織金區(qū)塊煤層氣富集規(guī)律研究

熊 斌 馬 軍 劉 曉 路艷霞

(中國(guó)石油化工股份有限公司華東分公司石油勘探開發(fā)研究院，江蘇 210000)

1 區(qū)塊概況

織金區(qū)塊位于貴州省西部，行政規(guī)劃上位于貴陽(yáng)市、六盤水市、安順市、畢節(jié)地區(qū)，區(qū)塊面積7300km2，含煤面積約4500km2。區(qū)塊內(nèi)發(fā)育2個(gè)相對(duì)完整的大型含煤向斜－黔西向斜和巖腳向斜。

織金區(qū)塊共實(shí)施煤層氣參數(shù)井7口，7口井鉆遇煤層總厚度20～40m，可采總厚度14～28m。目前，6口井投入生產(chǎn)，全部產(chǎn)氣，其中4口井獲得工業(yè)氣流。

2 煤層含氣量展布特征

織金區(qū)塊煤層含氣量整體較高，最高可達(dá)46m3/t(比德次向斜)，雖然區(qū)塊內(nèi)以向斜含煤構(gòu)造為主，呈現(xiàn)出相對(duì)獨(dú)立含氣系統(tǒng)，但在單個(gè)次級(jí)含煤構(gòu)造內(nèi)整體呈現(xiàn)高含氣量的特征，煤層平均含氣量在10～16m3/t。

黔西向斜南部一些煤礦的主力煤層含氣量為9～25m3/t;官寨次向斜的含氣量7～25m3/t(62個(gè)鉆孔測(cè)試樣)，平均15m3/t;巖腳向斜5個(gè)次級(jí)向斜平均含氣量在10～16m3/t，其中比德次向斜西南翼的部分地區(qū)含氣量在22～46m3/t，水公河次向斜煤層含氣量普遍較高，幾套主要可采煤層平均含氣量14～17m3/t。珠藏次向斜煤田鉆孔實(shí)測(cè)6#煤含氣量 1.5～29m3/t，平均 13m3/t，16#煤實(shí)測(cè)0.75～27m3/t，平均13m3/t，其他各煤層平均含氣量在10 ～17m3/t。

3 煤層氣富集主控因素分析

3.1 地質(zhì)特征的特殊性分析

中國(guó)南方煤層氣地質(zhì)具有明顯特征，有著高變質(zhì)、高含氣的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還面臨構(gòu)造復(fù)雜、構(gòu)造煤發(fā)育，煤層薄，橫向變化大的難點(diǎn)，俗稱‘雞窩煤’，造成煤層氣地質(zhì)條件復(fù)雜化，難以形成較大連片資源規(guī)模。

研究區(qū)位于中國(guó)南方，除了具有南方地區(qū)普遍的優(yōu)點(diǎn)外，還有明顯有別于中國(guó)南方其他地區(qū)強(qiáng)構(gòu)造煤、雞窩煤的特殊性，主要表現(xiàn)為構(gòu)造變形較其他地區(qū)弱，以發(fā)育寬緩、穩(wěn)定含煤向斜為特征，煤體結(jié)構(gòu)保存較好，以碎裂煤為主;煤層層多，累計(jì)厚度大，是中國(guó)南方晚二疊世的聚煤中心。這兩點(diǎn)特殊性是織金地區(qū)在中國(guó)南方煤層氣領(lǐng)域最大也是最關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)所在。

3.1.1 煤體結(jié)構(gòu)優(yōu)越性分析

織金區(qū)塊在大地構(gòu)造位置上位于揚(yáng)子地塊西段，一級(jí)構(gòu)造單元屬于黔中隆起。在華南地區(qū)，黔中隆起區(qū)與其他地區(qū) (四川盆地除外)構(gòu)造變形、煤體結(jié)構(gòu)差異顯著，鄂、湘、粵、桂等省構(gòu)造煤普遍發(fā)育，分析認(rèn)為存在以下主要原因:

