沁水盆地南部含气饱和度特征

高和群 韦重韬 曹佳 潘海洋

(1.中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏 221008;2.煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏 221008)

沁水盆地南部含气饱和度特征

高和群1,2韦重韬1,2曹佳1,2潘海洋1,2

(1.中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏 221008;2.煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏 221008)

以沁水盆地南部3#煤层和15#煤层为对象,采用类比法、内插法等方法对该区含气饱和度的空间分布规律及其控制因素进行了研究。结果表明,含气饱和度值由东向西、由南向北递增;含气饱和度与煤储层埋深具有良好的负相关性,即含气饱和度随煤层埋深的增加而降低。3#煤层含气饱和度总体上高于15#煤层。通过对含气饱和度影响因素分析,得出含气量和埋深对含气饱和度影响最大,煤厚影响显著。并根据含气饱和度特征,将沁水盆地南部划分为三个区,其中,Ⅰ区为煤层气开发前景最好的区块,Ⅱ区块次之,Ⅲ区块最差。

含气饱和度 储层压力 饱和含气量 实测含气量 沁水盆地南部

Abstract:Spatial distribution regularities of gas saturation and their controlling factors have been studied by geological analogy and interpolation for No.3 and 15 coal seams in the south of Qinshui basin.The results show that the value of gas saturation increases from east to west and south to north;there is a good negative correlation between gas saturation and reservoir depth.And the value of No.3 coal seam is generally higher than that of No.15 coal seam.Through analyzing on controlling factors of gas saturation,the most significant factors are gas content and burial depth;the coal thickness is second.At last,in accordance with gas saturation,3 blocks are divided into the whole south of Qinshui basin.By compared with each other,it has been found that the best block is blockⅠ,the second for blockⅡ,and the worst BlockⅢ.

Keywords:Gas saturation;reservoir pressure;saturated with gas;measured gas content;the south of Qinshui basin

1 引言

含气饱和度是煤层气选区评价与开发的重要参数,更是反映煤层气开发难易程度和煤层气井产能评价的一个重要指标,而沁煤层气田[1-4]。基于此,本文对沁水盆地南部主煤层含气饱和度特征及其控制机理进行研究。

2 理论依据及方法

本文以沁水盆地南部3#煤层和15#煤层为研究对象,收集和整理了117个煤层气井和煤田勘探钻孔资料,其中包括20余个煤层气井和10余个煤层瓦斯测试井,遍布整个研究区。

含气饱和度,即实测含气饱和度,是指实测含气量与实测储层压力投影到吸附等温线上所对应的饱和含气量的比值[5-6]。由如下式求得:

式中 Sm——实测饱和度,%;

P——实测储层压力,MPa;

V——实测储层压力投影到吸附等温线上所对应的饱和含气量,m3/t;

VL——朗氏体积,m3/t;

PL——朗氏压力,MPa。

含气饱和度的值由等温吸附线结合上式得到。朗缪尔参数(VL,PL)的选用,煤层气井的朗缪尔参数选用由吸附等温实验得出的参数,煤田勘探钻孔选用本钻孔所在研究区数口煤层气井通过插值法而得出的朗缪尔参数。

储层压力(P)的选用分两种情况:

首先,有抽水试验的钻孔,根据流体力学理论结合煤储层压力的求取方法,由于本区构造较为简单,水平方向上的构造应力较为均匀,可以使用其等效储层压力代替[5,7],如下式:

式中 h1,h2——抽水试段起始深度、终止深度,

m,m;

h——静止水位,m;

g——重力加速度,0.098N/kg;

ρ——水的密度,10-3kg/m3。

图1 沁水盆地南部主煤层埋深与储层压力的关系

其次,无储层压力、无抽水实验的钻孔。对研究区主煤层用已知资料进行了拟合(图1)储层压力与煤层埋深有着较好的正相关性,同时,图1中也给出了储层压力的计算式。

3 含气饱和度分布特征

根据上一小节的理论方法,求算出沁水盆地南部主煤层的实测饱和度。

图2 主煤层含气饱和度等值线图

3#煤层含气饱和度的值在12.60%～168.29%,一般在20.6%～128.01%,变化幅度较大。其值整体上较高,局部存在低值区,在区域上由东向西、由南向北递增(图2a)。含气饱和度的值明显分为三个区域。Ⅰ区,潘庄勘查区,由寺河矿整个矿区和成庄矿的一部分组成。本区含气饱和度的值普遍高于100%,并在北部出现两个高值区,煤储层已过饱和,这意味着该区存在着较多的游离气和水溶气;Ⅱ区,樊庄勘查区,含气饱和度中等;Ⅲ区,王坡-下村以东、尉迟以南的区域,含气饱和度最低。

