新疆準南某井田煤層氣資源評價及有利區優選

孫景龍 郎海亮 張 偉 崔 英

(1.新疆維吾爾自治區煤田地質局綜合地質勘查隊，新疆 830009；2.新疆維吾爾自治區煤田地質局一五六煤田地質勘探隊，新疆 830009)

1 概況

井田位于天山北麓準噶爾盆地南緣天山地槽褶皺系和準噶爾盆地南緣結合部。東西長15.6km，南北寬2.78～11.1km，面積78km2，為了研究該井田煤層氣分布及煤層氣資源情況，區內共收集煤田勘探孔100余個，煤層氣參數井8口，排采試驗井2口，井田內主力煤層6層，煤炭資源總量為188508×104t，瓦斯風化帶下限至2000m以淺煤層氣資源量133億m3。

2 煤層特征

西山窯組為井田內主要的含煤地層，地層厚度731.38m，含煤22層,平均純煤總厚53.31m，總體為一向西南傾斜的單斜構造，傾角多在10°～85°之間，11線以東地層傾角較大，一般在60～85°之間，11線以西地層傾角較小，一般在10～30°之間，區內未發現大的斷裂構造。主力勘查開發煤層6層，編號分別為B12、B10、B8、B5、B4、B3煤層(表1)。

表1 西山窯組煤層特征一覽表

各煤層的變質階段均為Ⅰ-Ⅱ階 ，鏡煤最大反射率Ro,max≤0.70。煤的變質程度低，屬于低變質階段的煙煤。B3、B4、B5、B8煤層以不粘煤和弱粘煤為主。B10煤層以弱粘煤為主、B12煤層則以長焰煤為主。

3.煤儲層物性特征

3.1 煤巖特征

(1)煤巖宏觀特征

各可采煤層物理性質基本相同，均為黑色，塊狀、碎塊狀及粉未狀，性脆，易破碎，蠟狀-瀝青光澤，參差狀、平坦狀斷口，條帶狀結構，水平層狀構造，節理及內生裂隙發育。

(2)顯微煤巖特征

各煤層顯微煤巖組分有機質組分占76.0%～98.5%，平均98.1%，無機質組分占1.6%～22.0%，平均6.7%。有機組成以鏡質組和惰質組為主，鏡質組含量一般在51.3%～74.0%之間，平均64.8%；惰質組含量在26.0%～48.7%之間,平均35.2%。

3.2 等溫吸附特征

煤層氣以游離、吸附和溶解三種狀態賦存于煤層中，主要為吸附狀態，其中吸附氣占90%以上，主要成分為甲烷，占80%以上。因此，煤吸附甲烷的性能成為定量研究煤層氣儲集條件的重要指標，它能綜合反映煤巖溫度、壓力、煤質等條件對煤吸附能力的影響(見表2)。

表2 煤層等溫吸附特征一覽表

當溫度一定時，煤巖對甲烷的吸附量服從蘭格繆爾等溫方程：

V=VL×P/(PL+P)

式中：V為壓力P下單位質量固體所吸附的氣體體積(m3/t)；VL為蘭氏體積(m3/t)；PL為蘭氏壓力(MPa)；P為氣體壓力(MPa)。

蘭氏體積是反映煤吸附能力大小，一般它的值越大，吸附性能越好。蘭氏壓力主要是影響等溫吸附曲線形態的參數，該指標越大，煤層中吸附氣體解吸越容易，開發就越有利。

由表2可以看出區內各煤層蘭氏體積和蘭氏壓力相對較大，所以各煤層吸附氣體體積較大，煤層氣開發潛力大。區內CS-1井排采資料顯示，實際的臨/儲比為0.92。排采井降壓量在0.75MPa，目的煤層就開始解吸產氣。實際生產表明，主力煤層具有較高的臨界解吸壓力，煤層氣容易采出。

3.3 煤層封蓋條件

煤層頂底板巖性是影響煤層的封蓋條件的重要因素。結合井田內的煤田、煤層氣鉆孔取芯資料與測井資料，井田內主力煤層頂底巖性涵蓋了泥巖、砂質泥巖、粉砂巖、細砂巖、粗砂巖，雖巖性變化較大，但測井解釋多為滲透性較差、含水性較弱的層位，有利于煤層氣的富集、成藏和保存，同時也有利于煤層氣的抽采，具備很好的封蓋條件。

3.4 煤層孔隙、裂隙及滲透性

煤儲層具有由孔隙-裂隙組成的雙重孔隙結構。煤化作用過程中生成的大量揮發性物質以吸附態賦存在基質孔隙中，氣體的產出須從煤體內表面解吸，通過微孔擴散，流入裂隙系統，最終匯入井筒。因此，裂隙是氣體運移的主要通道，它關系到儲層的滲透性，決定開發井的產能高低。

