織金煤層氣田氣藏地質特征研究

馬偉竣

(中國石化華東油氣分公司重慶頁巖氣有限公司，重慶 408400)

中國南方的貴州省織金、納雍地區含煤資源量豐富，是貴州最大的無煙煤產區，也是我國南方潛在的高煤階煤層氣開發基地，構造位置上位于上揚子陸塊黔中隆起，以NNE向短軸式褶皺為主，同方向的斷層較為發育，使得含煤地層被分割賦存在一系列次級向斜單元。織金煤層氣田前人大多側向于對煤田的地質特征研究，主要借助于煤田鉆孔資料進行分析，而對于織金煤層氣田的研究大多側重于含氣特征、產能評價和排采制度的研究，未曾對其地質特征進行詳細研究，本文從構造、沉積、煤巖煤質、含氣性、保存條件展開詳細研究，明確了氣田的地質特征，為下步開發選層、不同煤組的產能評價和排采制度的確立提供地質基礎，也為南方煤層氣的勘探開發評價提供借鑒。

1 區塊概況

織金煤層氣田位于貴州省畢節市織金縣，構造上處于黔中隆起巖腳向斜珠藏次向斜內，巖腳向斜是一個復式向斜殘留盆地，由比德、水公河、三塘、阿弓、珠藏5個次向斜組成(圖1)。氣田主力煤層位于二疊系龍潭組，可進一步劃分為上、中、下三個煤組，氣田較淺部位為煤礦，勘探程度較高，煤田鉆孔達到500多個，錄取了煤層埋深、含氣量、工業分析、氣體組分分析等大量分析化驗資料，2010年開始了煤層氣勘探評價工作，目前氣田正處于井組試驗評價工作。

圖1 氣田區域構造背景圖

2 氣田地質地質特征

2.1 構造特征

氣田構造為寬緩不對稱次向斜，呈現不對稱的變形特點，變形作用向北作用逐漸減弱，南東翼地層較陡，地層傾角25°～40°，北西翼地層平緩，地層傾角7°～13°。次向斜軸向為北東向，斷層主要發育在珠藏次向斜翼部，埋深200m以淺部位，共18條斷層，其中逆斷層4條，正斷層12條，斷層走向以北東向為主，斷距多小于30m，延伸長度0.5～4km，傾角60°～80°，屬于四級小斷裂。縱向上主力煤層龍潭組上、中、下三個煤組的構造繼承性較好，大于200m的地層地震反射波阻連續性相對較好，構造變形相對較弱。煤層埋深整體較淺，受構造控制明顯，向斜軸部埋深最大。上煤組煤層埋深200～400m，平均307m，中煤組煤層埋深300～550m，平均450m，下煤組煤層埋深400～650m，平均500m(圖2)。

圖2 龍潭組下煤組23號主力煤層頂面構造圖

2.2 沉積特征

2.2.1 沉積相

氣田主力煤層位于二疊系龍潭組，為一套海陸交互相碎屑巖夾碳酸鹽巖含煤沉積，主要受到來自西側陸源河流和來自東南側的海岸潮汐作用雙重作用的影響，上、中、下三個煤組為潮坪-三角洲-沼澤沉積體系，巖性主要為泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖、粉砂巖、細砂巖，巖石顏色以灰色為主，沉積構造主要發育波狀層理及水平層理，沼澤廣泛發育，但受海平面頻繁震蕩的影響，沼澤穩定期短，形成了煤層多、薄的特點。上煤組和下煤組沉積為海侵時期，巖性以泥質粉砂巖和泥巖為主，粉砂巖次之，為潮坪-沼澤沉積體系，沉積微相可分為潮道、潮間混合坪、潮上泥坪、泥炭沼澤。中煤組由于發生海退，為三角洲-沼澤沉積體系，細砂巖比例升高，粉砂巖和泥質粉砂和粉砂質泥巖次之，沉積微相可分為分流河道、支流間灣、河流沼澤(圖3)。

圖3 龍潭組沉積微相劃分柱狀圖

2.2.2 煤層厚度

氣田龍潭組可開發的主力煤層8層(單層厚度大于0.8m)，分布穩定，從上到下煤層層數逐漸增多，下煤組煤層累計厚度最大。上煤組主力煤層為6號、7號煤層，煤層累計厚度1.5～6m，平均4.2m；中煤組主力煤層為16號、17號煤層，煤層累計厚度1.7～5.5m，平均3.2m；下煤組主力煤層為20號、23號、27號、30號煤層，煤層累計厚度3.3～10.9m，平均6.0m(圖4)。

圖4 龍潭組主力煤層連井剖面

2.3 煤巖煤質特征

龍潭組煤層熱演化程度高，生烴能力強，以無煙煤為主。氣田主力煤層鏡質體反射率隨埋深增加而增大，其中上煤組鏡質體反射率2.7%～3.7%，平均3.2%，中煤組鏡質體反射率2.8%～4.2%，平均3.3%，下煤組鏡質體反射率2.9%～4.3%，平均3.4%。煤巖類型以光亮型、半亮型為主，煤層縱向、橫向差別不大。宏觀煤巖成分以亮煤為主，暗煤次之，含少量鏡煤和絲炭。煤巖顯微組分鏡質組含量較高， 其中上煤組鏡質組含量75.4%～80.1%， 平均74.2%， 中煤組鏡質組含量80.1%～87.2%，平均84.1%，下煤組鏡質組含量83.3%～90.1%，平均85.5%。煤巖灰分為低-中等灰分，其中上煤組灰分8.3%～30.2%，平均22.1%，中煤組灰分6.8%～30.7%，平均17.5%，下煤組灰分7.2%～25.1%，平均12.5%。

