永川煤礦延深區(qū)須六段砂巖儲(chǔ)層特征及致密氣儲(chǔ)量估算

郭臣業(yè)，張　迪，王　彪，周東平，張昌勇

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)，北京 100083；2.重慶市能源投資集團(tuán)科技有限責(zé)任公司，重慶 400060；3.重慶市能源投資集團(tuán)有限公司，重慶 401121；4.重慶永榮礦業(yè)有限責(zé)任公司，重慶 402465)

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永川煤礦延深區(qū)須六段砂巖儲(chǔ)層特征及致密氣儲(chǔ)量估算

郭臣業(yè)1，2，張迪2，王彪3，周東平2，張昌勇4

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)，北京 100083；2.重慶市能源投資集團(tuán)科技有限責(zé)任公司，重慶 400060；3.重慶市能源投資集團(tuán)有限公司，重慶 401121；4.重慶永榮礦業(yè)有限責(zé)任公司，重慶 402465)

永川煤礦延深區(qū)煤系地層上覆須家河六段巖層含有大量氣體。在實(shí)驗(yàn)室對(duì)須六段巖芯進(jìn)行了化驗(yàn)分析，結(jié)果顯示為長(zhǎng)石巖屑砂巖層，結(jié)構(gòu)成熟度為中到低，孔隙度平均3.98%，滲透率平均0.080506×10-3μm2，巖層內(nèi)孔隙以微裂隙為主，含氣飽和度平均84.3%，屬于Ⅲ～Ⅱ類中等復(fù)合性儲(chǔ)層類型的致密砂巖氣藏。應(yīng)用容積法計(jì)算表明該礦延深區(qū)須六段致密砂巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量為12.84×108m3，豐度為1.712×108m3/km2。可在井下應(yīng)用水力壓裂技術(shù)對(duì)巖層增透，結(jié)合瓦斯負(fù)壓抽采系統(tǒng)，對(duì)須六段巖層致密氣進(jìn)行開發(fā)。

致密砂巖；巖石類型；微觀結(jié)構(gòu)；孔隙度；滲透率；飽和度分析；儲(chǔ)量估算

永川煤礦位于渝西地區(qū)新店子背斜，主采須五段7號(hào)煤層，均厚0.65m。從2009年開始，該礦主要抽采須五段頂部砂巖層中的卸壓瓦斯，2009年瓦斯抽采量7.66×106m3，2010年9.72×106m3，2011年達(dá)11.32×106m3。根據(jù)該礦歷年瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果，礦井實(shí)際瓦斯涌出量遠(yuǎn)大于各煤層的瓦斯總含量，分析認(rèn)為瓦斯主要來源于須六段砂巖層中的氣體。

國(guó)內(nèi)外對(duì)致密砂巖氣等非常規(guī)氣藏的勘探開發(fā)及研究方法，均是通過地面施工試驗(yàn)井獲取相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行儲(chǔ)層特性、儲(chǔ)量估算、可開發(fā)性評(píng)價(jià)等研究工作[1-3]。本文結(jié)合煤礦生產(chǎn)，分析永川煤礦煤系地層上覆須六段砂巖儲(chǔ)層特性，探明巖層中氣藏類型，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)須六段巖芯進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上估算延深區(qū)須六段地質(zhì)儲(chǔ)量。

1　區(qū)域構(gòu)造及地層演化

永川煤礦礦區(qū)位于新店子背斜弧形頂端。新店子背斜為梳狀背斜，兩冀淺部陡，深部緩，北東段陡，南西段緩。永川煤礦礦區(qū)所在井田由新華系四川沉降帶川東“隔擋式”構(gòu)造西緣的華鎣山帚狀構(gòu)造向西南延伸的西山、螺觀山、新店子和古佛山等背斜組成，區(qū)內(nèi)向斜寬緩，背斜緊密，軸線呈北東-西南展布，彼此間近于平行，并成左列式雁旋轉(zhuǎn)排列。背斜軸部一般伴有較大規(guī)模的壓扭性走向逆斷層，顯示為壓扭性應(yīng)力較強(qiáng)區(qū)。西山、新店子和古佛山背斜在平面上構(gòu)成一組向南東凸起的弧形構(gòu)造，新店子背斜正好位于弧形構(gòu)造中段，永川煤礦則位于弧形的頂端。新店子背斜為梳狀背斜，兩冀淺部陡，深部緩，北東段陡，南西段緩，永川煤礦所在井田部分位于背斜北西冀地層傾角緩陡交替的中段[4]。