華南板塊為多塊體拼合而成，缺少統(tǒng)一的基底，并且內(nèi)部除揚(yáng)子地塊外其他塊體缺少剛性基底，為無(wú)基底或?yàn)檐浕祝疑畈扛邔?dǎo)層發(fā)育，基底難以對(duì)構(gòu)造應(yīng)力起到消減作用，而軟的高導(dǎo)層的存在又使基底之上的蓋層變形更易于發(fā)生;

華南板塊為多塊體拼合而成，其縫合線、拼合帶等是華南板塊內(nèi)部的構(gòu)造薄弱帶，在多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中易活化，為板內(nèi)復(fù)雜造山活動(dòng)提供條件;

構(gòu)造薄弱帶的存在使得華南板內(nèi)造山活動(dòng)頻繁，而在這些塊體內(nèi)剛性基底的缺失使得板內(nèi)造山活動(dòng)加劇內(nèi)部的構(gòu)造復(fù)雜程度，從而華南整體上呈現(xiàn)出及其復(fù)雜的構(gòu)造背景;

揚(yáng)子地塊作為華南板塊的主體，完整性好，四川盆地和黔中隆起區(qū)發(fā)育剛性結(jié)晶基底，尤其是黔中隆起，位于揚(yáng)子地塊內(nèi)部，遠(yuǎn)離構(gòu)造薄弱帶，晚寒武世至晚石炭持續(xù)隆盛剝蝕使得基底淺，從而構(gòu)造變形相對(duì)較弱，呈現(xiàn)出以寬緩向斜為主的構(gòu)造形態(tài)，碎裂煤為主的煤體結(jié)構(gòu)。

3.1.2 有利聚煤背景分析

聚煤作用發(fā)生的古地理?xiàng)l件是要求有常年積水的洼地，如濱海沿岸因海退而暴露出來(lái)的濱海平原和三角洲平原，被障壁島保護(hù)免受海浪侵襲的瀉湖－海灣、大河流兩岸的漫灘沼澤和內(nèi)陸湖盆等等。研究區(qū)位于揚(yáng)子地臺(tái)上滇東黔西含煤盆地，屬大型－中型含氣盆地。這一大型含煤盆地發(fā)育在穩(wěn)定克拉通基底之上，成煤前構(gòu)造背景相對(duì)簡(jiǎn)單，加之東吳運(yùn)動(dòng)抬升夷平作用，形成寬闊的濱海平原，為煤層的大面積發(fā)育提供有利的古地理?xiàng)l件。聚煤環(huán)境橫向穩(wěn)定，煤層分布廣，累計(jì)厚度大，一般在20～40m之間，最高可達(dá)50m。

3.2 沉積對(duì)煤層的橫向展布和縱向分布的控制及對(duì)含煤性的預(yù)測(cè)

研究區(qū)處于三角洲和潮坪相帶，東南側(cè)逐漸向潮下－局限臺(tái)地沉積過(guò)渡。從黔西地區(qū)整體來(lái)看，煤層層數(shù)、可采煤層層數(shù)、厚度自西向東減少(表1)。

研究區(qū)龍?zhí)督M縱向上由潮坪、三角洲、潮坪三大沉積段疊置，其中，上部和下部向東南方向相變?yōu)闇\潮下或局限臺(tái)地，中部沉積段則由三角洲向潮坪，并進(jìn)一步在轎子山－下壩東南向淺潮下－局限臺(tái)地相過(guò)渡。通過(guò)前文聚煤作用分析，結(jié)合已有煤田鉆孔數(shù)據(jù)的證實(shí)，顯示研究區(qū)潮控下三角洲沉積聚煤作用并不十分有利，目前已知各井田內(nèi)的主要可采煤層較少發(fā)育在該沉積段內(nèi)，主要的成煤環(huán)境為縱向上的潮坪沉積段。因此研究區(qū)西北部存在上中下三個(gè)聚煤段 (潮坪、過(guò)渡三角洲平原、潮坪)可采煤層自下而上均有分布;而區(qū)內(nèi)化樂(lè)－黑塘－新華－三塘東南側(cè)－阿弓南部－珠藏一帶中部潮控下三角洲平原沉積段可采煤層不發(fā)育，縱向發(fā)育上、下兩個(gè)聚煤段，如比德次向斜上煤組 (2#、3#、5#、6#煤)和下煤組 (30#、32#、33#煤);新店西－新華以東轎子山以西的大片地區(qū)，上部和下部的潮坪沉積以相變?yōu)榻毕聨В踔辆窒夼_(tái)地，僅剩中部由三角洲相變而來(lái)的潮坪聚煤段。這一聚煤段的縱向發(fā)育狀況控制了研究區(qū)煤層層數(shù)、可采煤層層數(shù)、厚度自西向東減少的特征。

