新疆大南湖煤田三号井田煤层气储层物性特征浅析

孙凡星

（山东省煤田地质规划勘察研究院，山东 济南 250100）

1 井田概况

三号井田位于新疆哈密市西南，属哈密市南湖乡管辖，距哈密市区约90km，面积42.36km2。区内煤炭资源赋存标高为+440m～ -340m，埋藏深度为0～918m。地层倾角一般5～10°，南部F1断层附近局部达13°。井田内发现断层3条，构造复杂程度中等偏简单。煤层总体以长焰煤为主，少量不粘煤、褐煤，煤层为低中灰、低硫、中高～高挥发分、中热值～高热值煤。煤层为低等苯萃取物，属较高腐植酸含量煤层，属Ⅰ、Ⅱ类容易自然发火煤层，属有煤尘爆炸危险性煤层。

2 煤层气赋存地质条件及状况

2.1 地层

大南湖矿区三号井田内钻孔揭露地层自下而上依次为：中侏罗统西山窑组(J2x)、头屯河组(J2t)、第四系（Q）。

2.1.1 中侏罗统西山窑组(J2x)

为本井田的主要含煤地层，根据岩性、含煤性以及其他组合特征，可分为上、中、下三个岩性段。中段（J2x2）为本文工作的重点，其岩性特征如下：

出露于井田东部，表层风化严重，沟谷处为第四系风积砂砾层覆盖。钻孔揭露厚度312.50～607.82m，平均501.54m。为本井田主要含煤层段，本段底部有一层厚20～30m的粗砂岩或砂砾岩，是与下段分界的标志层。

2.1.2 中侏罗统头屯河组(J2t)

残存于井田西部，钻孔揭露厚度0～296.51m。

岩石特征：主要为紫色、砖红色的泥岩、粉砂岩、细砂岩互层，间夹砂砾岩薄层。底部为杂色泥岩夹泥灰岩透镜体。

本段主要为氧化环境下的河、湖相沉积地层，夹杂冲、洪积沉积岩。

与下伏地层整合接触关系。

2.1.3 第四系(Q)

一般分布于本井田西部平台阶地的顶部、沟谷洼地，钻孔揭露厚度0～13.10m。平台阶地的顶部薄，沟谷洼地中厚度相对较大。

与下伏地层为角度不整合接触关系。

2.2 生气层基础条件

中侏罗统西山窑组中段(J2x2)为本井田主要含煤地层，地层厚度312.50～607.82m，平均厚度501.54m。共含煤50层，累计总厚平均82.94m。含煤系数16.5%。可采煤层24层（2-2、2、2-4、3、4、5、6、8、9、10、11、12、14、15、16、18、19、22-3、22、24、25、26、28、29煤层），累计总厚平均60.00m，占各煤层平均总厚度的72%。

可采集局部可采煤层灰分主要为特低～低灰煤，煤类以长焰煤为主，少量不粘煤、褐煤，镜质组最大反射率介于0.21%～0.48%之间。因此，本井田虽然赋存有一定厚度的煤层，但煤类属低成熟度煤，煤层气的生成物质基础条件较差。

2.3 赋存状况

气体成分为甲烷、重烃。甲烷成分两极值0.00～13.42%，其中2个点大于10%，6个点0～10%，其余均为0.00%；重烃成分两极值0.00～17.81%，其中2个点大于10%，3个点0～10%，其余均为0.00%。气体含量两极值0.00～0.167m3/t，煤层气含量低，各煤层均属贫甲烷煤层。

3 煤层储层物性特征

3.1 煤层孔隙率

各煤层煤的孔隙率通过所测真密度和视密度值计算所得，两者差值愈大，孔隙率也愈大。其中，2、6、9、11、14、28煤层孔隙率平均值在16%以上，2-2、2-4、3、4、5、12、15、16、18、19、29 煤层孔隙率在15%～16%之间，8、10、22、25、26煤层孔隙率在14%～15%之间，22-3、24煤层孔隙率在13%～14%之间。孔隙率大的煤层，其吸附能力和反应性都比较好。