永川煤礦煤系所處的川南地區(qū)須家河組地層，屬于河流-三角洲沉積體系，為三角洲平原沉積相，成巖作用包括壓實(shí)作用、壓溶作用、膠結(jié)作用(綠泥石膠結(jié))、交代作用、構(gòu)造破壞作用、溶蝕作用等[5]。四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組是一套以砂泥巖組合為主的含煤層系，具有優(yōu)良的油氣成藏條件，須二、須四、須六段是川南油氣田的主要存儲(chǔ)層之一。

2　須家河組六段巖芯分析

2.1巖芯取樣及加工

結(jié)合永川煤礦-500～-900m水平延深區(qū)(平均埋深911.8m，延深區(qū)有效面積7.5km2)煤層資源勘查工程，利用平均分布在礦區(qū)的ZK-1、ZK-2、ZK-3、ZK-4地面地質(zhì)探孔鉆取的45枚須六段巖芯，根據(jù)《石油天然氣地質(zhì)巖芯與巖屑管理規(guī)則 SY5365-89》進(jìn)行巖芯采集，并在實(shí)驗(yàn)室對(duì)巖石類型及特征、物性特征、孔隙類型、飽和度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試[6]。根據(jù)油氣顯示情況選取巖芯9枚，部分加工成型的巖芯照片見圖1。

圖1　試驗(yàn)巖樣

根據(jù)巖石薄片鑒定、電鏡掃描、壓汞測(cè)試及含氣飽和度測(cè)試實(shí)驗(yàn)要求做成試驗(yàn)試樣，對(duì)巖樣的巖石學(xué)特征、孔滲特性及油氣飽和度進(jìn)行孔滲及物性測(cè)試，并查明巖層中氣藏類型。

2.2巖芯試驗(yàn)及結(jié)果

2.2.1巖石類型及特征

砂巖樣的碎屑成分及結(jié)構(gòu)組成通過薄片鑒定試驗(yàn)確定，試驗(yàn)時(shí)將試樣置于Olympus BX51-P型偏光顯微鏡下觀察。結(jié)果表明須六段(T3x6) 砂巖巖石類型主要是長(zhǎng)石巖屑雜砂巖，細(xì)粒為主，長(zhǎng)石顆粒多風(fēng)化，且程度較深，參照曾允孚教授提出的砂巖等腰三角形分類投點(diǎn)圖繪制標(biāo)準(zhǔn)[7]，做出的砂巖骨架成分投點(diǎn)圖見圖2。圖中投點(diǎn)均落在三角形頂端區(qū)域，且數(shù)據(jù)點(diǎn)分布遠(yuǎn)離長(zhǎng)石和巖屑砂巖端，說明砂巖成分中長(zhǎng)石、巖屑的含量較低，而石英含量較高，具有較高的成分成熟度。砂巖填隙物主要是高嶺石、方解石和硅質(zhì)，大多數(shù)砂巖分選為中等～好。碎屑顆粒磨圓次圓～次棱角狀為主，基底式膠結(jié)。

圖2　砂巖骨架成分投點(diǎn)圖

2.2.2微觀結(jié)構(gòu)及孔滲特性

砂巖樣微觀結(jié)構(gòu)通過薄片鑒定試驗(yàn)結(jié)合FEINova400型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡觀測(cè)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在石英顆粒構(gòu)成的粒間孔中有高嶺石填充；石英次生加大，且次生加大邊有溶蝕現(xiàn)象；長(zhǎng)石顆粒被方解石交代或溶蝕嚴(yán)重而以高嶺石填充，既有溶蝕孔隙，也有高嶺石晶間微孔，孔隙以微裂隙為主，占總面孔率的40%以上，粒間孔0.63%，粒內(nèi)孔0.94%，粘土微孔0.90%，面孔率3.00%。孔隙類型與礦物之間的關(guān)系也從巖芯的電鏡掃描二次電子成像圖上得到了反映，圖3為應(yīng)用FEI Nova400型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡采集的不同倍率下巖樣孔隙類型及礦物特征，表明巖樣中存在粒間微孔、粒內(nèi)溶孔、粘土微孔等多種孔隙類型。

