 李来新 王东东 马东民 张康顺 钱建峰

(1.陕西省煤层气开发利用有限公司,陕西 710119;2.陕西彬长新泰能源有限公司，陕西 715300；3.山东科技大学，山东 266590；4.西安科技大学，陕西 710054)

鄂尔多斯盆地彬长矿区沉积体系及控气作用

邵 凯1,2李来新1王东东3马东民4张康顺1钱建峰1

(1.陕西省煤层气开发利用有限公司,陕西 710119;2.陕西彬长新泰能源有限公司，陕西 715300；3.山东科技大学，山东 266590；4.西安科技大学，陕西 710054)

鄂尔多斯盆地彬长矿区地质构造条件较为简单，含煤沉积体系对煤层的富集起到主要作用。通过对彬长矿区侏罗系延安组的含煤沉积特征以及现有的典型煤层气井的产气情况进行分析。研究结果表明：延安组主要为陆相的湖泊沉积及河流三角洲沉积，煤层厚度以及顶底板所处的沉积相会影响煤层气的富集成藏，并对煤层气的开发起到重要的影响作用。

鄂尔多斯盆地 彬长矿区 煤层气 沉积体系 控气作用

1 区域构造概况

彬长矿区位于鄂尔多斯盆地的伊陕斜坡，该区域的基底起伏较小，沉积地层倾角平缓。地层倾角为一般3°～5°，最大的倾角为17°～21°，矿区内发育小型断层，断层落差以5m以下为主。构造总体较为简单，由北向南依次为七里铺西山背斜、孟村背斜、南玉子向斜、安化向斜、祁家背斜、师家店向斜、彬县背斜等(图1)。

图1 彬长矿区构造图

2 含煤岩系沉积特征

煤层气井的钻遇地层从下到上依次为：三叠系胡家村组、侏罗系安定组、直罗组、延安组、富县组、白垩系洛河组和宜君组。其中煤系地层统一为侏罗系的中统延安组，该组厚度为40.05m～168.57m，平均75.57m，与富县组呈假整合接触。共含煤6层，从上而下依次编号为3-1、3-2、4上-1、4上-2、4上、4煤。其中4上-1、4上-2为局部可采煤层，4上煤为大部分可采煤层，4煤为主采煤层，基本全区可采，其中4号煤属巨厚煤层，煤层厚度为0m～19.42m，平均厚度11.65m，埋深500～700m，为低灰长焰煤，其中镜质体反射率小于0.65%，属于低阶煤。从煤层的埋深及煤层厚度考虑，有利于煤层气的富集和开发。

本次选区大佛寺井田的5口煤层生产直井为例(图1)，进行沉积序列展布，对煤的沉积相以及煤层气的富集情况进行探讨(图2)。该井田的延安组沉积环境较为相近，可以明显分为两个阶段：

(1)延安组的下段，岩性为灰、褐灰色含鲕状菱铁矿结核铝质泥岩、深灰色泥岩、砂质泥岩；泥岩中含丰富的植物化石，水平纹理及波状层理发育。其上为4号煤层，4号煤层上为浅灰～深灰色泥岩、砂质泥岩，富含植物化石。作为主要的可采煤层和主要的生气煤层，4号煤层厚度较为稳定。岩性在垂相上的分布规律较为明显，从沉积序列上来看，主要为典型的退积型曲流河三角洲。成煤环境主要集中在三角洲平原相，当时较为适宜的气候和广泛发育的成煤植物为煤炭的形成提供了良好的条件，而较低的泥炭堆积速率与较慢的可容空间增加速率相平衡, 从而形成该厚煤层。

(2)延安组的上段，底部岩性为灰色泥岩、底部为一套砂岩泥岩互层。局部地段含煤1层，编号3号煤。随后，区域内发育了一层灰黑色泥岩，泥质砂岩，砂质泥岩、粉砂岩夹炭质泥岩，可见小型的水平层理、波状层理，波痕层理，夹一层厚煤层和1～2层薄煤。沉积物的特征反应了当时主要为滨浅湖环境，沉积范围较大，但各个区域的湖相沉积物厚度发育各不相同。其中67井、134井、133井的湖相沉积厚度相对较大，而153井、151井的湖相沉积厚度相对较小。

图2 鄂尔多斯盆地彬长矿区大佛寺井田沉积剖面图

3 典型煤层气井的生产情况

该批次的煤层气井，均采用相同的工艺和技术进行钻井、固井、水力压裂等流程进行施工。煤层气井排采主要分五个阶段进行，即初始排采阶段、快速降压阶段、气量快速增加阶段、稳定产气阶段和气量衰减阶段。本次采用的排采制度为：

