恩洪向斜煤储层特性及其地质影响因素

杨 松 秦 勇 申 建 兰凤娟 王宝文

(中国矿业大学资源与地球科学学院, 江苏 221116)

1 地质背景

1．1 构造和煤层发育特征

恩洪向斜位于古上扬子板块康滇古陆东缘, 呈NE-SW 向带状展布, 长53km, 宽9～20km, 构造线较紧密, 压扭性、张扭性和走向断层发育, 划分为平关- 大坪挤压构造区、大河- 恩洪拉张构造区、法乌- 新村张扭构造区和克依黑压扭构造区[2～3]。

上二叠统宣威组为以陆相为主的海陆交互相沉积, 厚205～335m, 平均250m; 含煤18～73 层,煤层总厚15．99～67．68m, 平均32m; 可采煤层8～20 层, 一般11～13 层, 可采厚度10～31m, 平均18m。

向斜内煤层厚度变化大, 其稳定性由东南部向北西部及东北部变差。可采煤层厚度等值线以NW向为主, 局部为SN 向; 含煤性由西向东、自北向南增高, 可采煤层层数增多, 煤厚增大。主要可采煤层多位于宣威组中、下部, 煤层结构自上而下由简单变复杂。富煤区分布于中段普查区东部、老书桌井田、7 井田及清水沟井田东部, 规模较大; 还分布于大坪普查区南部, 范围较小。在层域上, 宣威组下段含煤性较好, 中段最好, 而上段较差。

1．2 煤岩与煤质特征

恩洪向斜宏观煤岩类型以半亮和半暗煤为主,暗淡煤次之。煤岩显微组分以镜质组为主, 惰质组次之。镜质组含量介于50．3%～97．8%之间, 平均为74%; 半镜质组含量介于0．8%～18．6%之间,平均为6．7%; 惰质组含量在1．0%～41．4%之间,平均18%; 壳质组含量甚微。各煤层的矿物以粘土矿物为主, 含量一般在12%左右; 次为氧化物,含量一般在4．6%左右; 碳酸盐矿物及硫化物含量很少, 但下含煤段煤层硫化物含量较高, 有时可达3%以上[4]。

各煤层原煤灰分产率变化于4．76%～49．59%之间, 一般为12．53%～39．19%, 属中灰～富灰煤。挥发份产率变化范围为18．84%～24．83%, 平均20．67%。原煤全硫含量在0．06%～28．00%之间, 一般为0．10%～8．45%, 属特低硫～高硫煤。镜质组最大反射率在1．14%～1．88%之间, 煤级为焦煤～瘦煤。煤层层位降低, 煤化程度逐渐增高。在区域上, 镜质组反射率或挥发分产率等值线总体上呈NE- SW 向展布, 与向斜构造线一致, 煤化程度自NW 向SW 方向趋于增高。

2 煤储层物性特征

2．1 孔隙和裂隙发育特征

煤中天然孔裂隙是煤层气渗流通道, 直接影响着煤储层渗透率大小和方向, 是煤层气勘探开发关键因素。据钻孔煤芯和矿井煤层剖面观察, 向斜中煤层原生结构破坏严重, 裂隙发育。煤层中裂隙部分呈网状分布, 大多呈树枝状分布, 共发育两组裂隙 (表1) 。

表1 恩洪向斜煤层裂隙发育特征[5]

通过实测, 顺源煤矿焦煤的孔隙度介于0．7%～4．4%之间, 平均孔隙度2．8%, 孔隙度较低。压汞测试结果显示, 桃树坪矿煤中孔隙十分发育。从孔容来看： 过渡孔和微孔占有明显优势, 表明储气空间较大; 中孔发育程度明显较差, 意味着渗流通道可能受阻 (表2) 。从比表面积分析： 过渡孔和微孔占总比表面积的98%以上, 指示吸附能力较强, 有利于煤层气的储集 (表3) 。

