准噶尔盆地东部煤层气地质特征及有利区优选

彭文利，薛　冽，胡　斌，其其格

（中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院地球物理研究所，新疆乌鲁木齐830013）

准噶尔盆地东部煤层气地质特征及有利区优选

彭文利，薛冽，胡斌，其其格

（中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院地球物理研究所，新疆乌鲁木齐830013）

对准噶尔盆地东部基础资料进行分析，研究了中—下侏罗统西山窑组和八道湾组煤层分布特征、煤岩煤质、储层物性及等温吸附特性、含气性，煤层气成因类型及成藏条件等，预测了准噶尔盆地东部煤层气勘探潜力。结果表明，准噶尔盆地东部侏罗系煤层分布广泛、厚度大，煤岩煤质较好 （灰分、水分含量低，相对富含镜质组），煤储层物性较好、吸附性能为中等—差，煤层气资源丰富、成藏条件较好，勘探潜力巨大。根据建立煤层气资源丰度、煤层厚度、气含量、吸附饱和度、煤层原始渗透率、构造发育程度及水文地质条件参数建立选区评价标准，对工区煤层气有利区进行筛选，优选了准东乌鲁木齐—大黄山、沙帐、白家海地区为煤层气勘探的有利目标区域，合计面积达2630km2，合计资源量3000×108m3，具有较大的勘探潜力。

准噶尔盆地东部；侏罗系；煤层气；评价标准；有利区

准噶尔盆地位于新疆北部，面积约为13× 104km2，是一个大型含煤盆地，是我国西北地区中—下侏罗统煤系分布最广、煤层气资源丰富的盆地。主要为低变质长焰煤，其次有少量的肥煤，均属低阶煤。盆地东部含煤层系为侏罗系西山窑组、八道湾组，煤层分布广泛，厚度大，存在多个富煤中心，煤炭资源丰富，具备雄厚的煤层气勘探资源基础，目前是煤层气勘探程度相对较高的区域。截至目前，盆地东部共实施了23口煤层气探井，其中2/3为参数井，该区A井、B井、C井经测试煤层含气量较高，显示了该区低阶煤良好的勘探前景。近年来，新疆油田公司先后利用22井、23井、011井、8井、H1井等5口井。油气探井获取了煤岩岩心，并进行了煤岩工业分析、显微组分、成熟度、孔渗物性、等温吸附性、气体组分及其碳氢同位素测定，为该区煤层气勘探潜力评估提供了数据基础。

1　煤层地质特征

准噶尔盆地东部含煤地层为下侏罗统的八道湾组和中侏罗统的西山窑组，煤层分布广泛，厚度大，存在多个富煤中心，煤炭及煤层资源丰富［1-3］。

1.1煤层分布特征

下侏罗统的八道湾组煤系地层在准噶尔盆地东部分布总规律是南厚北薄，煤系地层厚的地区，煤层也厚，八道湾组煤层厚度为0～108m，埋深小于2000m的煤层主要分布于乌鲁木齐—大黄山、沙帐地区。

西山窑组煤系地层在准噶尔盆地东部分布广，其底部煤层分布广泛且稳定，存在多个聚煤中心。南部富煤区位于硫磺沟—阜康一带，含煤层2～35层，总厚可达187m；白家海—滴南地区，含煤层1～3层，厚度为5～20m；北部西山窑组含煤层1～26层，厚度为5～85m，分为沙帐、大井、梧桐窝子地区富煤带。

1.2煤岩煤质及储层物性

准噶尔盆地东部八道湾组煤岩类型以光亮型和半亮型为主，夹较多的镜煤条带，少量暗煤和丝炭线理。煤层具有低灰分、低水分、中低挥发分、特低硫的特点，煤级从长焰煤—贫煤均有发育。西山窑组下含煤段灰分产率一般低于中含煤段，都以低中灰分为主，总体属低—低中灰煤，单样灰分测试结果从特低—低—低中—中高灰分均有分布。全硫分含量以特低、低等为主，仅个别矿区达到中等。西山窑组煤层水分含量变化不大，以中水分煤为主。东部梧桐窝子煤层比西部和中部挥发分高，一般在35%以上。各煤层的挥发分产率变化幅度不大，总体属于中—高挥发分煤。煤级为弱黏煤、中黏煤和气煤。

准噶尔盆地东部地区西山窑组煤储层渗透率变化较大，孔隙以中孔、大孔为主，其次是小—微孔。总的来说煤层储集性、连通性较好，但具有一定的非均质性［4-6］。

1.3煤层气成因类型

根据煤层气的成分组成和甲烷碳同位素值（-26.18‰～-75.4‰）判别，准噶尔盆地东部煤层气成因多样，既有生物成因，也有热成因，主要为混合成因；白家海地区煤层气为典型的热成因，气体含有重烃，甲烷碳同位素重；FM1井为次生热成因，说明气体经过短距离运移；大井地区甲烷碳同位素轻，为生物成因，主要以二氧化碳还原型为主。

