湘中地区涟源凹陷煤层气储层物性特征

王克营 杜 江

（湖南省煤炭地质勘查院，湖南 长沙 410014）

1 研究区基本地质特征

研究区位于湘中凹陷中北部，其构造位置如图1所示。地质历史演化过程中，研究区内主要沉积了石炭系测水组、二叠系龙潭组两套海陆交互相煤系。测水组形成于泻湖或潮坪环境，厚30～85m，下段为主要含煤岩系，含煤1～7层，其中3#、5#煤层为主采煤层，厚0～7m。区内龙潭组以“北型”为主[5]，形成于潮坪环境，仅发育上段，厚34～53.01m，含煤2～3层，2#煤层为主采煤层，厚2.0～3.2m。

2 煤储层物性特征

2.1 煤岩学特征

（1）显微煤岩特征

测水组宏观煤岩类型以半亮型煤和半暗型煤为主，次为暗淡型煤，光亮型煤不常见。显微组分以镜质组为主，次为惰质组，壳质组（稳定组）少见。镜质组主要由均质镜质体和基质镜质体组成，次为结构镜质体，其余组分少量；惰质组由丝质体或半丝质体组成，或主要由粗粒体组成。无机组分主要为石英、黏土矿物，次为方解石和微量黄铁矿、赤铁矿。

龙潭组宏观煤岩类型一般以半亮～半暗型煤为主，光亮型煤较少，镜质组为47.7%～96.4%，惰质组为3.6%～35.6%，壳质组0%～13.3%。镜质组中主要以基质镜质体、均质镜质体、结构镜质体常见，偶见团块镜质体、胶质镜质体；惰质组中主要以半丝质体、粗粒体、丝质体常见，另外还有微粒体、碎屑体。无机组分为0.62%～9.84%，以黏土矿物为主。

（2）煤质及煤类特征

测水组原煤灰分（Ad）一般为7.6%～78.7%，凹陷边缘原煤灰分高，凹陷中部原煤灰分低；干燥基全硫（St,d）0.04%～24.18%，靠近凹陷边缘硫分较低，而凹陷中部硫分较高。

龙潭组原煤灰分（Ad）一般为8.61%～24.26%，多为低灰～中灰煤；干燥基全硫（St,d）0.48%～6.44%，洪山殿矿区为高硫煤，其他地段多为特低硫～中硫煤。

测水组煤类以无烟煤为主，在西侧古陆边缘为贫煤条带。龙潭组凹陷边缘均为高变质烟煤或无烟煤，中心是低变质的烟煤，一般为气煤。

图1 研究区构造位置

2.2 煤储层孔裂隙特征

（1）孔裂隙特征

研究区煤层中宏观裂隙较为发育，裂隙面大多光滑平直，密度为13条/m；微裂隙较发育，密度为19～35条/5cm，其中一部分为张裂隙，并且有的连通性较好。

研究区煤层中微观裂隙亦较发育。测水组3煤孔隙为残留胞腔孔（如图2a所示），发育静压裂隙（如图2b所示）、层间裂隙、层面裂隙，剪性裂隙（X形）、角砾孔等。煤体显微构造有的原生结构完整，有的煤体已变形，角砾、碎粒、糜棱质多见。5煤组分以镜质组为主，沥青质体较多，含矿物质，局部可见裂隙（如图2c所示），组分间隙，煤体显微构造的原生结构完整。龙潭组发育残留胞腔孔（如图2e所示），气孔，局部见裂隙（如图2f所示），组分间隙。测水组与龙潭组煤体显微构造的原生结构均较完整。

（2）比表面及孔径分析结果

测水组3煤比表面积为0.532m2/g，BJH最可几孔径为4.048nm，总孔体积为1.436×10-3cm3/g；5煤比表面积为24.987m2/g，BJH最可几孔径为4.074nm，总孔体积为20.99-3cm3/g。总体上，测水组5煤相对于3煤具有更大的比表面积和孔体积，有利于吸附更多的甲烷气体。此外，低温液氮吸附曲线显示（如图3a、3b所示），3煤与5煤孔隙类型相同，均以两端开口的孔和墨水瓶孔为主。

图2 煤储层镜下特征

龙潭组煤层比表面积为0.425m2/g，BJH最可几孔径为4.066nm，总孔体积为1.7603cm3/g，具有较低的比表面积和总孔体积，不利于煤层气赋存。煤的低温液氮吸附曲线呈倒S型（如图3c所示），表明孔隙类型以四面开放的尖壁形孔和锥形或双锥形管状孔为主。

图3 研究区煤样低温液氮吸脱附曲线

2.3 煤储层孔渗性

（1）孔隙度特征

测水组煤样孔隙度介于8.61%～21.04%之间，分布范围较广，属于中、高孔隙度储层；龙潭组煤样的测试值介于6.59%～15.94%之间，分布相对集中，且大部分都在9%附近，属于中、高孔隙度储层。

总体上研究区主要煤层随着镜质组含量增加，孔隙度具有减小的趋势，其主要原因是镜质组多含小孔、微孔，从而导致孔隙度减小。随着惰质组含量增加，孔隙度增加，这是由于惰质组通常多含中大孔，因此惰质组含量与孔隙度正相关（如图4所示）。

图4 研究区孔隙度地质控制

（2）渗透率特征

研究区垂向岩心渗透率普遍较小，集中在0.004～0.030mD之间。垂向岩心渗透率偏小的主要原因是埋深大，煤体破碎，地应力高。水平岩心渗透率相对垂向渗透率较大，主要是集中在0.01～0.1mD之间。总体上看，研究区煤层渗透性较差，渗透率较低，为低渗透性储层。

2.4 煤储层压力特征

研究区煤储层压力及压力梯度都比较高。由图5可知，煤储层压力受埋深、地应力影响较大，线性关系较好。较高的储层压力表明煤层具有较高的地层能量，有利于储层压力释放，促进煤层气解吸。仅从该角度来看，有利于煤层气开发。

2.5 煤储层吸附性特征

通过对研究区煤层等温吸附实验数据分析，研究区煤层临界解吸压力较高，达到4.26MPa，临/储压力比为0.92，说明储层能量较高，有利于煤层气的解吸。计算得到研究区煤层的理论饱和度为66%，实测饱和度为97%，饱和度较高，为近饱和煤层，煤层气资源较好。理论采收率高达61.7%。

图5 研究区煤储层压力与埋深、地应力关系图

3 结语

（1）研究区煤储层孔裂隙较为发育，测水组5煤相对于测水组3煤及龙潭组煤层具有更大的比表面积和孔体积，有利于吸附更多的甲烷气体。

（2）研究区煤储层属中、高孔隙度储层，属低渗透性储层。

（3）研究区煤储层具有较高的地层能量，有利于储层压力释放，促进煤层气解吸。

（4）研究区煤储层临界解吸压力较高，有利于煤层气的解吸，为近饱和煤层，煤层气资源较好。