(1)煤層的孔隙度

3口煤層氣井煤層壓汞實驗表明，區塊內主力煤層的孔隙度不高，一般小于10%，屬于低孔隙度儲層，屬于低-中孔隙儲層。

(2)煤層的裂隙發育

通過對煤芯煤樣資料的觀察和研究，主力煤層B12煤面割理3.9條/cm，端割理5.3條/cm，割理較發育；B10煤面割理密度3.2～7.9條/cm，端割理密度1.8～4.9條/cm，割理發育-較發育；B8煤面割理密度5.1～5.3條/cm，端割理密度4.1～4.8條/cm，割理發育-較發育；B5煤面割理密度7.3條/cm，端割理密度4.5條/cm，割理發育；B4煤面割理密度3.4～3.9條/cm，端割理密度5.4～6.5條/cm，割理較發育；B3煤面割理密度10.1條/cm，端割理密度3.1條/cm，割理發育，有利于煤層氣開發。

(3)煤層的滲透率

煤層的滲透性用于衡量多孔介質允許通過的能力，是影響煤層氣井產能的關鍵參數。通過注入/壓降測試的結果進行評價，各主力煤層表現為較好的滲透率，有利于煤層氣開發(表3)。

表3 煤層滲透性特征表

由表3可以看出區內各煤層滲透力大部分屬于中高滲儲層，有利于煤層氣開發。區內CS-1井在排采過程中，日常水量在6.245～36.576m3之間，平均日產水量為18.98m3，反映出區內煤層為較高的煤層滲透率。

3.5 儲層壓力和溫度

煤層氣的有效壓力系統決定了煤層氣產出的能量大小及有效驅動能量持續作用時間。儲層壓力越高、臨界解吸壓力越大、有效地應力越小，煤層氣的解吸-擴散-滲流過程進行得越徹底，表現為采收率增大，氣井產能增大。通過注入/壓降試井獲取。井田內儲層壓力基本正常，具有欠壓-常壓特點。通過測井測溫儲層溫度梯度1.96～3.31℃/100m，屬低-常溫(表4)。

表4 煤層儲層特征一覽表

4.煤層含氣性

4.1 煤層氣氣含量

井田內有4口井進行了煤層氣解析實驗，分別是CS-1、TCS-1、TC-2、TC-3，含氣性變化范圍大，從0.88m3/t～9.51m3/t，這與井的位置有直接關系，井田基本是一南傾的單斜構造，北部埋深淺，保存條件相對差，而南部煤層埋深加大，保存條件變好，含氣量隨埋深的增加而增大(圖1)，南部為煤層氣富集區。

圖1 瓦斯數據與深度關系圖

井田內煤層氣含量變化規律主要受深度影響，即隨著深度增加煤層含氣量不斷增加，而且隨著深度的增加含氣量增加的梯度變緩。根據構造的不同將井田分為東西兩個有利區(圖2)。

圖2 B8號煤層含氣量等值線圖

井田西部構造緩坡區B12煤層氣含量9.85m3/t；B10煤層氣含氣量為5.28m3/t～9.69m3/t；B8煤層煤層氣含氣為5.92m3/t～9.69m3/t；B5煤層氣含量為5.19m3/t～8.98m3/t；B4煤層氣含量為4.4m3/t～7.86m3/t；B3煤層氣含量為5.38m3/t～10.77m3/t。

東部構造陡傾區B12煤層氣含量為2.74m3/t～7.53m3/t；；B10煤層氣含量為4.27m3/t～9.45m3/t；B8煤層氣含量為5.38m3/t～10.5m3/t；B5煤層氣含量為3.69m3/t～6.19m3/t；B4煤層氣含量為3.24m3/t～8.96m3/t；B3煤層氣含量為3.68m3/t-10.72m3/t；

4.2 煤層氣成分

(1)通過測試，井田主力煤層的氣體組分具有典型低煤階的煤層氣組分特征，以甲烷為主，二氧化碳含量其次，其他氣體含量較少，通過室內煤層解析數據(圖3)。

(2)煤層氣井井口氣

從CS-1井口出氣管線采氣樣，來測試煤層產出氣的氣體組分主要為CH4， CO2、N2含氣很少，甲烷含量在86.43%～94.83%，平均含量為89.78%，二氧化碳含量2.35%～6.69%，平均含量為4.92%，氮氣含量2.05%～6.09%，平均含量為4.30%。

(3)氣體碳同位素特點

對B10、B8煤層做了煤層氣甲烷碳同位素分析，該兩層煤層氣甲烷碳同位素分析表明：氣體甲烷碳同位素平均甲烷同位素為-60.42‰。通過該井兩套煤層甲烷碳同位素可以看出，甲烷碳同位素均較輕，均小于-55‰，均屬生物成因氣體。

5 有利區優選

以井田內煤層埋藏深度、煤層厚度、煤層結構、煤巖特征和含氣性等為基礎，按照煤層氣選區評價方法，結合井田地質特征進行綜合評價將井田劃分為西部構造緩傾區和東部構造陡傾區兩個煤層氣勘查開發有利區塊，區內主力煤層多，煤層厚度大，含氣量高，煤體結構多為碎裂煤和碎粒，并且區內已有煤層氣排采試驗井排水采氣情況較好，單井日產氣1500m3以上，說明該井田具有較好的煤層氣勘查開發前景(圖4)。

圖3 煤層解吸CH4和CO2濃度分布直方圖

圖4 B8煤層埋深等值線及有利區塊圖