沁水盆地煤层气国际合作区块勘探现状

黄晓明 贾高龙 郭奕宏 王艳芳

(中联煤层气有限责任公司国际合作部,北京 100011)

沁水盆地煤层气国际合作区块勘探现状

黄晓明 贾高龙 郭奕宏 王艳芳

(中联煤层气有限责任公司国际合作部,北京 100011)

山西沁水盆地一直是国内煤层气勘探开发的热点地区,吸引了国内外众多煤层气专业公司和石油天然气公司来此投入商业运营。本文在详细评价了该盆地7个煤层气国际合作区块的基础上,全面介绍了其中5个区块的煤层气基本特征。内容涉及到煤层气地质条件、气含量、等温吸附特性、煤层埋深、渗透率和生产曲线等。综合分析对比这些参数,有助于我们了解沁水盆地煤层气的生产特性,进而确定其商业开采价值。

沁水盆地 国际合作区块 煤层气 潜力

沁水盆地是一个南北走向,东西对称的构造盆地 (图1)。近年来,由中联煤层气有限责任公司等和与其合作的国外众多专业公司的共同努力,发现该盆地石炭-二叠系煤层气藏。然而,目前的勘探开发热点还主要集中在盆地的南北两端,沁水盆地中部广大区域的煤层气勘探开发尚处于起步阶段。中联煤层气有限责任公司应壳牌中国公司的邀请,对沁水盆地内部国际合作区块的煤层气潜力做出了较为全面的评价。

1 柿庄南区块

柿庄南区块位于山西省沁水县与长子县境内,即沁水盆地东南部,合同区块面积388km2。其地理坐标为:东经112°33′～112°48′,北纬35°46′～36°58′。

中联公司与格瑞克能源公司于2003年1月8日签订《中华人民共和国山西柿庄南地区煤层气资源开采产品分成合同》,自2003年3月1日执行以来进行了联合地质研究,钻探完成了近六十口参数井及生产试验井,有近五十口井进行排采,煤层气产量一般为2000m3/d。目前已完成了总体开发方案的编制,即将进入开发阶段。

本区主要含煤地层为石炭系上统太原组、二叠系下统山西组,共发育煤层6～11层,其中山西组3号主力煤层平均厚度5.82m,太原组15号主力煤层厚度0.80～7.07m。区内总体构造较为简单,较大的断层有寺头正断层和后城腰正断层,还有一些小断层,断层方向主要呈北北东向和近南北向展布,地层倾向西北,倾角平缓,主力煤层埋藏深度在300～1000m,一般为700m。

区内有煤系基底的奥陶系灰岩裂隙岩溶含水层、太原组K2和K3灰岩含水层、山西组砂岩裂隙含水层、石盒子组砂岩裂隙含水层和第四系砂砾岩含水层,几套含水层系之间各自形成了独立的水动力承压系统,一般不存在水力联系。

该区主力煤层含气量在9.59～24.60m3/t之间,煤镜质体反射率在2.20%～3.99%之间,属于贫煤～无烟煤;主力煤层具有较强的生气能力和吸附能力,兰氏体积50.81～66.09m3/t,含气饱和度60%～90%,储层渗透率0.004～3.34md,3号煤层渗透率普遍高于15号煤层,3号煤层储层压力在2.82～3.83MPa之间,15号煤层储层压力在4.34～6.11MPa之间。

柿庄南区块含煤面积388km2,主力煤层平均总厚度10m,平均含气量15m3/t,煤容重1.4t/m3,估算煤层气总资源量可达810×108m3以上,平均资源丰度为2.09×108m3/km2。

2 柿庄北区块

柿庄北区块位于山西省长子县与高平县境内,即沁水盆地东南部,其地理坐标为:东经112°33′～112°48′,北纬35°58′～36°07′,合同区块面积374.92km2。截止目前,本区共完成了15条二维地震测线122.61km,和8口煤层气参数井和生产试验井的施工作业,并对4口井进行了排采,排采初期气产量较低。

本区主要含煤地层为石炭系上统太原组与二叠系下统山西组,山西组含煤3～5层、太原组含煤5～14层,煤层累计厚度为9.9～11.9m,平均厚度为10.9m。主要目的层3号煤层厚度4.4～7.0m, 15号煤层厚度为4.5～4.9m。煤层变化规律总体上表现为北薄南厚。

该区块地质构造较为简单,地层倾向西北,倾角平缓,主要有寺头正断层以及与之伴生的次一级断层,多呈北东向展布。区块内主力煤层埋藏深度一般为800～1100m。

该区块水文地质特征与柿庄南区块相似,含水层有煤系基底的奥陶系灰岩裂隙岩溶含水层、太原组灰岩含水层、山西组砂岩裂隙含水层、石盒子组砂岩裂隙含水层和第四系砂砾岩含水层。

煤岩分析成果表明,3号与15号煤层镜质组含量平均78%,惰质组含量平均21%,壳质组含量甚微。煤灰分平均14%,挥发分产率8.26%～15.24%,固定碳含量60.01%～77.49%,镜煤反射率Ro为2.04%～3.17%,煤类为贫煤～无烟煤。

