貴州合層開發煤層氣井產層孔滲特征研究

周培明 汪俊 魏元龍 向剛 徐虎

摘 要：貴州省煤層發育，煤層氣資源富集，對其合層開發煤層氣產層孔滲特征進行研究能夠為煤層氣高產、穩產提供依據。基于貴州合層排采煤層氣井產層特征統計，綜合現有地質及工程數據，系統研究產層孔滲特征。研究結果表明：貴州境內受煤變質程度高的影響，煤層氣產層孔隙度較低，主要在2%～6%之間；煤儲層大多發育兩組相互近正交的內生裂隙，外生裂隙則與區內深大斷裂活動以及煤層厚度有關；產層滲透率均低于0.35 mD，屬于中低滲透率產層，且以小于0.1 mD 的低滲產層為主。

關鍵詞：貴州；煤層氣；煤層氣井；孔滲特征

中圖分類號： P631.8 ??文獻標志碼： A

Study on the production layer porosity and permeabilitycharacteristics of coalbed methane wells in the multi-coal seamdevelopment in Guizhou

ZHOU Peiming1，2，WANG Jun3，WEI Yuanlong1，2，XIANG Gang1，2，XU Hu1，2

（1. Key Laboratory of Unconventional Natural Gas Evaluation and Development in Complex Tectonic Areas， Ministry ofNatural Resources， Guiyang 550009， China;2. Guizhou Engineering Research Institute of Oil & Gas Exploration andDevelopment， Guiyang 550009， China;3. School of Resources and Geosciences， China University of Miningand Technology， Xuzhou 221116， China）

Abstract：In Guizhou Province， coal seams developed， which concentrated the coalbed methane. The production layer porosity and permeability characteristics of coalbed methane wells in the multi-seam development were studied to provide a basis for high yield?and stable production of coalbed methane. Combining the statistics on the production layer characteristics of coalbed methane wells and the existing geological and engineering data in Guizhou， systematic study on the porosity and permeability characteristics of the production layers was performed. Results show that in Guizhou， the low porosity of 2% to 6% in the coalbed methane production layers is dominated by the high degree of coal metamorphism. Two groups of near-orthogonal endogenous fissuresdevelop in most of coal reservoirs， while the exogenous fissures are related with both the deep fracture activity and coal thickness in the area. The production layers with the permeability less than 0.35 mD belong to medium and low permeability production layer and are dominated by the low permeability of less than 0.1 mD.

Keywords：Guizhou Province; coalbed methane; coalbed gas well; porosity and permeability characteristics

貴州省地處我國西南地區，境內煤層發育，在煤層中蘊藏著大量可供開發利用的煤層氣資源，是我國南方最大的煤層氣富集區。近年來，多家單位先后在六盤水煤田、織納煤田、黔北煤田施工了300余口煤層氣參數井、排采井（組），積累了大量的地質工程資料和施工組織經驗，極大推動了貴州煤層氣勘探開發進程。貴州省內所施工的煤層氣井多采用合層開發方式，且煤層氣井產層數量、特征存在顯著差異。為了查明貴州合層開發煤層氣井產層孔滲特征，本文在省內外煤層氣勘探開發現狀調研的基礎上，收集、整理了貴州省及周邊地區（滇東、川南、重慶）63口合層開發煤層氣井產層孔滲特征數據，對比研究了貴州省合層開發煤層氣井產層孔滲特征。

1 貴州地區煤層氣地質背景

貴州省位于我國西南地區，有著“江南煤海”的稱號，煤炭資源儲量十分豐富，總含煤面積大約為7萬 km2，在這其中賦存著大量的煤層氣資源，勘探開發潛力巨大［1］。

貴州省煤層的主要形成時期為晚二疊世，由于我國南方地區在二疊紀之后，構造演化發展頻繁，在沉積發展過程中經歷了多次海陸交互，使得貴州煤層氣與其他地區煤層氣差異顯著，且特點鮮明，可總結為“一弱”“兩多”“三高”和“四大”四個方面。其中，“一弱”表現為貴州的主要含煤地層龍潭組的地下水動力條件較弱，含水量低。“兩多”表現為煤層的層數多以及控氣構造類型多。在聚煤后期，由于強大的改造作用，貴州境內的含煤地層被分割從而賦存在多個獨立次級向斜單元。“三高”包括煤層含氣量高、資源豐度高、儲層壓力以及地應力高。在織納地區，煤層平均含氣量大于18 m3·t?1，最高含氣量甚至可以達到27 m3·t?1。含氣量大于4 m3·t?1，且埋深小于2000 m的可采煤層中煤層氣資源豐度大于2.2億?m3·t?1，而全國的平均水平只有1.12億?m3·t?1，足以證明貴州地區有著豐富的煤層氣資源。通過省內煤層氣的試井資料得到煤儲層壓力系數普遍在0.9以上。“四大”指煤層氣資源量大、煤級變化大、煤儲層滲透性變化大、地質條件垂向變化大。貴州省煤層氣資源儲量十分豐富，占到全國煤層氣資源總量的18%左右。境內從肥煤到無煙煤均有分布，且煤級的分布成帶狀，以中變質煙煤?高煤級煤為主要煤級［2］。