15#煤层含气饱和度值在11.09%～132.42%之间变化,主要集中在21.39%～98.7%之间,分布相对集中。在横向上的变化规律与3#煤层相似,即饱和度由东向西、由南向北递增,但在Ⅱ区北部饱和度的值普遍较高,出现过饱和储层。

4 主控因素分析

造成本区含气饱和度差异的因素,主要有煤层含气量、埋深、煤厚、煤的有机质成熟度、水文地质条件等因素。

图4 含气饱和度与煤层埋深的关系

为了进一步研究含气量对含气饱和度的影响,对沁水盆地南部含气量的分布做了研究,通过地质类比法分析图2、3,发现含气饱和度的分布趋势与实测含气量一致,即随实测含气量的升高而增大。图3表明含气饱和度与含气量之间具有较高的相关性,并且数据点分布较为集中,所以沁水盆地南部含气量是决定含气饱和度的重要因素之一。

图3 研究区主煤层煤含气饱和度与含气量关系图

考察三个区域含气饱和度与煤层埋深的关系(图4)。结果显示,含气饱和度与煤层埋深有良好的负相关性,即随煤层埋深的升高而降低。其中,Ⅰ区和Ⅱ区的值分布较为集中,但Ⅰ区的值在埋深650m以深含气饱和度略有分散,Ⅲ区的含气饱和度值比较离散。

含气饱和度与煤层埋深的负相关性可用图5结合式1、2来解释。图5中,图的上方为饱和含气量与相应煤层埋深的拟合式,下方为实测含气量与埋深的拟合式。由式2可推出饱和含气量:

由式4,可知饱和含气量V随储层压力P的升高而增大,而图1中的拟合式表明储层压力(P)随埋深的升高而升高,所以饱和含气量亦随埋深的升高而升高。由图5,实测含气量总体上随埋深的升高而升高。而图5中的拟合式说明饱和含气量随埋深增加的速度大于实测含气量,即实测饱和度的变化取决于饱和含气量的大小,所以实测含气饱和度随煤层埋深的升高而降低。

煤厚对含气饱和度的影响较小,仅15#煤含气饱和度与煤厚有一定的相关性(图2b、图6),但其数据较为离散,而3#煤层的含气饱和度与煤厚关系不甚显著。通过图2、6,煤厚度大的区域,其含气饱和度也较高;同时也说明3#煤层厚度不是决定其含气饱和度大小的因素,而15#煤受厚度的变化却非常显著。

煤级对含气饱和度也有一定的影响,特别是Ⅰ区,其含气饱和度在各区块中最高,其煤级也是沁水盆地南部最高的[8],说明Ⅰ区煤级是影响含气饱和度的一个因素。

图5 饱和含气量、实测含气量与煤埋深关系

图6 15#煤层含气饱和度与煤厚关系

据本区水文地质资料分析[9],在樊庄勘查区中部大致在高村-南庄一线存在一条地下分水岭,从而在潘庄勘查区正好形成一个地下水局部“低洼”滞流区,深部地下水径流条件很弱,煤层气侧向和垂向运移微弱,形成地下水圈闭,提高了煤储层的含气饱和度。

5 结论

(1)沁水盆地南部主煤储层含气饱和度,3#煤层一般为20.6%～128.01%,平均70.53%;15#煤层一般为21.39%～98.70%,平均59.47%。

(2)含气饱和度由东向西、由南向北递增;其值明显分为三个区,各区差异显著。Ⅰ区,潘庄勘查区,由寺河矿整个矿区和成庄矿的一部分组成。本区含气饱和度的值普遍高于100%,并在北部出现两个高区,煤储层已过饱和,这意味着该区存在着较多的游离气和水溶气;Ⅱ区,樊庄勘查区,含气饱和度中等;Ⅲ区,王坡-下村以东、尉迟以南的区域,含气饱和度最低。

(3)含气饱和度与煤储层埋深具有良好的负相关性,即含气饱和度随煤层埋深的增加而降低,3#煤层含气饱和度总体上高于15#煤层。

(4)含气量和埋深对含气饱和度的影响显著,煤厚影响到局部煤层的含气饱和度大小,煤级和水文地质因素对含气饱和度也有一定的影响。

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Characteristics of Gas Saturation in South of Qinshui Basin

Gao Hequn1,2,Wei Chongtao1,2,Cao Jia1,2,Pan Haiyang1,2,Sesay Santigie Kekuda1,2
(1.College of Mineral Resource and Geoscience,CUMT,Jiangsu 221008;2.Key Laboratory of Ministry of Education of CBM resources and Accumulation Process,Jiangsu 221008)

国家P730项目(课题编号:2009CB219605);国家油气重大专项(项目编号:2008ZX05034-04)

高和群,男,中国矿业大学硕士研究生,煤层气勘探开发研究方向。

(责任编辑 黄 岚)