主力煤层含气量一般为4～22m3/t,其中3号煤层含气量一般为4～16m3/t,15号煤层含气量一般为4～22m3/t。3号煤层含气饱和度为22.4%～100%,平均为62.4%;15号煤层含气饱和度为28.1～96.0%,平均为58.5%,多为欠饱和状态。煤储层渗透率一般小于1.0md。3号煤储层压力平均3.49MPa,15号煤储层压力平均4.36MPa,平均压力梯度为7.1KPa/m。

柿庄北区块含煤面积374km2,3号煤层厚度平均为5.7m,15号煤层厚度平均为4.7m,主力煤层含气量平均为16m3/t,煤容重1.4t/m3。估算煤层气总资源量870×108m3,资源丰度为2.33×108m3/ km2。

3 寿阳区块

寿阳区块位于晋中市寿阳县,西距太原市约50km。区块范围地理坐标为:东经112°49′～113° 21′,北 纬 37°30′～ 37°55′,区 块 面 积 为1961.892km2。

本区煤层气勘探历经十多年,进行了综合地质研究、煤层气资源评价以及勘探开发可行性研究。由中联公司和远东公司等完成了地震、煤层气参数井、水平井及定向井排采作业,先导性试验井产气量一般为600m3/d,最高气产量1600m3/d。

寿阳区块位于沁水煤田的东北部,区内构造较为简单,地层倾角一般5°～12°。构造多呈短轴褶曲,见有蔡庄向斜、大南沟背斜和草沟背斜等。区内以正断层为主,断层对煤储层有一定影响,局部地段地层倾角可达30°。区内西北部的煤层露头附近的浅部地区发育有岩溶陷落柱。煤储层埋深500～1400m(图2)。

图2 寿阳区块3号煤埋深等值线图

本区主要含水层有中奥陶统灰岩岩溶裂隙含水层、太原组灰岩裂隙含水层、山西组砂岩裂隙含水层、第四系砂砾石层孔隙含水层。本区各含水层之间基本是相对独立的含水体系。

含煤地层主要为太原组和山西组,共含可采煤层5～7层,可采煤层总厚度6～14m。中部韩庄井田为6～14m,东部和西部煤层厚度为6～10m。煤中显微组分以镜质组为主占83%,惰质组占14%,半镜质组含量占3%。3号煤为低中灰～低硫煤,6号煤为中灰～中硫煤,8号煤为中灰～中硫煤,9号煤为中灰～低中硫煤,15号煤为低中灰～中高硫煤。煤类为瘦煤和贫煤,均属高发热量煤,煤的镜质组反射率为1.60%～2.60%。

煤层含气量在7～23m3/t之间,平均13.02m3/t。煤层气成分以甲烷为主,含量占 70.63～99.87%。本区煤的吸附能力很高,3号煤原煤的饱和吸附量平均 28.29m3/t,兰格谬尔压力平均2.41MPa,煤储层压力在400～600m深度区间内变化于2.53～4.67MPa,在600～900m深度区间内变化于3.25～6.85MPa,寿阳地区煤储层总体上表现为地层欠压。煤层渗透率为0.1～82.8md。

煤层气资源评价成果:3号煤层预测储量为919.49×108m3,15号煤层预测储量为 924.01× 108m3,其它煤层的推测资源量为2621×108m3,所有煤层的煤层气总资源量为4855×108m3,总资源丰度为2.48×108m3/km2。

4 沁源区块

沁源区块位于山西省沁源县、沁县境内,区块地理坐标为:东经112°11′00″～112°46′00″,北纬36°22′00″～ 37°00′00″,区块登记面积为3663.303km2。

中联公司与格瑞克能源公司于2003年1月8日签订《中华人民共和国山西沁源地区煤层气资源开采产品分成合同》,自2003年3月1日执行以来,进行了联合地质研究,钻探完成了十多口参数井及先导性开发井组,目前大部分煤层气井正在进行排采作业,排采初期气产量较低。

该区块位于沁水盆地中部,为一个宽缓的向斜构造,地层倾角5°～15°,伴有波状起伏,区内断层稀少,在沁源县松罗村附近发育有东西向的松罗正断层,区块内无明显的岩浆活动,但存在陷落柱。煤层埋深一般300～1500m左右。

本区主要含煤地层为山西组与太原组。山西组由浅灰色中细粒砂岩、含细砾粗砂岩、深灰色～灰色泥岩、粉砂岩和煤层组成,底部为深灰色中粗粒砂岩 (K3北岔沟砂岩)标志层,山西组平均厚度为40m,共含煤3～6层,其中3号主力煤层厚度一般为3m。太原组由深灰色砂岩、粉砂岩、黑色泥岩和含动物化石的灰岩以及煤层组成,底部为浅黄色厚层状中细粒石英砂岩 (K1晋祠砂岩)标志层,太原组平均厚度为120m,共含煤9～14层,含煤总厚度3.83～13.65m,其中8号煤层厚度0.15～1.83m,9+10(15)号主力煤层厚度 0.15～5.12m。