2.4 含氣性特征

氣田主力煤層含氣量受煤層埋深影響比較明顯，軸部比兩翼高，表現為向斜控氣的典型特征，兩翼淺部位由于斷裂比較多，煤層氣保存受到破壞，含氣量明顯比向斜軸部位置低。根據取心現場實測含氣量數據結合煤田鉆孔資料，埋深大于200m的主力煤層含氣量大于10m3/t，含氣量和含氣飽和度整體隨埋深增加而增大(圖5)。埋深小于200m煤層含氣量低于10m3/t。縱向上主力煤層以下煤組含氣量和含氣飽和度最高，其中上煤組含氣量8.1～19.2m3/t，平均12.9m3/t；中煤組含氣量9.3～21.9m3/t，平均14.2m3/t；下煤組含氣量10.2～24.9m3/t，平均15.4m3/t。含氣飽和度上煤組43.1%～82.2%，平均65.3%，中煤組55.3%～91.0%，平均80.5%，下煤組65.2%～95.0%，平均83.2%。

圖5 龍潭組下煤組23號煤層含氣量圖

2.5 物性特征

氣田位于黔中隆起區，雖然煤巖普遍存在變形，但深部發育穩定基底，在一定程度上對構造變形、破壞起到減緩作用，主力煤層煤體結構以碎裂煤為主，局部發育碎粒煤、糜棱煤，煤體結構整體較好，其中碎粒煤、糜棱煤主要局部發育在中煤組16號煤(圖6)。織金煤儲層的儲集性能和滲流能力較好，氣田主力煤層割理裂隙較發育，割理密度10～12條/6.5cm，以面割理為主，長度3cm以上，寬度0.1～0.5mm，常見方解石充填。煤巖光片在熒光顯微鏡下顯示10×10mm微區裂隙118～250條，平均236條，以寬度小于5μm且長度小于1mm時斷時續的裂隙為主。取芯證實碎裂煤儲層具有高電阻、高聲波時差的特征，電阻一般>50ohmm，聲波時差>400us/m，測井解釋主力煤層孔隙度和滲透率較高，孔隙度1.2%～8.8%，平均5.5%，滲透率0.1～0.4mD，平均0.2mD。

圖6 龍潭組主力煤層煤體結構圖

2.6 保存條件

氣田龍潭組區域頂板為飛仙關一段泥巖，厚度在100m左右，區域底板為龍潭組底部峨眉山玄武巖，厚度在100m左右，能起到良好的隔水層，穩定的區域頂底板形成了珠藏次向斜獨立、完整的水文地質單元。龍潭組風化裂隙發育程度隨埋藏深度增大而減弱，鉆井過程中龍潭組地層單位涌水量0.00086l/s.m，200m以深實測煤層水礦化度>3000mg/L，煤層水處于弱徑流-滯留狀態，保存條件較好(圖7)，煤層壓力系數高達0.85。龍潭組內細粒碎屑巖構成的煤層頂底板或煤層之間的致密巖層，具有高度的隔水阻氣作用，上中下三個煤組的主力煤層的直接頂板巖性為泥巖、泥質粉砂巖，厚度2～6m，具有低孔(<1%)、低滲(<0.01mD)、致密特點，對3套主力煤層的也起到有效的封蓋作用。

圖7 氣田地質剖面圖

3 煤層氣資源評價

根據主力煤層厚度、含氣量、有利面積參數，計算氣田龍潭組上中下三個煤組主力煤層累計豐度2.96×108m3/km2，最大有利面積51.7km2，資源量138.3×108m3，為中型、中豐度、淺層氣田(表1)。縱向上由于下煤組主力煤層層數最多(4層)、煤層累計厚度最大、含氣量最高，資源豐度最高(1.41×108m3/km2)，有利面積最大(51.7km2)，資源量最大(72.9×108m3)，占3個煤組總資源量的52.7%。中煤組資源豐度0.72×108/km2，有利面積45.5km2，資源量32.7×108m3，上煤組資源豐度0.83×108m3/km2，有利面積39.2km2，資源量32.7×108m3，綜合評價下煤組4套主力煤層為Ⅰ類儲層，中煤組2套主力煤層和上煤組2套主力煤層為Ⅱ類儲層。

表1 龍潭組上中下煤組主力煤層資源量計算表

4 結論

(1)織金煤層氣田處于寬緩不對稱的珠藏次向斜內，北西翼地層平緩，南東翼較陡，200m以深構造變形較弱，斷層不發育，煤層埋深較小。

(2)龍潭組上、中、下煤組主力煤層處于潮坪-三角洲-沼澤有利的沉積環境，其中上煤組和下煤組為潮坪-沼澤沉積體系，中煤組為三角洲-沼澤沉積體系。

(3)煤層具有“煤層層數多、煤層物性好、煤層保存條件好、含氣量較高、儲層壓力較高、資源豐度高”的地質特點。

(4)綜合評價8套主力煤層累計資源豐度2.96×108/km2，下煤組4套主力煤層資源豐度最高，為Ⅰ類儲層，中煤組和上煤組4套主力煤層為Ⅱ類儲層。