鄂爾多斯盆地彬長礦區沉積體系及控氣作用

邵 凱 李來新 王東東 馬東民 張康順 錢建峰

(1.陜西省煤層氣開發利用有限公司,陜西 710119;2.陜西彬長新泰能源有限公司，陜西 715300；3.山東科技大學，山東 266590；4.西安科技大學，陜西 710054)

鄂爾多斯盆地彬長礦區沉積體系及控氣作用

邵 凱1,2李來新1王東東3馬東民4張康順1錢建峰1

(1.陜西省煤層氣開發利用有限公司,陜西 710119;2.陜西彬長新泰能源有限公司，陜西 715300；3.山東科技大學，山東 266590；4.西安科技大學，陜西 710054)

鄂爾多斯盆地彬長礦區地質構造條件較為簡單，含煤沉積體系對煤層的富集起到主要作用。通過對彬長礦區侏羅系延安組的含煤沉積特征以及現有的典型煤層氣井的產氣情況進行分析。研究結果表明：延安組主要為陸相的湖泊沉積及河流三角洲沉積，煤層厚度以及頂底板所處的沉積相會影響煤層氣的富集成藏，并對煤層氣的開發起到重要的影響作用。

鄂爾多斯盆地 彬長礦區 煤層氣 沉積體系 控氣作用

1 區域構造概況

彬長礦區位于鄂爾多斯盆地的伊陜斜坡，該區域的基底起伏較小，沉積地層傾角平緩。地層傾角為一般3°～5°，最大的傾角為17°～21°，礦區內發育小型斷層，斷層落差以5m以下為主。構造總體較為簡單，由北向南依次為七里鋪西山背斜、孟村背斜、南玉子向斜、安化向斜、祁家背斜、師家店向斜、彬縣背斜等(圖1)。

圖1 彬長礦區構造圖

2 含煤巖系沉積特征

煤層氣井的鉆遇地層從下到上依次為：三疊系胡家村組、侏羅系安定組、直羅組、延安組、富縣組、白堊系洛河組和宜君組。其中煤系地層統一為侏羅系的中統延安組，該組厚度為40.05m～168.57m，平均75.57m，與富縣組呈假整合接觸。共含煤6層，從上而下依次編號為3-1、3-2、4上-1、4上-2、4上、4煤。其中4上-1、4上-2為局部可采煤層，4上煤為大部分可采煤層，4煤為主采煤層，基本全區可采，其中4號煤屬巨厚煤層，煤層厚度為0m～19.42m，平均厚度11.65m，埋深500～700m，為低灰長焰煤，其中鏡質體反射率小于0.65%，屬于低階煤。從煤層的埋深及煤層厚度考慮，有利于煤層氣的富集和開發。

本次選區大佛寺井田的5口煤層生產直井為例(圖1)，進行沉積序列展布，對煤的沉積相以及煤層氣的富集情況進行探討(圖2)。該井田的延安組沉積環境較為相近，可以明顯分為兩個階段：

(1)延安組的下段，巖性為灰、褐灰色含鮞狀菱鐵礦結核鋁質泥巖、深灰色泥巖、砂質泥巖；泥巖中含豐富的植物化石，水平紋理及波狀層理發育。其上為4號煤層，4號煤層上為淺灰～深灰色泥巖、砂質泥巖，富含植物化石。作為主要的可采煤層和主要的生氣煤層，4號煤層厚度較為穩定。巖性在垂相上的分布規律較為明顯，從沉積序列上來看，主要為典型的退積型曲流河三角洲。成煤環境主要集中在三角洲平原相，當時較為適宜的氣候和廣泛發育的成煤植物為煤炭的形成提供了良好的條件，而較低的泥炭堆積速率與較慢的可容空間增加速率相平衡, 從而形成該厚煤層。

(2)延安組的上段，底部巖性為灰色泥巖、底部為一套砂巖泥巖互層。局部地段含煤1層，編號3號煤。隨后，區域內發育了一層灰黑色泥巖，泥質砂巖，砂質泥巖、粉砂巖夾炭質泥巖，可見小型的水平層理、波狀層理，波痕層理，夾一層厚煤層和1～2層薄煤。沉積物的特征反應了當時主要為濱淺湖環境，沉積范圍較大，但各個區域的湖相沉積物厚度發育各不相同。其中67井、134井、133井的湖相沉積厚度相對較大，而153井、151井的湖相沉積厚度相對較小。

