條湖-馬朗凹陷煤層氣富集規(guī)律及開發(fā)潛力評價

梁 輝 李新寧 常玉琴

(中國石油吐哈油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 839009)

條湖-馬朗凹陷煤層氣富集規(guī)律及開發(fā)潛力評價

梁 輝 李新寧 常玉琴

(中國石油吐哈油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 839009)

為了研究三塘湖盆地條湖-馬朗凹陷侏羅系煤層氣的富集規(guī)律，本文從地質(zhì)、地球化學(xué)、水文地質(zhì)條件、錄測井資料等多方面入手，分析了煤層發(fā)育特征、煤層氣成因、儲層物性、含氣量、保存條件及成藏因素。研究認(rèn)為，馬朗凹陷煤巖成熟度較低，Ro在0.4%～0.5%，煤層氣以生物成因氣為主，條湖凹陷煤巖成熟度較高，Ro在0.5%～0.7%，煤層氣主要為熱成因氣，實(shí)測煤層孔隙度在8%以上，含氣量在3～4 m3/t，是三塘湖盆地煤層氣勘探最為有利區(qū)塊，成藏條件優(yōu)越。結(jié)合歷年排采井生產(chǎn)特點(diǎn)來看，只要采用合適的鉆井、完井、儲層改造措施及排采制度，將具有一定勘探開發(fā)潛力。

煤層氣 低階煤 含氣量 游離氣

馬朗-條湖凹陷位于三塘湖盆地中部，是一個發(fā)育中侏羅統(tǒng)低煤階煤層的大型聚煤中心，蘊(yùn)藏著豐富的煤層氣資源。研究區(qū)煤層氣勘探程度高，覆蓋三維地震，煤層鉆井資料和分析資料豐富。分析認(rèn)為該區(qū)煤層厚度大、分布穩(wěn)定、含氣較為活躍，地震資料解釋馬朗-條湖凹陷北部煤層埋藏淺，1500m以淺煤層氣有利區(qū)面積大，是三塘湖盆地煤層氣勘探最為有利的區(qū)塊(圖1)。

圖1 條湖-馬朗凹陷西山窯組煤層總厚度等值線圖

在前期鉆探過程中，條湖-馬朗凹陷多數(shù)油氣井均鉆到煤層，煤層段氣測異常活躍，全烴值在1%～40%，成份主要為甲烷，深層乙烷等重?zé)N成份增多，且發(fā)現(xiàn)氣測值大小受煤層厚度和構(gòu)造圈閉等因素影響明顯。從歷年煤層氣井排采數(shù)據(jù)來看，該區(qū)煤層常規(guī)射孔后，儲層供液差，壓裂后，存在返排率低、產(chǎn)水量與產(chǎn)氣量低問題，但產(chǎn)氣穩(wěn)定，在100～500m3/d。

1 條湖-馬朗凹陷煤層氣富集規(guī)律研究

1.1 煤層展布和構(gòu)造特征

地震解釋和鉆井證實(shí)馬朗-條湖凹陷煤層發(fā)育，含煤面積約2553km2，整體呈“北厚南薄、南深北淺”特征，煤層厚度從北往南逐漸減薄以至尖滅，向東西邊緣厚度減薄，到馬東、馬中地區(qū)巖性逐漸過渡到泥巖、碳質(zhì)泥巖(圖2)，聚煤中心位于M49-M37-M41-T11-T281-T29一帶，煤層厚度在10～51m，其中M37井煤層單層厚度達(dá)51m。埋藏1500m以淺煤層主要集中在條北-馬北構(gòu)造帶上，該區(qū)煤層厚度大、埋藏淺，勘探面積約1200km2，發(fā)育多個大型正向背斜、斷背斜圈閉，對煤層聚集成藏起著關(guān)鍵作用。