(1)初始排采阶段: 控制井底流压每日下降0.01～0.02MPa，以了解真实的煤层供液能力。如煤层有吐砂或吐煤粉现象，则及时减小排采强度。

(2)快速降压阶段：细分出每两个小时的井下压力降幅，控制井下压力连续地、平稳地下降，同时分析产液变化情况，观察产出液的颜色及水质变化。当产气量出现大幅度增长，产气量跟踪曲线出现明显拐点时，被认为开始出现解吸，保持液面稳定3～5d后，每天井底压力降幅控制在0.005～0.008MPa/d。

(3)气量快速增加阶段：当产气量大于300m3/d时，开始控制套管压力，保持井下压力稳定一段时间，逐步释放套管压力至0，稳定井底压力3～5d后，井底压力降幅为0.004～0.006MPa/d。期间观察水量、气量变化，绘制水量、气量跟踪曲线。产气量每增加400m3时，稳定观察3～5d，根据实际情况调整排采制度。

(4)稳定产气阶段：控制井底流压降幅不超过0.002～0.004MPa/d，当增气达到设计产量或出现井底流压持续下降，气量不再明显上升时，折算4号煤层顶板压力≤0.20MPa，转入稳定生产阶段。

DFS-153井从2014年10月21日开始排采，累计排采265d，持续产气30d，最高日产气量达10m3，目前产气量为在0.5m3/d。DFS-151井从2014年11月19日开始排采，累计排采236d，持续产气44d，最高日产气量达66.2m3，目前产气量稳定在1.66m3/d。DFS-67井从2014年12月5日开始排采，累计排采220d，持续产气85d，最高日产气量达198m3，目前产气量稳定在140m3/d。DFS-134井从2014年11月10日开始排采，累计排采245d，持续产气198d，最高日产气量达2252.5m3，目前产气量稳定在2000m3/d。DFS-133井从2014年11月15日开始排采，累计排采250d，持续产气140d，最高日产气量达2433m3，目前产气量稳定在2000m3/d。

根据目前排采情况，沉没度已经降至煤层附近，产气已逐步进入稳定产气阶段(见表1)，现有的产气数据对于该井的总体产气情况能有较为直接的说明。

表1 煤层气井生产状况表

4 沉积体系及控气作用探讨

对于低煤阶地区的煤层气赋存情况，近年来以邵龙义教授为代表的科研团队研究认为：区域构造，煤体结构是影响煤层气的重要参数，彬长矿区的构造简单，发育巨厚煤层，煤体结构主要为原生结构煤，受到的破坏较少；对含煤建造沉积体系的研究表明，煤层围岩的岩性及组合类型会对煤层气的赋存起到重要的作用，最有利于煤层气开发的沉积环境为障壁海岸体系、滨海三角洲体系、湖泊体系，彬长矿区的煤层及煤层气是在湖泊体系下发育的；这是研究区煤层气富集的有利条件。但是沉积环境的局部变化，会影响到煤层气的赋存，在煤层气井的垂相上来看，湖泊体系的沉积物封盖能力较强。

通过对研究区的含煤岩系延安组的沉积体系的研究以及典型煤层气井的产气情况进行了综合分析，结果如图3所示。

图3 鄂尔多斯盆地彬长矿区大佛寺井田煤层气产量相关性研究

从图3中可以看出，本区域的煤层气井产气量变化较大，就最高产气量来看，从日产10m3到2433m3不等，最高产气量的大小与煤层的厚度和湖湘沉积的厚度有密切的关系。煤层作为煤层气的主要生产层位，厚度越大越有利于煤层气的生产，而湖相沉积物的盖层厚度则关系到煤层气的保存。

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(责任编辑 刘 馨)

Coal-bearing Depositional System and CBM Controlling Role in Binchang Mining Area of Ordos Basin

SHAO Kai1，2, LI Laixin1, WANG Dongdong3, MA Dongmin4, ZHANG Kanshun1, QIAN Jianfeng1

(1.Shanxi Coalbed Methane Development Company Limited, Shanxi Xi’an 710119; 2.Shanxi Binchang XinTai Energy Company Limited, Shanxi Xianyang 715300; 3.Shandong University of Science and Technology,Shandong Qingdao 266590; 4 Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710054)

The geological tectonic conditions for coal bearing are relatively simple in Binchang Mining Area of Ordos Basin, and the depositional system is the main factor in coal enrichment. The paper analyzes the coal-bearing sedimentary features and production data of typical CBM wells. The study shows that main depositional environment in Yan’an Group period are continental lake deposits and river delta deposits. The coal-seam thickness, sedimentary faces of coal seams and top & bottom floor will affect the enrichment of CBM as well as the CBM exploration.

Ordos Basin; Binchang Mining Area; CBM; depositional system; controlling condition of CBM

国家自然科学基金资助(41402086)

邵凯，男，博士研究生，现工作于陕西省煤层气开发利用有限公司，从事煤及煤层气开发利用方面工作。