砂巖樣品的孔滲特性測(cè)試在AutoPore Ⅳ 9500 全自動(dòng)壓汞儀上進(jìn)行。結(jié)果顯示須六段巖樣密度最大2.60g/cm3，最小2.36g/cm3，平均2.48g/cm3；孔隙度最大8.70%，最小1.08%，平均為3.98%；滲透率最大0.497203×10-3μm2，滲透率最小0.004328×10-3μm2，平均為0.080506×10-3μm2，表明須六段巖芯均屬特低孔特低滲的致密儲(chǔ)層。

2.2.3飽和度分析

流體飽和度指油、氣、水(So、Sw、Sg)在巖石孔隙中所占據(jù)的空間體積百分?jǐn)?shù)，實(shí)驗(yàn)室采用蒸餾抽提法進(jìn)行測(cè)試，它是油氣藏儲(chǔ)量計(jì)算的重要參數(shù)。9枚巖芯樣品的飽和度分析結(jié)果如圖4所示，結(jié)果顯示含油飽和度8.33%，含氣飽和度84.30%，含水飽和度7.37%，即永川煤礦延深區(qū)的須六段儲(chǔ)層中流體以氣為主。

圖3　孔隙類型及礦物特征

圖4　砂巖孔隙流體飽和度

2.3結(jié)果分析

巖芯化驗(yàn)結(jié)果顯示，須六段巖性平均密度2.48g/cm3，為致密細(xì)砂巖，孔隙以微裂隙為主，占總面孔率的40%以上，填隙物主要為高嶺石，孔隙度平均為3.98%(<10%)，存在溶蝕性孔隙，微破裂可見，滲透率平均為0.080506×10-3μm2(<0.1×10-3μm2)含氣飽和度84.30%，以含氣為主。根據(jù)我國(guó)礦產(chǎn)儲(chǔ)量委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)[8]，可判定須六段蘊(yùn)藏的氣體資源為致密砂巖氣。

根據(jù)四川盆地須家河組致密砂巖儲(chǔ)集體的分類方法，III類儲(chǔ)層孔隙度和滲透率均較低，孔隙度3%～4%，滲透率(0.01～0.05)×10-3μm2，溶蝕作用或破裂作用不太發(fā)育；II類儲(chǔ)層孔隙度和滲透率一般，孔隙度4%～6%，滲透率(0.1～0.05)×10-3μm2，溶蝕作用和破裂作用較發(fā)育[9]。渝西新店子背斜西翼須六段砂巖屬于Ⅲ～Ⅱ類中等復(fù)合性儲(chǔ)層類型，具有開發(fā)價(jià)值。

3　須六段致密氣儲(chǔ)量估算

天然氣儲(chǔ)量計(jì)算分為靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法，靜態(tài)法是用氣藏靜態(tài)地質(zhì)參數(shù)，按氣體所占孔隙空間容積計(jì)算儲(chǔ)量的方法，是常用的天然氣儲(chǔ)量計(jì)算方法。參考《DZ/T 0217-2005石油天然氣儲(chǔ)量計(jì)算規(guī)范》中氣藏地質(zhì)儲(chǔ)量容積計(jì)算法，礦區(qū)頂板瓦斯地質(zhì)儲(chǔ)量可按下式估算。

式中：Ag為含氣面積，取深部延伸區(qū)面積，7.5km2；h為有效厚度，取須六段地層平均厚度25.3m；φ為有效孔隙度，取須六段頂板巖樣平均孔隙度4.33%；Sgi為原始含氣飽和度，取頂板取樣段含氣飽和度平均值，84.3%；Tsc、psc分別為地面標(biāo)準(zhǔn)溫度、地面標(biāo)準(zhǔn)壓力，分別為293.15K、0.101MPa；T為地層原始溫度，K；pi為地層原始?jí)毫Γ琈Pa。

根據(jù)礦區(qū)地層資料，深部頂板平均埋深按須六段及上覆地層平均厚度之和計(jì)算，為911.8m，實(shí)測(cè)地層原始地溫平均約為35.4℃，即T為308.55K；地層原始?jí)毫Ω鶕?jù)文獻(xiàn)[10]的計(jì)算公式，pi算得19.7MPa。