1.2 煤層氣成因及物性特征

1.2.1 煤層氣成因及水文地質(zhì)特征

煤層氣成因類型一般劃分為生物成因和熱成因，生物成因煤層氣可分為原生和次生生物成因。目前判斷煤層氣成因比較成熟的指標(biāo)有Ro、碳同位素、煤層氣組份比例等。條湖-馬朗凹陷煤層實(shí)測Ro在0.4%～0.7%之間，由盆地邊緣到中心Ro逐漸增大，條湖凹陷成熟度整體較高，煤層Ro大部分在0.5%～0.7%之間，進(jìn)入熱成因氣階段，馬朗凹陷集中在0.4%～0.5%之間，以生物成因氣為主。

T15井870m煤層實(shí)測煤層氣甲烷碳同位素б13C一般在-52.63‰～-53.05‰之間，按照煤層氣行業(yè)研究，Ro為0.5%和甲烷碳同位素б13C一般在-55‰界限劃分生物成因氣和熱成因氣類型來看，條湖-馬北構(gòu)造帶煤層氣為生物成因氣和熱成因氣共同補(bǔ)充。另外，根據(jù)煤層氣氣體組份來看，煤層埋藏淺的區(qū)域，煤層氣組份主要為甲烷，如M203井埋深不到500m，甲烷含量占90%以上，為典型的生物成因煤層氣，隨著深度增加，到1000m左右，甲烷百分比迅速降低，乙烷等重?zé)N比例開始增大，煤層埋深達(dá)2000m的TC1井，乙烷及其它烴類組份比例達(dá)到10%以上，說明煤層進(jìn)入大量熱成因氣生氣階段。從馬朗-條湖凹陷煤層段氣測全烴值隨深度變化趨勢來看，含氣量存在一個臨界深度，大致在1200～1700m。在臨界深度以淺，煤層氣測值隨深度增大而增大，超過臨界深度后，含氣量隨深度的增大而降低(圖3)。

從水文地質(zhì)條件看，該區(qū)煤層水礦化度低，在1000mg/L～5000mg/L，蘇林水型為NaHCO3水型，說明煤層受到后期地表水補(bǔ)給，具備低煤階煤層甲烷菌的生長和生物氣形成條件。另外，從整個地區(qū)煤層水礦化度分布看，條湖-馬朗凹陷礦化度呈南低北高特征，這說明北部處在泄水區(qū)，為煤層氣運(yùn)移有利區(qū)，且發(fā)育正向構(gòu)造，有利深層熱成因氣補(bǔ)充和富集。

1.2.2 煤巖顯微組分及等溫吸附特征

影響煤層氣含量的諸多因素中最重要的是煤巖組份，煤巖組份中鏡質(zhì)組含量的變化對甲烷含量起著一定的控制作用。鏡質(zhì)組含量增加，含氣量增高，反之亦然。

圖2 條湖-馬郎凹陷西山窯組煤層?xùn)|西向厚度對比圖

圖3 煤層氣含氣與埋深關(guān)系圖

該區(qū)煤巖以暗淡煤和半亮煤為主，煤巖顯微組份分析顯示，煤巖組份主要為鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組，殼質(zhì)組含量少，這說明煤巖品質(zhì)好，利于煤層氣生烴和吸附。其中鏡質(zhì)組占26%～73%，惰質(zhì)組為1%～73%，殼質(zhì)組在0.4%～32.2%之間，礦物質(zhì)含量在0.5%～2.8%。從T15井煤層取芯顯微組份看，鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組縱向比例變化多，說明煤層沉積環(huán)境不斷變化，非均質(zhì)性強(qiáng)。

等溫吸附的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，T15井煤層蘭氏壓力在6.39～9.55MPa，平均7.84MPa，蘭氏體積在11.14m3/t，臨界解析壓力在3.5～4.5MPa，而該區(qū)地層壓力在4～15MPa，對煤層氣保存和解吸較為有利。

