貴州省盤縣紅果鎮苞谷山煤礦3號煤儲層參數淺析

李玉蘭

(貴州省煤田地質局一一三隊，貴州 550023)

1 概況

苞谷山煤礦位于盤縣紅果鎮北部，距盤縣人民政府直距12km，公路距離約30km，距離花家莊火車站約3km，屬紅果鎮管轄。礦區面積2.4735km2，井田內的3號煤層礦產資源量649萬t。地理坐標：東經104°26′22″～104°27′45″，北緯25°46′32″～25°47′45″。

區域位于盤縣煤田，大地構造單元上屬揚子陸塊(Ⅰ級構造單元)黔北隆起(Ⅱ級構造單元)六盤水斷陷(Ⅲ級構造單元)。礦區位于盤關向斜西翼中段，地層走向NE，傾向SE，傾角30°～45°屬單斜構造。

該區出露地層從新至老有第四系(Q)，三疊系下統永寧鎮組(T1yn)，三疊系下統飛仙關組(T1f)、二疊系上統宣威組(P3x)、峨眉山玄武巖(P3β)，宣威組為礦區含煤地層，是一套陸相沉積地層，厚253.61～311.69m，平均厚258.25m。巖性為淺～深灰色、灰黑色、黑色的泥質粉砂巖、粉砂巖等，并與區內煤層成韻律互層，微波狀層理發育，產豐富植物化石。

3號煤層位于宣威組的上部，煤層厚1.84～2.63m，平均厚為2.00m，煤層結構較為簡單，層位穩定，不含夾矸，煤層厚度變化不大，屬穩定煤層，為全區的可采煤層。進一步分析3號煤層的煤巖性質，對包谷山煤礦的建設、發展及市場銷售具有一定程度的可行性研究意義。

2 物理性質及化學性質

2.1 物理性質

顏色主要為黑色，光澤度為瀝青-玻璃光澤。以碎塊狀、塊狀為主，見粉粒狀，呈細至中條帶狀，少量寬條帶；以貝殼狀和參差狀為主斷口；發育節理和裂隙，質地較為松軟、性脆。另外，在偶見星點狀和蠕蟲狀黃鐵礦分布在局部煤巖中。

2.2 化學性質

2.2.1 伴生元素

(1)原煤鍺(Ge)：含量為0～18μg/g，平均含量2μg/g。3號煤層屬低鍺煤。

(2)原煤鎵(Ga)：含量為1～33μg/g，平均含量8μg/g。

3號煤層的伴生元素平均含量均不到工業最低品位要求，僅有零星點達到工業最低品位要求，現階段無開采利用價值。

2.2.2 有害元素

(1)原煤磷(P)：含量為0.001%～0.149%，平均含量0.012%。3號煤層煤層屬低磷分煤。

(2)原煤氯(Cl)：含量為0.013%～0.101%，平均含量0.056%。屬低氯煤。

(3)原煤砷(As)：含量為0～24μg/g，平均含量3μg/g。屬特低砷煤。

(4)原煤氟(F)：含量為29～178μg/g，平均含量69μg/g。屬特低氟煤。

3 煤巖特性

3.1 宏觀煤巖類型

3號煤層煤巖類型以光亮型、暗淡型為主，半暗型次之。

3.2 顯微煤巖類型

顯微煤巖類型為微三合煤。從有機組分和無機組分兩個方面進行簡單闡述。

3.2.1 有機組分

(1)鏡質組：主要特征為基質鏡質體和均質鏡質體，在3號煤中分布有少量的結構鏡質體、碎屑鏡質體和團塊鏡質體。平均含量為71.0%。

(2)殼質組：主要為角質體，另見有孢子體、樹脂體和碎屑殼質體出現。含量平均為22.5%。

(3)惰質組：以半絲質體為主要特征，也出現絲質體及碎屑惰質體。其中，半絲質體多見大小不等的碎塊狀，絲質體胞腔中常充填有黏土礦物，另見有少量的黃鐵礦充填其胞腔。含量平均為6.5%。

3.2.2 無機組分

無機組分主要以粘土礦物為主要特征，分布有碳酸鹽礦物及硫化物，并出現少量的氧化硅礦物。

(1)粘土類礦物：主要以團塊狀、分散狀、浸染狀黏土礦物呈現，并出現在鏡質組、惰質組中，細層狀、透鏡狀黏土礦物次之。局部出現炭質黏土夾矸。含量平均為12.1%。

(2)硫化物礦物：主要為黃鐵礦，多呈粒狀、微粒狀、莓粒狀分布，部分充填細胞狀及裂隙狀。另外，片狀黃鐵礦礦化有機質現象較為普遍。含量平均為0.4%。

(3)碳酸鹽礦物：主要為方解石，其以節理裂隙充填狀為主；片狀礦化有機質現象普遍。含量平均為1.8%。

(4)氧化硅礦物：為少量的石英顆粒，呈零星狀分布于有機質中。含量平均為0.2%。

4 試井滲透率

4.1 試井原理

包谷山煤礦3號煤層氣試井測試遵循不穩定試井的原理，其測試方法為：當儲層中流體的流動處于平衡狀態時，改變井的壓力，在井底將造成一個壓力擾動，該擾動向井壁四周儲層不斷徑向擴展，隨著時間的推移最終形成一個新的平衡狀態。將以上擾動的結果記錄并進行綜合研究，分析和確定3號煤儲層的性質。