表1 織金區(qū)塊主要含煤向斜煤層數(shù)據(jù)表

根據(jù)龍?zhí)督M上中下三部分的橫向相變關(guān)系來(lái)看，上部和下部的潮坪沉積構(gòu)成龍?zhí)督M沉積主體，在新店－轎子山以東連片穩(wěn)定發(fā)育，是尋找龍?zhí)督M上部、下部有利聚煤段的目標(biāo)區(qū)域;三壩－納雍中嶺以北是研究區(qū)最有利的聚煤區(qū)，縱向三個(gè)聚煤段;新店西－新華以東轎子山以西的大片地區(qū)雖然煤層總厚度偏小，但煤層多集中在中部聚煤段。

3.3 含氣性控制因素分析

3.3.1 煤層頂?shù)装鍘r性

研究區(qū)主要可采煤層發(fā)育在潮坪環(huán)境，煤層上下圍巖主要為大段泥巖、粉砂巖互層，圍巖封閉條件較好，且具備相對(duì)封閉的水文地質(zhì)系統(tǒng)，煤層氣保存條件整體較好，是織金地區(qū)煤層整體高含氣的一個(gè)重要原因。在整體高含氣的基礎(chǔ)上，局部地區(qū)或?qū)游坏纳皫r、灰?guī)r頂板對(duì)含氣量仍存在影響。織2、3井7#煤直接頂/底板為0.5m左右的泥巖，間接頂/底板為砂巖，織5井7#煤間接頂板為灰?guī)r，織1井煤層頂板為灰?guī)r，這4個(gè)煤層的含氣量都低于同一口井縱向上的其他層位，顯示出縱向上不同圍巖封閉條件對(duì)含氣量的影響。

3.3.2 煤系地層的的埋深及出露狀況

從珠藏次向斜130個(gè)含氣量測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況來(lái)看，在200m以淺，含氣量為異常低值，普遍低于10m3/t，而在200m以深，含氣量快速增加，各煤層平均含氣量15～19m3/t，三塘次向斜300m以淺，含氣量普遍低于10m3/t，高含氣量區(qū)主要位于300m以深，反映煤層含氣量總體隨深度增加而增大 (圖1)。

但在200m以淺部，含氣性與煤系地層上覆蓋層存在與否有著一定的聯(lián)系。在龍?zhí)督M出露區(qū)，普遍低于8m3/t;上覆三疊系地層存在的狀態(tài)下，相近的埋深條件煤層含氣量相對(duì)偏高一些。雖然含氣量較深部要低，但仍對(duì)應(yīng)較高含氣飽和度，織1井、織2井200m左右的9#煤和2#煤層仍能達(dá)到80%以上的含氣飽和度，甚至過(guò)飽和，反映這在淺部區(qū)，龍?zhí)督M上覆地層關(guān)乎到煤層氣保存條件。