圖2 鄂爾多斯盆地彬長礦區大佛寺井田沉積剖面圖

3 典型煤層氣井的生產情況

該批次的煤層氣井，均采用相同的工藝和技術進行鉆井、固井、水力壓裂等流程進行施工。煤層氣井排采主要分五個階段進行，即初始排采階段、快速降壓階段、氣量快速增加階段、穩定產氣階段和氣量衰減階段。本次采用的排采制度為：

(1)初始排采階段: 控制井底流壓每日下降0.01～0.02MPa，以了解真實的煤層供液能力。如煤層有吐砂或吐煤粉現象，則及時減小排采強度。

(2)快速降壓階段：細分出每兩個小時的井下壓力降幅，控制井下壓力連續地、平穩地下降，同時分析產液變化情況，觀察產出液的顏色及水質變化。當產氣量出現大幅度增長，產氣量跟蹤曲線出現明顯拐點時，被認為開始出現解吸，保持液面穩定3～5d后，每天井底壓力降幅控制在0.005～0.008MPa/d。

(3)氣量快速增加階段：當產氣量大于300m3/d時，開始控制套管壓力，保持井下壓力穩定一段時間，逐步釋放套管壓力至0，穩定井底壓力3～5d后，井底壓力降幅為0.004～0.006MPa/d。期間觀察水量、氣量變化，繪制水量、氣量跟蹤曲線。產氣量每增加400m3時，穩定觀察3～5d，根據實際情況調整排采制度。

(4)穩定產氣階段：控制井底流壓降幅不超過0.002～0.004MPa/d，當增氣達到設計產量或出現井底流壓持續下降，氣量不再明顯上升時，折算4號煤層頂板壓力≤0.20MPa，轉入穩定生產階段。

DFS-153井從2014年10月21日開始排采，累計排采265d，持續產氣30d，最高日產氣量達10m3，目前產氣量為在0.5m3/d。DFS-151井從2014年11月19日開始排采，累計排采236d，持續產氣44d，最高日產氣量達66.2m3，目前產氣量穩定在1.66m3/d。DFS-67井從2014年12月5日開始排采，累計排采220d，持續產氣85d，最高日產氣量達198m3，目前產氣量穩定在140m3/d。DFS-134井從2014年11月10日開始排采，累計排采245d，持續產氣198d，最高日產氣量達2252.5m3，目前產氣量穩定在2000m3/d。DFS-133井從2014年11月15日開始排采，累計排采250d，持續產氣140d，最高日產氣量達2433m3，目前產氣量穩定在2000m3/d。

根據目前排采情況，沉沒度已經降至煤層附近，產氣已逐步進入穩定產氣階段(見表1)，現有的產氣數據對于該井的總體產氣情況能有較為直接的說明。

表1 煤層氣井生產狀況表

4 沉積體系及控氣作用探討

對于低煤階地區的煤層氣賦存情況，近年來以邵龍義教授為代表的科研團隊研究認為：區域構造，煤體結構是影響煤層氣的重要參數，彬長礦區的構造簡單，發育巨厚煤層，煤體結構主要為原生結構煤，受到的破壞較少；對含煤建造沉積體系的研究表明，煤層圍巖的巖性及組合類型會對煤層氣的賦存起到重要的作用，最有利于煤層氣開發的沉積環境為障壁海岸體系、濱海三角洲體系、湖泊體系，彬長礦區的煤層及煤層氣是在湖泊體系下發育的；這是研究區煤層氣富集的有利條件。但是沉積環境的局部變化，會影響到煤層氣的賦存，在煤層氣井的垂相上來看，湖泊體系的沉積物封蓋能力較強。

通過對研究區的含煤巖系延安組的沉積體系的研究以及典型煤層氣井的產氣情況進行了綜合分析，結果如圖3所示。

圖3 鄂爾多斯盆地彬長礦區大佛寺井田煤層氣產量相關性研究

從圖3中可以看出，本區域的煤層氣井產氣量變化較大，就最高產氣量來看，從日產10m3到2433m3不等，最高產氣量的大小與煤層的厚度和湖湘沉積的厚度有密切的關系。煤層作為煤層氣的主要生產層位，厚度越大越有利于煤層氣的生產，而湖相沉積物的蓋層厚度則關系到煤層氣的保存。

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(責任編輯 劉 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

國家自然科學基金資助(41402086)

邵凱，男，博士研究生，現工作于陜西省煤層氣開發利用有限公司，從事煤及煤層氣開發利用方面工作。