新疆大南湖煤田三號井田煤層氣儲層物性特征淺析

2019-07-30 12:06:52孫凡星

山東煤炭科技 2019年7期

孫凡星

（山東省煤田地質規劃勘察研究院，山東濟南 250100）

1 井田概況

三號井田位于新疆哈密市西南，屬哈密市南湖鄉管轄，距哈密市區約90km，面積42.36km2。區內煤炭資源賦存標高為+440m～ -340m，埋藏深度為0～918m。地層傾角一般5～10°，南部F1斷層附近局部達13°。井田內發現斷層3條，構造復雜程度中等偏簡單。煤層總體以長焰煤為主，少量不粘煤、褐煤，煤層為低中灰、低硫、中高～高揮發分、中熱值～高熱值煤。煤層為低等苯萃取物，屬較高腐植酸含量煤層，屬Ⅰ、Ⅱ類容易自然發火煤層，屬有煤塵爆炸危險性煤層。

2 煤層氣賦存地質條件及狀況

2.1 地層

大南湖礦區三號井田內鉆孔揭露地層自下而上依次為：中侏羅統西山窯組(J2x)、頭屯河組(J2t)、第四系（Q）。

2.1.1 中侏羅統西山窯組(J2x)

為本井田的主要含煤地層，根據巖性、含煤性以及其他組合特征，可分為上、中、下三個巖性段。中段（J2x2）為本文工作的重點，其巖性特征如下：

出露于井田東部，表層風化嚴重，溝谷處為第四系風積砂礫層覆蓋。鉆孔揭露厚度312.50～607.82m，平均501.54m。為本井田主要含煤層段，本段底部有一層厚20～30m的粗砂巖或砂礫巖，是與下段分界的標志層。

2.1.2 中侏羅統頭屯河組(J2t)

殘存于井田西部，鉆孔揭露厚度0～296.51m。

巖石特征：主要為紫色、磚紅色的泥巖、粉砂巖、細砂巖互層，間夾砂礫巖薄層。底部為雜色泥巖夾泥灰巖透鏡體。

本段主要為氧化環境下的河、湖相沉積地層，夾雜沖、洪積沉積巖。

與下伏地層整合接觸關系。

2.1.3 第四系(Q)

一般分布于本井田西部平臺階地的頂部、溝谷洼地，鉆孔揭露厚度0～13.10m。平臺階地的頂部薄，溝谷洼地中厚度相對較大。

與下伏地層為角度不整合接觸關系。

2.2 生氣層基礎條件

中侏羅統西山窯組中段(J2x2)為本井田主要含煤地層，地層厚度312.50～607.82m，平均厚度501.54m。共含煤50層，累計總厚平均82.94m。含煤系數16.5%。可采煤層24層（2-2、2、2-4、3、4、5、6、8、9、10、11、12、14、15、16、18、19、22-3、22、24、25、26、28、29煤層），累計總厚平均60.00m，占各煤層平均總厚度的72%。

可采集局部可采煤層灰分主要為特低～低灰煤，煤類以長焰煤為主，少量不粘煤、褐煤，鏡質組最大反射率介于0.21%～0.48%之間。因此，本井田雖然賦存有一定厚度的煤層，但煤類屬低成熟度煤，煤層氣的生成物質基礎條件較差。

2.3 賦存狀況

氣體成分為甲烷、重烴。甲烷成分兩極值0.00～13.42%，其中2個點大于10%，6個點0～10%，其余均為0.00%；重烴成分兩極值0.00～17.81%，其中2個點大于10%，3個點0～10%，其余均為0.00%。氣體含量兩極值0.00～0.167m3/t，煤層氣含量低，各煤層均屬貧甲烷煤層。

3 煤層儲層物性特征

3.1 煤層孔隙率

各煤層煤的孔隙率通過所測真密度和視密度值計算所得，兩者差值愈大，孔隙率也愈大。其中，2、6、9、11、14、28煤層孔隙率平均值在16%以上，2-2、2-4、3、4、5、12、15、16、18、19、29 煤層孔隙率在15%～16%之間，8、10、22、25、26煤層孔隙率在14%～15%之間，22-3、24煤層孔隙率在13%～14%之間。孔隙率大的煤層，其吸附能力和反應性都比較好。

3.2 鏡下裂隙結果及分析

本文共采取12件煤樣做顯微鏡下裂隙分析(見表1)，針對 2、2-4、3、5、11、16、25、26、28、29煤層評述。測試結果顯示，各煤層煤體呈塊狀，松軟易碎，裂隙較發育～發育。其中2、3、5、26、28、29煤層裂隙發育，2-4、16煤層裂隙較發育，25煤層裂隙較發育～發育。各煤層主裂隙介于2.6～15.9條之間，3、11、25、26煤層含較多；次裂隙3.2～11.3條，3、11、26、29煤層偏多；主次裂隙直交或近直交，近垂直層理；再者部分裂隙切穿組分分層，少部分裂隙被礦物充填。2、3、5、11、26、28、29煤層裂隙連通性屬中等，2-4、16煤層屬差，25煤層屬差～中等。樣品層面上的裂隙多呈近網格狀、階梯狀、不規則狀、短裂紋狀，裂隙越發育，氣體滲透率越高；網格狀裂隙連通性最好，在相同條件下其滲透性最好，近網格狀連通性次之。裂隙的密度與連通性呈正相關，密度越大連通性越好。

表1 鏡下裂隙分析成果表

煤層項目 16 25 26 28 29煤巖類型暗淡煤半暗煤暗淡煤半暗煤半暗煤長度(cm)0.01～0.80 0.21高度(cm)0.005～0.50 0.09 0.005～0.20 0.16 0.005～1.10 0.17 0.01～1.30 0.40 0.002～0.50 0.14 0.001～0.30 0.04 0.005～0.50 0.10主裂隙0.005～0.50 0.09 0.005～0.50 0.16寬度(μm)1～50 10 1～350 16 1～200 13 1～300 41 1～230 22密度(條/cm) 7.2 6.3～15.3 13.9 5.3 7.6長度(cm)0.005～0.20 0.05 0.005～0.70 0.11 0.005～0.40 0.07 0.01～0.60 0.21 0.01～0.90 0.16高度(cm)0.001～0.30 0.04 0.002～0.50 0.08 0.005～0.40 0.11次裂隙0.005～0.50 0.09 1～30 7 0.005～0.50 0.13寬度(μm)1～230 14 1～50 8 1～250 32 1～200 16密度(條/cm) 4.7 5.5～7.8 9.5 4.7 7.7連通性差差～中等中等中等中等裂隙發育程度較發育較發育～發育發育發育發育裂隙分布短裂紋狀不發育近網格狀階梯狀近網格狀階梯狀近網格狀近網格狀

3.3 等溫吸附測試

本文采取了5件煤樣進行吸附瓦斯常數測試。本次測試采用溫度30℃，當壓力在0～1.0MPa時，各煤層瓦斯吸附氣含量均呈現急劇增加趨勢，隨著壓力的增大，吸附氣含量緩慢增加，當壓力在3.0～4.0MPa時，吸附量增加幅度更小，煤的吸附量基本達到飽和，吸附量不再隨壓力的增加而增大。各煤層的朗格繆爾體積介于11.78～29.84m3/t之間，朗格繆爾壓力介于0.47～0.72MPa之間，各煤層的瓦斯吸附量變化在0～0.025m3/t之間，見表2。