1.4等温吸附特性、含气性

准噶尔盆地东部地区不同区块煤层的吸附能力有所差异，阜康、大井等地区矿井煤岩样品等温吸附试验表明，阜康地区煤层吸附能力强，其次为吉木萨尔地区，北山煤窑、五彩湾矿区、白家海地区、老君庙矿区煤层吸附能力较弱，沙帐地区煤层吸附能力总体较弱，大井地区煤层吸附能力最弱。八道湾组煤层强于西山窑组煤层，北部地区西山窑组煤层吸附量小于南部地区的煤层；兰氏体积也总体明显低于我国其他地区相同煤级煤，表明工区北部地区煤的吸附能力偏低 （图1）。

准噶尔盆地东部中—下侏罗统西山窑组、八道湾组煤岩相对富含镜质组，有利于煤层气的生成、吸附和储集。阜康凹陷区煤岩的热演化程度高，克拉美丽山前煤岩热演化程度低，但大部分区域镜质组反射率 （Ro）大于0.5%，达到了热成因生气的阶段 （图2）。有机质含量一般为85%～95%，有机显微组分基本在80%以上，具有大规模生气的物质条件。

图1　准噶尔盆地东部煤层等温吸附曲线图Fig.1　Isothermal adsorption curves of coal bed in eastern Junggar Basin

图2　准噶尔盆地东部中—下侏罗统煤层镜质组反射率平面图Fig.2　Vitrinite reflectivity plane of middle and lower Jurassic in eastern Junggar Basin

1.5勘探潜力分析

准噶尔盆地东部侏罗系煤系地层现今构造形态较简单，南部为山前冲断带，其余大部分区域均为单斜形态，地层倾角小于10°。煤层顶底板多为泥岩，封闭性较好，对煤层气的保存比较有利。研究认为，准噶尔盆地东部侏罗系煤层分布广、厚度大，煤岩煤质较好 （灰分、水分含量低，相对富含镜质组），煤储层物性较好，吸附性能为中等—差，煤层气资源较丰富、成藏条件较好，具有较大的勘探潜力。

2　有利勘探区块评价优选

煤层气区块评价优选是煤层气勘探开发的基础工作，用合适的评价方法，才能有效评价煤层气分布规律，指导煤层气有利区的选择。应用煤层气选区评价标准，结合准噶尔盆地东部煤层气勘探资料及研究认识，对该区进行了有利区评价优选。

2.1煤层气选区评价参数标准

据李五忠［7-8］等对不同煤阶煤层气选区评价参数的研究成果，结合准噶尔盆地煤层气地质条件、典型地区煤层气勘探开发现状，基于煤层气的产出机理，从影响煤层气产出的主要地质因素入手，确定评价参数为：煤层气资源丰度、煤层厚度、含气量、吸附饱和度、煤层原始渗透率、构造发育程度及水文地质条件。

在对影响煤层气开发的地质因素综合分析的基础上，根据煤层气地质条件的差别，确定准噶尔盆地评价参数标准为：①煤层气资源丰度大于0.5×108m3/km2；②煤层单层厚度大于2m；③低煤阶含气量大于3m3/t，中煤阶含气量大于6m3/t；④煤层气吸附饱和度大于60%；⑤煤层原始渗透率大于0.1mD；⑥煤体结构简单，破坏程度轻；⑦简单降压排水。

根据上述原则和标准，确定乌鲁木齐—大黄山地区、沙帐、白家海地区为煤层气勘探有利区，总面积为2630km2。

2.2乌鲁木齐—大黄山地区

乌鲁木齐—大黄山地区侏罗系西山窑组、八道湾组均发育，西山窑组煤层主要分布于乌鲁木齐—阜康区块，埋深在2000m以上煤层的分布面积为485km2，煤层平均厚度为70m （图3）。据资料显示，该区含12个煤层，其中45号、43-42号、41号煤层较稳定，西山窑组上部煤层以亮煤为主，镜煤、丝炭、暗煤次之，下部以半亮煤和半暗煤为主；煤层显微组分以镜质组为主，含量约为40.69%～90.09%，纵向上仍是上部煤层镜质组相对较高。煤层原煤水分为2.63%～3.98%，灰分为 11.65%～21.84%，；挥发分为 40.71%～41.94%，属低水分、中灰煤、高挥发分煤；煤层镜质组反射率为0.62%～0.76%，煤级为长焰煤和不黏煤。

图3　乌鲁木齐—大黄山地区西山窑组煤层分布图Fig.3　Distribution of coal beds in Xishanyao Formation of Urumqi—Dahuangshan area