该区块西部700m以浅范围内,3号煤含气量平均3.5m3/t,15号煤含气量平均4.5m3/t;而在该区块以东的潞安一带3号煤含气量平均10m3/t,15号煤含气量平均9m3/t;在屯留一带,3号煤含气量平均12m3/t,15号煤含气量平均11m3/t。本区块3号煤层与 8+9(15)号煤层含气量平均12.5m3/t以上。总体讲,盆地北部的寿阳和南部的晋城一带要比中部的沁源一带含气量高。

本区块含煤面积3660km2,煤层平均总厚度8m,煤的容重1.4m3/t,平均含气量13m3/t,估计煤层气资源总量5330×108m3,资源丰度为1.46× 108m3/km2。

5 古交区块

古交煤层气勘查区块位于山西省太原市西约15km处,地理坐标为:东经111°59′～112°21′(,北纬 37°34′～ 37°55′,区 块登 记 面积 为1045.588km2。

该区块位于西山煤田内,地质勘探程度高,勘探钻孔多。目前与泛亚大陆公司合作勘探开发本区块的煤层气资源,已施工完成了数口参数井与开发试验井,经3口井的排采作业,初期产气量一般为1000m3/d。区内断裂构造以北东东向为主,其它方向展布的断裂数量少、规模小,主要褶皱构造有北东东向的狮子河-马兰向斜和水峪贯-泉泉寺向斜,少量的陷落柱发育。煤储层埋藏深度一般为200～1000m。

本区水文地质条件较简单,发育有四套含水层:中奥陶统灰岩岩溶含水层、太原组灰岩裂隙含水层、山西组砂岩裂隙含水层、第四系砂砾层孔隙含水层,各含水层之间基本是相对独立的含水体系,沿气田周边分布的富水带对深部的煤层气具有相当程度的封闭性。

本区主要含煤地层为二叠系下统山西组及石炭系上统太原组。山西组主采煤2号煤层平均厚度2.3m,太原组主采煤8号煤层平均厚度3.9m、9号煤层平均厚度2.2m,三个主力煤层厚度稳定-较稳定。

本区原煤灰分一般为20%,挥发分一般为15%,原煤硫分1%～2%,发热量一般为35MJ/ kg,镜煤反射率1.1%～2.5%,煤类为肥煤-焦煤-瘦煤。

西山煤田范围内,含煤面积2165km2,三个主力煤层的含气量均大于8m3/t,其煤层气资源量约为937×108m3,气田内所有可采煤层的煤层气资源总量约为1266×108m3。所登记的古交煤层气勘查区块内,含煤面积 1045km2,主力煤层总厚度8.4m,平均含气量8m3/t,煤的容重1.4m3/t,估算煤层气资源量 980×108m3,资源丰度为 0.94× 108m3/km2。

6 结语

沁水盆地是我国煤层气勘探开发较为成熟的地区,估算煤层气资源总量为3.95万亿m3。

煤层气资源主要是以吸附气和少量游离气的形式赋存于晚古生界石炭-二叠系煤储层和煤系地层中。

煤层埋深为200～1500米,含气量为8～23m3/ t,渗透率为0.004～82.8md,煤层气产量一般为2000m3/d,个别达上万方。

本文在评价了沁水盆地内七个国际合作区块的煤层气潜力的基础上 (表1),较为详细的论述了其中五个区块。

表1 沁水盆地煤层气国际合作区块勘探成果

[1] 全国煤炭资源预测与评价研究报告 [R].北京:中国煤田地质总局,1997.

[2] 戴金星等.中国天然气地质学.卷2,北京,石油工业出版社,1996.

[3] 冯三利等.21世纪中国煤层气产业发展与展望[M].北京:煤炭工业出版社,2003.

[4] 叶建平等.中国煤层气勘探开发技术研究 [M].北京:石油工业出版社,2007.

[5] 王明寿.山西煤层气资源概况及找气方向 [J].中国煤层气 (4),1996. (责任编辑 桑逢云)

General Exploration Status of the CBM Blocks in Qingshui Basin

Huang Xiaoming,Jia Gaolong,Guo Y ihong,Wang Yanfang
(China United Coalbed Methane Co.,Ltd.,Beijing 100011)

Qinshui basin in Shanxi province is always hot spot for CBM development and exploration which has attracted many CBM companies and oil and gas enterprises for commercial operation.A total of seven CBM blocks in the Qinshui Basin were evaluated exactly,and five of them were introduced briefly in the paper. Comparisons and analysis of the geological conditions,the gas content with the isotherms and the burial depth of the coal seams,and the production rate with permeabilityof coal seams are conducted to understand the gas productivity,and to help determine the potential for commercial development.

Qinshui basin;lease area;coalbed methane;potential

黄晓明,男,毕业于浙江大学地质系,高级工程师,从事煤层气地质勘探与开发。