3.4 煤儲(chǔ)層條件控制因素分析

3.4.1 變質(zhì)程度

從煤層的生氣和儲(chǔ)氣機(jī)理來(lái)看，煤巖變質(zhì)程度一方面決定著煤層生氣量的多少，另一方面又在某種程度上決定著煤層儲(chǔ)氣空間的大小和性質(zhì)并影響煤層氣的吸附特征，因而它對(duì)煤層氣吸附量的大小有著決定性的影響控制。不同煤巖變質(zhì)程度對(duì)應(yīng)于不同的煤儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)、滲流特征，在很大程度上決定煤層自身儲(chǔ)層屬性。通常認(rèn)為中階煤在孔隙結(jié)構(gòu)、割理裂隙發(fā)育程度方面是最有利的煤儲(chǔ)層類型。研究區(qū)內(nèi)煤巖變質(zhì)程度整體偏高，一般都達(dá)到高變質(zhì)無(wú)煙煤，但在研究區(qū)西部的比德次向斜出現(xiàn)中等變質(zhì)的瘦煤、貧瘦煤，已顯示出相對(duì)較好的煤巖孔隙度和相對(duì)偏高的試井滲透率參數(shù)。

圖1 珠藏次向斜、三塘次向斜含氣量－埋深關(guān)系圖

3.4.2 局部構(gòu)造變形

研究區(qū)的整體構(gòu)造背景，地應(yīng)力狀態(tài)和煤巖變形程度是研究區(qū)煤儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的重點(diǎn)，而煤體結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力多取決于構(gòu)造變形程度。研究區(qū)內(nèi)的幾個(gè)主要次級(jí)含煤向斜中以珠藏次向斜、水公河次向斜最為寬緩，其次是三塘次向斜北西翼、比德次向斜中段。煤體結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)顯示水公河次向斜是研究區(qū)煤體結(jié)構(gòu)保存最好的含煤構(gòu)造之一，即便是構(gòu)造煤最發(fā)育的6#煤層，在該次級(jí)向斜仍保有71%的碎裂煤發(fā)育比例，其他煤層大都以碎裂煤為主。比德次向斜6#煤碎裂煤鉆孔比例為50%左右，但中段構(gòu)造寬緩區(qū)的6#煤普遍呈現(xiàn)碎裂煤特征，該地區(qū)的兩個(gè)試井?dāng)?shù)據(jù)顯示了較低的應(yīng)力狀態(tài)，表明含煤構(gòu)造的構(gòu)造變形程度在很大程度上控制了研究區(qū)最關(guān)鍵的煤儲(chǔ)層特征。結(jié)合向斜寬緩構(gòu)造部位的煤層氣井勘探效果來(lái)看，研究區(qū)內(nèi)的構(gòu)造寬緩部位是煤層氣的富集區(qū)域。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)煤層氣富集主控因素的分析，系統(tǒng)總結(jié)了區(qū)內(nèi)煤層氣富集規(guī)律:

(1)含煤性 (煤層面廣層多累厚大)和儲(chǔ)層變形程度 (煤體結(jié)構(gòu)較好，以碎裂煤為主)是區(qū)塊煤層氣富集的兩個(gè)關(guān)鍵因素;

(2)上部和下部的潮坪相沉積構(gòu)成龍?zhí)督M沉積主體，是區(qū)內(nèi)有利聚煤層段;

(3)煤層頂?shù)装鍘r性以泥巖、粉砂巖為主，利于煤層氣的保存;

(4)煤層含氣量總體隨深度增加而增大，淺部區(qū)龍?zhí)督M上覆地層存在與否關(guān)乎煤層氣的保存;

(5)區(qū)內(nèi)比德次向斜中階煤顯示相對(duì)較好的煤巖孔隙度和相對(duì)偏高的試井滲透率參數(shù);

(6)區(qū)內(nèi)構(gòu)造寬緩部位呈現(xiàn)較好的煤體結(jié)構(gòu)和較低的應(yīng)力狀態(tài)，是有利于煤層氣富集的區(qū)域。

［1］桂寶林.六盤水地區(qū)煤層氣地質(zhì)特征及富集高產(chǎn)控制因素［J］.石油學(xué)報(bào)，1999.20(3):32－37.

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