4.2 試井方法

主要控制煤層滲透率的因素為煤層割理的發育程度、走向及寬度。該礦井3號儲煤層具有裂隙發育、滲透率較低、吸附能力強等特征，故割理系統的滲透率決定了該礦區3號煤層的滲透率。而3號煤層割理滲透率遠大于煤層基質滲透率，流體以割理中的不斷流動為主要表現形式，因此，割理滲透率為測試所顯示的滲透率結果。多年來，在注入/壓降試井方法中，氣體解吸壓力低于地層壓力，被水飽和的煤層割理孔隙，以單相流狀態存在的流體為后續工作的相關資料分析提供了一定的依據。

包谷山煤礦區采用了以上試井方法，該方法適用于高、低壓儲層，并具有相當穩定排量，為單井壓力瞬變測試方式，其具體的處理方法為：將注入壓力(低于煤層破裂壓力)向井中注水一段時間(見表1)，將會有一個高于原始儲層的壓力分布區出現在井筒周圍，然后關井，以達到壓力與原始儲層壓力趨于平衡狀態的效果。隨時間的變化，在注入階段和關井階段均采用壓力計進行記錄井底壓力結果。通過一系列數據的分析和研究，最后確定3號煤層的參數(見表2)。由于注入階段要控制排量的穩定具有一定的難度，這會引起井底壓力的波動，故壓降階段得出的分析數據較具有代表性。

隔井筒與測試層均采用井下封隔器，以達到減小井筒儲集的作用，地下多次開、關井的注入/壓降測試、微破裂測試及原地應力測試采用錄井鋼絲，最終獲取壓力資料是用存儲式電子壓力計。

4.3 資料分析

表1 3號煤層參數分析選用基本數值

表2 3號煤層成果數據表

圖1 3402孔3號煤注入/壓降測試關井壓降雙對數擬合

(1)關井壓降曲線特征分析

通過對關井壓降曲線雙對數-導數曲線圖形特征(圖1)分析，初期是雙對數-導數曲線井筒儲集階段較長，雙對數-導數曲線沿斜率接近1上升，約2.5個對數周期；在導數曲線中后期出現了明顯的徑向流特征，末期導數曲線出現了上翹一直到關井結束，導數曲線反應井筒外圍區域煤巖層物性變差，呈現徑向復合地層特征；從半對數曲線圖可看出(圖2)，徑向反映明顯，曲線形態反映煤儲層橫向上有物性變化特征，與雙對數-導數曲線反映一致。

(2)儲層參數分析

根據曲線診斷的分析成果，選用了具有井筒儲集效應+表皮效應+徑向復合井的模型，通過現代試井理論擬合(圖2)解析，獲得分析成果(見表2)。通過曲線擬合分析，按徑向分析滲透率為0.448×10-3μm2、地層系數為0.811×10-3μm2.m、流動系數為0.795×10-3μm2.m/mPa.s。從本次試井解釋結果說明，煤儲層滲透性中等；井筒儲集系數 0.941×10-3m3/MPa，井筒儲集系數很低，說明采用井下關井方式工藝較為合理，有效降低了井筒儲集效應對測試數據分析的影響；表皮系數為0.76，表明井筒附近煤儲層完善程度較好。

圖2 3402孔3號煤注入/壓降測試關井壓降半對數擬合檢驗曲線圖

5 結論及建議

(1)本次注入/壓降試井施工方法采用井下關井方式工藝合理。

(2)本次試井測試所解釋的井筒附近滲透率為0.448×10-3μm2，表明煤儲層滲透性中等、導流能力中等，流動系數為0.795×10-3μm2·m/mPa·s。

(3)3號煤層的有效厚度為1.81m，埋藏深度較淺，且缺少煤層氣長距離運移的大型裂隙系統，故該礦井的煤層氣開采難度大。

(4)依據關井壓降測試數據，地層中部壓力3.06MPa、煤儲層壓力系數0.98，從壓力系數分析，本層為正常壓力系統。

(5)通過原地應力測試獲得煤層破裂壓力6.55MPa、煤層破裂壓力梯度0.0206MPa/m；煤層閉合壓力3.07MPa，煤層閉合壓力梯度0.0097MPa/m，屬于正常破度、正常閉合壓力梯度。

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