3.2 镜下裂隙结果及分析

本文共采取12件煤样做显微镜下裂隙分析(见表1)， 针 对 2、2-4、3、5、11、16、25、26、28、29煤层评述。测试结果显示，各煤层煤体呈块状，松软易碎，裂隙较发育～发育。其中2、3、5、26、28、29煤层裂隙发育，2-4、16煤层裂隙较发育，25煤层裂隙较发育～发育。各煤层主裂隙介于2.6～15.9条之间，3、11、25、26煤层含较多；次裂隙3.2～11.3条，3、11、26、29煤层偏多；主次裂隙直交或近直交，近垂直层理；再者部分裂隙切穿组分分层，少部分裂隙被矿物充填。2、3、5、11、26、28、29煤层裂隙连通性属中等，2-4、16煤层属差，25煤层属差～中等。样品层面上的裂隙多呈近网格状、阶梯状、不规则状、短裂纹状，裂隙越发育，气体渗透率越高；网格状裂隙连通性最好，在相同条件下其渗透性最好，近网格状连通性次之。裂隙的密度与连通性呈正相关，密度越大连通性越好。

表1 镜下裂隙分析成果表

煤层项目 16 25 26 28 29煤岩类型 暗淡煤 半暗煤 暗淡煤 半暗煤 半暗煤长度(cm)0.01～0.80 0.21高度(cm)0.005～0.50 0.09 0.005～0.20 0.16 0.005～1.10 0.17 0.01～1.30 0.40 0.002～0.50 0.14 0.001～0.30 0.04 0.005～0.50 0.10主裂隙0.005～0.50 0.09 0.005～0.50 0.16宽度(μm)1～50 10 1～350 16 1～200 13 1～300 41 1～230 22密度(条/cm) 7.2 6.3～15.3 13.9 5.3 7.6长度(cm)0.005～0.20 0.05 0.005～0.70 0.11 0.005～0.40 0.07 0.01～0.60 0.21 0.01～0.90 0.16高度(cm)0.001～0.30 0.04 0.002～0.50 0.08 0.005～0.40 0.11次裂隙0.005～0.50 0.09 1～30 7 0.005～0.50 0.13宽度(μm)1～230 14 1～50 8 1～250 32 1～200 16密度(条/cm) 4.7 5.5～7.8 9.5 4.7 7.7连通性 差 差～中等 中等 中等 中等裂隙发育程度 较发育 较发育～发育 发育 发育 发育裂隙分布 短裂纹状 不发育近网格状阶梯状 近网格状阶梯状 近网格状 近网格状

3.3 等温吸附测试

本文采取了5件煤样进行吸附瓦斯常数测试。本次测试采用温度30℃，当压力在0～1.0MPa时，各煤层瓦斯吸附气含量均呈现急剧增加趋势，随着压力的增大，吸附气含量缓慢增加，当压力在3.0～4.0MPa时，吸附量增加幅度更小，煤的吸附量基本达到饱和，吸附量不再随压力的增加而增大。各煤层的朗格缪尔体积介于11.78～29.84m3/t之间，朗格缪尔压力介于0.47～0.72MPa之间，各煤层的瓦斯吸附量变化在0～0.025m3/t之间，见表2。

表2 瓦斯吸附特征一览表

试验表明：煤中水分含量高时，煤吸附气体量小；在相同瓦斯压力下，煤的变质程度越高，即挥发分产率越小，煤吸附的气体量越大。

4 结 论

本文对新疆大南湖煤田三号井田部分化验样品进行了分析，从煤层孔隙率、镜下裂隙、等温吸附测试三个方面对煤层气储层物性特征进行总结。

（1）煤层孔隙率：孔隙率大的煤层，吸附能力和反应性较好，利于煤层气的储存；

（2）煤层镜下裂隙：裂隙越发育，气体渗透率越高，越不利于煤层气的储存；

（3）等温吸附测试：煤中水分含量高，煤吸附气体量小；在相同瓦斯压力下，煤的变质程度越高，即挥发分产率越小，煤吸附的气体量越大。