2．2 煤层含气性特征

恩洪向斜煤层气含量较高, 一般在3．27 ～21．98m3/t 之间, 随埋藏深度的增加而增高, 随煤化程度的提高而加大。煤层气成分主要为甲烷, 浓度为63．51%～94．01%; 含少量的二氧化碳, 浓度范围在2．11%～16．61%之间; 氮气浓度为3．85%～23．58%, 但多低于5%; 重烃浓度极高。

恩洪向斜煤层气组分的一个显著特点, 是重烃浓度异常。据钻孔煤芯解吸资料统计： 老书桌井田重烃浓度为2．92%～34．6%, 平均达18．04%; 石洞山勘探区一矿段重烃浓度变化于1．06%～30．72%之间, 平均10．99%; 大坪普查区重烃浓度为0．75%～36．98%, 平均10．79%; 补木煤矿重烃浓度为0．30%～25．51%, 平均10．37%; 中段南部重烃浓度为0．25%～27．34%, 平均8．42%。此外,还含有少量丙烷等重烃成分, 具有明显的湿气的特点。

表2 桃树坪矿煤样比孔容压汞测试结果

表3 桃树坪矿煤样孔比表面积压汞测试结果

2．3 渗透性

云南煤田地质局等单位曾在恩洪向斜施工2 口煤层气井, 分别位于清水沟井田和向斜中段。根据试井结果： EH01 井9#和16#煤层的渗透率分别为0．016md 和0．0045md, EH02 井这两层煤的渗透率分别为0．011md 和0．013md, EH01 井21#煤层渗透率为0．056md[6]。由此显示： 煤层渗透性相对较差, 且变化极大, 不同钻孔同一煤层以及相同钻孔不同煤层的渗透率可以相差一个数量级, 说明煤层非均质性较强： 煤层层位降低, 渗透性有增高的趋势。

据钻孔煤芯观察, 9#和16#煤层的煤体结构以粉状为主, 煤层气渗流系统受到破坏; 下部煤层煤体结构较上部完整, 渗流系统保存相对较好。显然, 在煤层气勘探深度范围内, 煤层渗透率的高低主要受到煤体结构的控制, 埋深的影响相对较弱。

3 结论

恩洪向斜煤层累计厚度较大, 煤级适中, 煤层含气量和甲烷浓度较高, 煤层气资源丰富, 这是有利于煤层气开采的地质条件。煤中过渡孔和微孔的孔容和比表面积均占有明显优势, 中孔发育程度较差, 意味着煤层气储集条件较好, 但渗流通道可能受阻。下部煤层的渗透性好于上部煤层。同时, 重烃浓度极高是区内煤层气产出的一个显著特点; 复杂而强烈的构造变动致使煤层原生结构受到强烈破坏, 对煤层渗透性造成不利影响, 成为煤层气开采的不利地质因素。为此, 重烃浓度异常的地质原因值得进一步探究; 今后煤层气勘探开发工作的重点是加强对构造特征的研究, 在高含气性、低渗透性的条件下选用有针对性的勘探开发工艺。

[1] 陈励, 孔德宏．云南恩洪盆地煤层气异常分析[J] ．云南师范大学学报, 2004, 24 (1) ： 3- 7．

[2] 桂保林．恩洪- 老厂地区煤层气成藏条件研究[J] ．云南地质, 2004, 23 (4) ： 421- 433．

[3] 王朝栋, 桂保林, 郭秀钦等．恩洪煤层气盆地构造特征 [J] ．云南地质．2004, 23 (4) ： 471- 478．

[4] 易同生．恩洪矿区煤层气富集的控制因素 [J] ．矿物学报．2007, 27 (3/4) ： 493- 498．

[5] 聂俊丽, 邓明国．恩洪矿区煤层气资源评价及开发利用前景 [J] ．贵州科学．2007, 25 (增刊) ： 122 -128．

[6] 赵有洲, 桂宝林, 罗启亮等．恩洪煤田南部煤层气勘探项目总结 [J] ．云南地质, 2004, 23 (4) ： 443- 456．