2 孔裂隙發育特征

貴州合層開發煤層氣井產層孔隙度統計如圖1所示。從圖中可知：產層孔隙度較低，變化范圍在1.04%～6.70%之間，且主要孔隙度在2%～6%，僅少量產層孔隙度小于2%或大于6%。區內煤層氣井產層孔隙度較低，主要受控于煤變質程度較高的影響。此外，煤層具有相對較低的孔隙度，也導致煤儲層滲透率偏低［3］。

從貴州各煤田的情況來看：六盤水煤田合層開發煤層氣井產層孔隙度為2.5%～6.7%，且以?nm～μm 級的微孔為主，中孔、大孔占比較低。其中，水城礦區?DC?1井鉆遇可采煤層孔隙率為3.6%～6.7%，平均為5.8%；盤江礦區松沙井田?SC?1井主要目的煤層孔隙率為2.8%～3.4%，平均為3.2%；松河井田?GC?1井煤層孔隙率2.5%～5.1%，平均為4.1%。從孔隙度的變化來看，DC?1井主要目的煤層的孔隙度變化較大，表現為隨著煤層埋深增加，孔隙度逐漸減小；?SC?1井主要目的煤層孔隙度相近，與埋深的關系不明顯；?GC?1井煤層孔隙度與灰分/礦物質含量有關，灰分含量越高，煤層孔隙率越小。由于礦物質充填了煤中一部分中、大孔隙，導致煤層總孔容下降，雖然有些礦物本身就存在一些孔隙，但總體而言還是使得煤層孔隙發育程度降低。與六盤水煤田相比，織納煤田、黔北煤田煤層氣井產層孔隙度相對較低，這與煤變質程度高、微孔比例高有密切關系。

圖2為六盤水煤田盤江礦區火燒鋪區塊產層內生裂隙發育情況。由圖中可知：六盤水煤田盤江礦區、水城礦區廣泛發育的中變質程度煤層（產層）內生裂隙最發育，裂隙密度大。

以盤關向斜和格目底向斜為例，盤關向斜煤層的面裂縫寬度大約為1～36 mm，端裂縫寬的變化在1～30 mm 之間，裂隙密度為5.4～8.7條·m?1；格目底向斜煤層的面裂縫寬度大約為1～26 mm，段裂縫的寬度變化在1～20 mm 之間，裂隙密度5.3～11.3條·m?1。但是，由于地應力對煤層裂隙開合及產層滲透率有顯著影響，內生裂隙充填（方解石、黃鐵礦等礦物）及地應力增加不利于裂隙導流，導致產層滲透率普遍較低。

3 產層滲透率特征

產層滲透率決定了煤層氣滲流的難易程度，因此在煤層氣開發過程中受到廣泛關注［4］。產層滲透率高，氣水滲流速度越快，壓降漏斗擴展距離越長，影響面積越大，煤層氣井產量越高。但當滲透率過高時，在供液能力充足的條件下，使得產水量過大，井底流壓降低越困難，不利于煤層氣的解吸產出［5–7］。當滲透率偏低時，煤層中的氣、水滲流速度越慢，壓降速度越小，壓降傳播距離越短，僅在井筒附近存在壓降，最終導致煤層氣井產氣量偏低［8］。

圖3為貴州合層開發煤層氣井產層滲透率統計。由圖中可知：貴州產層滲透率均低于0.35 mD，屬于中低滲透率產層，且以小于0.1 mD 的低滲產層為主。表1為六盤水煤田部分勘查試采井煤層厚度、埋藏深度及滲透率。由表中可知：煤層氣井產層滲透率偏低，主要受區域高地應力、高變質程度及局部煤層開發深度大的共同影響，這與貴州省內煤儲層滲透率總體特征及空間變化規律一致。圖4為六盤水煤田部分勘查試采井煤層厚度、埋藏深度與滲透率關系。由圖中可知：產層滲透率總體表現為隨著埋藏深度增加而減少，這是由于當埋藏深度增加時，煤儲層受到的地應力也在增加，地應力是影響滲透率的首要因素，且隨地應力增大滲透率逐漸減小。

綜上所述，貴州合層開發煤層氣井產層滲透性差，使得區域煤層氣開發面臨挑戰。由于煤層埋深和煤儲層滲透兩者關系密切，為了降低煤層氣開發的難度，就需要合理選擇開發煤層深度，保障煤層氣開發效果。在織納煤田和黔北煤田中，由于其含氣飽和度相對較低且煤變質程度較高，則在開采過程中應與煤礦開采工作緊密結合，在煤層埋藏較淺的位置進行瓦斯地面預抽，以獲得經濟、安全與環保綜合效益［9–10］。

4 結論

（1）貴州省內受煤變質程度高的影響，煤層氣產層孔隙度較低，主要孔隙度在2%～6%左右。

（2）省內煤儲層大多發育兩組相互近正交的內生裂隙，且內生裂隙的非均質性極強，密度很大。外生裂隙及構造煤發育與區內深大斷裂活動有關，并與煤厚的相關性明顯。

（3）省內產層滲透率均低于0.35 mD，以小于0.1 mD 的低滲產層為主，總體上屬于中低滲率產層。

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