代入上式中，算出永川煤礦深部頂板致密氣地質(zhì)儲(chǔ)量約為12.84×108m3。地質(zhì)儲(chǔ)量與延深區(qū)面積的比值為資源豐度，即1.712×108m3/km2，屬中偏低豐度儲(chǔ)層。

4　致密砂巖氣開采經(jīng)濟(jì)性分析及建議

永川煤礦延深區(qū)地質(zhì)儲(chǔ)量約為12.84×108m3，若采收率為20%，可采儲(chǔ)量達(dá)2.568×108m3。按照2元/ m3井口價(jià)格計(jì)算，其價(jià)值約在5.1億元；永川煤礦-500～-900m水平延深區(qū)煤炭資源儲(chǔ)量約1030萬t，在當(dāng)前原煤價(jià)格行情350元/t的較低市場(chǎng)行情下，其價(jià)值約為36.05億元。可采致密氣資源價(jià)值約占煤炭資源價(jià)值的14.1%，因此應(yīng)在開采煤炭的同時(shí)，采用合適的技術(shù)考慮開發(fā)致密砂巖氣，提高投入產(chǎn)出比。

永川煤礦延深區(qū)域埋深較淺，最深處不超過1500m，地應(yīng)力不大較大，且區(qū)域面積僅為7.5km2，若采用非常規(guī)油氣開發(fā)技術(shù)在地面規(guī)模開發(fā)則投入大，單井開發(fā)成本至少5000萬元[11]，且風(fēng)險(xiǎn)較高，還會(huì)對(duì)煤層開采產(chǎn)生影響。近年來我國(guó)煤層井下水力壓裂技術(shù)取得了較快發(fā)展，專用壓裂泵及配套裝備已經(jīng)系列化，單臺(tái)壓裂泵及高壓管路、配套裝備材料等的總價(jià)格約在500萬元，且實(shí)踐證明該項(xiàng)技術(shù)能顯著提高煤巖層滲透率效果[12-14]。

永川煤礦須六段的致密砂巖氣資源，可利用煤礦井巷工程，在井下布置壓裂作業(yè)車對(duì)須六段巖層進(jìn)行小規(guī)模、多次、分步壓裂，壓裂液配方可參照相同開發(fā)目的層的元壩氣田低傷害壓裂液體系，平均砂比15%～20%[15]，以提高巖層滲透率，并利用煤礦瓦斯負(fù)壓抽采系統(tǒng)，對(duì)壓裂后的須六段巖層致密氣進(jìn)行排采。

5　結(jié)論及建議

1)永川煤礦延深區(qū)須六段巖芯化驗(yàn)分析結(jié)果表明，該區(qū)域巖層孔隙度平均為3.98%，滲透率平均為0.080506×10-3μm2，含氣飽和度84.30%，砂巖層中氣藏類型為致密砂巖氣。

2)永川煤礦延深區(qū)須六段致密砂巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量為12.84×108m3，豐度為1.712×108m3/km2，儲(chǔ)層評(píng)價(jià)屬于Ⅲ～Ⅱ類中等儲(chǔ)層，具有開發(fā)價(jià)值。

3)建議利用煤礦井巷工程，在井下布置壓裂作業(yè)車對(duì)須六段巖層進(jìn)行小規(guī)模、多次、分步壓裂，提高巖層滲透率，并結(jié)合煤礦瓦斯負(fù)壓抽采系統(tǒng)，對(duì)壓裂后的須六段巖層致密氣進(jìn)行開發(fā)。

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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

重慶市杰出青年基金項(xiàng)目資助(編號(hào)：cstc2014jcyjjq0020)；重慶市科技攻關(guān)項(xiàng)目資助(編號(hào)：cstc2012gg-yyjs90001)

郭臣業(yè)(1980-)，男，安徽人，高級(jí)工程師，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)安全科學(xué)與工程博士后，2010年12月畢業(yè)于重慶大學(xué)采礦工程專業(yè)，從事礦山安全技術(shù)與工程、資源綜合利用等方面的研究與管理工作。E-mail：gcyer@aliyun.com。

TD353

A

1004-4051(2016)10-0110-04