1.3 煤層物性及含水量評價

T15井煤巖實(shí)測孔隙度在8.07%～11.59%(樣品深度：843-851m)，以中、小孔為主。從該區(qū)煤層歷年排采數(shù)據(jù)來看，常規(guī)射孔產(chǎn)水量低，如X井常規(guī)射孔后，第一天產(chǎn)水5～8m3，但到第二天產(chǎn)水量急劇少，日產(chǎn)水在1m3以下，說明煤層內(nèi)可動水含量低，說明滲透性差，這可能是導(dǎo)致煤層排水效果差，壓力下降慢，未達(dá)到臨界解吸壓力。根據(jù)以上生產(chǎn)特征，認(rèn)為該區(qū)煤巖以中小孔為主、滲透性差、可動水少，束縛水含量高，具備形成弱滯留水封閉型煤層氣富集帶。

1.4 煤層含氣量及富集規(guī)律特征

煤層含氣量測定是確定煤層氣資源量、地質(zhì)儲量及儲量豐度的重要參數(shù)，與煤層氣分布面積、厚度、儲層壓力、物理性質(zhì)、等溫吸附特征、煤巖演化等一起分析高產(chǎn)富集條件，預(yù)測某一區(qū)塊產(chǎn)氣能力，最終確定該區(qū)煤層氣井布署方案。目前僅T15井對843.72～848m煤層取芯進(jìn)行含氣量測試，總共采集了6個解吸樣品，分析煤層含氣量在3.09～3.75m3/t，平均3.41m3/t，與國內(nèi)外煤層氣成熟開發(fā)區(qū)塊對比，條湖-馬朗凹陷煤層含量氣相對較低(表1)。另外，根據(jù)該煤層所采集的18個氣體成分樣品顯示，煤層氣甲烷體積組份為73.72%～86.55%，二氧化碳0.52%～1.36%，氮?dú)?2.52%～24.97%。

表1 世界著名煤層氣盆地煤層含氣量對比

煤層氣高產(chǎn)富集基本條件是三控論:封蓋層控制含氣量;應(yīng)力場控制滲透率;構(gòu)造體和煤體控制富集帶。構(gòu)造因素直接或者間接控制著含煤地層形成至煤層氣生成聚集過程中的每一個環(huán)節(jié)，是所有地質(zhì)因素中最為重要而直接的控氣因素。在我國，煤層氣保存條件尤為重要，煤層氣藏形成后得以保存至今，要求構(gòu)造條件簡單，斷層稀少，煤體結(jié)構(gòu)保存完整，同時簡單的地質(zhì)構(gòu)造也有利于煤層氣的開發(fā)，近期煤層氣開發(fā)表明，高產(chǎn)井分布于蓋層條件好的構(gòu)造上斜坡帶或者局部構(gòu)造高部位。研究區(qū)取芯實(shí)測含氣量資料少，而煤層錄井氣測資料多，李五忠等對晉城地區(qū)6口井煤層實(shí)測含氣量與氣測全烴含量做研究，認(rèn)為相關(guān)性很好，氣測全烴大小可以作為煤層含氣量的一個衡量指標(biāo)。根據(jù)對條湖-馬朗凹陷現(xiàn)有井錄井氣測值統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)該區(qū)煤層含氣量變化范圍大，全烴值在1%～40%范圍，氣測值大小在平面上受構(gòu)造圈閉和煤層厚度等因素影響較大，構(gòu)造圈閉發(fā)育，煤層厚度大的儲層，含氣量高，游離氣較為活躍，如處在構(gòu)造有利區(qū)的M203井和M37井，煤層厚度大，游離氣含量高，全烴值高達(dá)35%，煤層甲烷含量高達(dá)98%以上，且氣測值曲線形態(tài)飽滿，呈“箱狀”特征，表明煤層含氣均勻，壓力大，為典型富煤層氣區(qū)構(gòu)造高點(diǎn)成藏，而構(gòu)造斜坡部位煤層氣測全烴值也較為活躍，為直接蓋層穩(wěn)定的上斜坡型成藏，但低部位氣測值較低，推測煤層以吸附氣為主(圖4)。

從煤層頂板板巖性封蓋條件看，圍巖以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，厚度大，對煤層氣保存有利。同時，條湖-馬朗凹陷北部發(fā)育大量正向構(gòu)造和斜坡部位，且煤層厚度大，緊鄰南部凹陷煤層熱成熟生氣區(qū)，生物成因氣和熱成因氣共同補(bǔ)充，具備高游離氣含量煤層氣成藏條件。

2 煤層氣開發(fā)潛力分析

條湖-馬朗凹陷煤層發(fā)育，埋深1500m以淺煤層分布面積1200km2，煤層最厚達(dá)51m，單層最大厚度51m，煤層埋深100-1000m，煤層含氣量一般3.09～3.75m3/t，預(yù)測煤層氣總資源量1280×108m3。研究結(jié)果表明，條湖-馬朗凹陷煤層氣含氣量高值區(qū)主要分布在煤層厚度大，構(gòu)造有利部位，實(shí)測氣測全烴值在5%～40%，以游離氣為主，吸附氣為輔，而構(gòu)造低點(diǎn)以吸附氣為主，游離氣為輔特征，有利面積約620km2，資源量可達(dá)900×108m3，為下步勘探開發(fā)的最有利目標(biāo)區(qū)。

條湖-馬朗凹陷前期共排采煤層氣井5口，常規(guī)射孔產(chǎn)水少，未見氣，但經(jīng)壓裂改造后，均獲低產(chǎn)氣流，連續(xù)排采2個月，日產(chǎn)氣維持在100～500m3/日，到排采結(jié)束一直產(chǎn)氣，表明該區(qū)煤層氣有一定勘探潛力。分析這些井低產(chǎn)原因，一方面是煤層氣滲透性差，日產(chǎn)水量低，排采時間短，造成煤層氣未大量解吸；其次，所選5口排采井處在構(gòu)造低點(diǎn)，含氣量相對低，加上直井壓裂規(guī)模小，造成裂縫波及體積小。針對這套低滲透煤層，優(yōu)選有利目標(biāo)，利用水平井和體積壓裂技術(shù)，提高煤層解吸體積，選擇合理的排采制度。

3 結(jié)論

(1)條湖-馬朗凹陷煤層分布穩(wěn)定、厚度較大，具有雄厚的煤層氣成藏物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖4 條湖-馬朗凹陷煤層氣測全烴值分布圖

(2該區(qū)煤巖整體熱演化程度低，綜合判斷煤層氣以生物成因氣和熱成因氣共存。

(3)該區(qū)煤層發(fā)育中小孔隙、滲透率低、含氣量中等偏低，但構(gòu)造部位煤層含氣量較大，游離氣含量高。

(4)該區(qū)煤層氣富集規(guī)律研究表明，正向構(gòu)造和斜坡部位是煤層氣成藏的良好場合，煤層氣勘探有利深度在1200m以淺。

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(責(zé)任編輯 丁 聰)

CBM Enrichment Regularity and Development Potential Evaluation in Tiaohu-Malang Sag

LIANG Hui，LI Xinning，CHANG Yuqin

(Exploration Institute of Tuha Oilfield Branch, PetroChina, Xinjiang 839009)

In order to study the enrichment regularity of Jurassic CBM in the Tiaohu-Malang Sag of Sangtanghu Basin, this article analyzes the development characteristics of coal seam，the causes of coalbed gas origin，the physical property of reservoir，gas content，storage conditions and enrichment regularity, etc. through the aspects of geological，geochemical，hydrogeological conditions, logging data, etc. Research shows that the maturity of coal in Malang sag is low with R0between 0.4%～0.5%, and CBM is mainly biogenic gas. The maturity of coal in Tiaohu sag is high with R0between 0.5%～0.7% and CBM is mainly thermogenic gas. The porosity of coal seam measured distributes at more than 8%, but the permeability is lower. The gas content is at 3～4 m3/t. It is proposed that Tiaohu-Malang Sag is the most favorable block for CBM exploration in Santanghu Basin with superior reservoir forming condition. Combining the historical production characteristics, if appropriate drilling, completion, reservoirs and drainage system are used, it will have good exploration potential.

CBM; low-rank coal; gas content; free gas

中國石油重大專項(xiàng)(2013E-2201)

梁輝，男，工程師，研究方向?yàn)榉浅Ｒ?guī)油氣綜合研究。