八道湾组煤层在乌鲁木齐—大黄山地区分布广泛，埋深在 2000m以上的煤层分布面积为710km2，一般厚度为5～20m，在阜康—大黄山地区煤层富集，平均厚度为56m（图4）。该区八道湾组含煤45层，各煤层显微组分以镜质组为主，含量为 72.2%～85.3%，原煤水分为 0.91%～2.53%，灰分为8.64%～20.23%，挥发分一般为10.34%～49.22%，特低水分；属低灰—中灰分、低—高挥发分煤；以长焰煤为主，少量气煤、肥煤，煤质好。已钻探了A井、B井、C井，煤层含气量较高，平均含气量达11.0m3/t，A井、B井测试达到工业气流。

图4　乌鲁木齐—大黄山地区八道湾组煤层分布图Fig.4　Distribution of coal beds of Badaowan Formation in Urumqi—Dahuangshan area

据新疆煤炭地质局［6］估算，乌鲁木齐—大黄山地区煤层气资源量近2000×108m3，煤层气资源丰富，勘探开发前景好。

2.3沙帐地区

准东沙帐地区侏罗系西山窑组、八道湾组均发育煤层。西山窑组中部、底部煤层发育，底部煤层较稳定，埋深在2000m以上煤层分布面积为1180km2，煤层厚度为5～85m，平均为26.5m；八道湾组上煤层埋深在 2000m以上的面积为1660km2，厚度为0～20m，平均厚度为12.0m （图5）。该区钻探的S井煤岩岩心分析结果表明，井区镜质组反射率 （Ro）为0.64%～0.77%，平均达0.69%；煤级以气煤为主，少量长焰煤；煤层镜质组含量为38.65%～56.58%，平均为49.27%，壳质组含量为18.0%～25.25%。实验分析证明，壳质组产气率略大于镜质组，远大于惰质组，由此推断S井煤岩处于大量生气阶段。由于煤样灰分、水分含量较邻区高 （灰分平均为9.15%、水分平均为 13.45%），吸附性能极差，兰氏体积为1.76m3/t，远小于邻区五彩湾煤矿煤样的兰氏体积，因此解吸实验测定的气含量也很低。2012年，新疆油田公司用油气探井H井在该区进行西山窑组、八道湾组煤层取样系统化验，结果显示，西山窑组煤质较好，煤层孔渗物性较好，核磁法测定的孔隙度、渗透率较高。八道湾组煤质更优，灰分、水分、挥发分都较高，镜质组含量高，壳质组占1/3。该井含气低是由于井区煤岩变质程度低，Ro均小于临界值。

图5　沙帐地区煤层气勘查评价图Fig.5　CBM exploration and evaluation in Shazhang area

国内外煤层气勘探开发实践表明，煤层吸附性能及含气性也存在非均质性［9-12］，低煤阶煤层气富集受构造控制，在背斜、鼻状构造带含气性好；向斜区含水量相对较高、含气性差。沙帐地区煤层规模大、埋藏浅，具备较大的勘探潜力，值得进一步探索煤。

2.4白家海地区

根据油气探井资料，白家海地区西山窑组发育煤层1～2层，单层厚度为2～20m，总厚度为5～20m。煤层平面分布比较稳定，有2井区、49井区和8井区3个富煤区，煤层总厚度大于5m的分布面积为3682km2。该区西山窑组煤层埋深东北部浅，西南部深，白家海地区中部埋深在2000m左右。

2012年，新疆油田公司利用油气探井8井在西山窑组底部密闭取心获得煤岩岩心，煤岩主要为块状半暗型、特低灰分、中高挥发分的肥煤；富含镜质组，演化程度高，正处于大量生气阶段，煤孔隙中存在大量的游离气，煤层地解压差大，煤层气易解吸。前期测试504井时，压裂后排水时间不长便见气流，也说明白家海地区煤层气易解吸，是吸附气、游离气互动型区域。有利区域为8井至37井，油气探井煤层气测异常明显，气测值较高，分布面积较大，预测煤层气资源量达500× 108m3，资源丰度较高 （图6）。

图6　白家海地区西山窑组煤层气综合评价图Fig.6　CBM exploration and evaluation of Badaowan Formation in Shazhang area

3　结束语

（1）准噶尔盆地东部含煤层系为侏罗系西山窑组、八道湾组，煤层分布广泛，厚度大，存在多个富煤中心，煤炭资源丰富，具备雄厚的煤层气勘探的物质基础。

（2）煤岩热演化程度高的区域为阜康凹陷区，预测镜质组反射率 （Ro）可达1.0%，克拉美丽山前煤岩热演化程度低，但大部分区域镜质组反射率大于0.5%，达到了热成因生气的阶段。

（3）准噶尔盆地东部侏罗系煤层气富集成藏主要受煤质和热演化程度控制，平面分布规律为南好北差、西好东差。

（4）根据盆地东部中—下侏罗统西山窑组、八道湾组煤层分布特征、煤质特征及埋深、煤层热演化程度、煤层围岩条件，推断该区具备煤层气藏的条件，乌鲁木齐—大黄山、白家海、沙帐地区为有利勘探区域。

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CBM Geological Characteristics and Favorable Zone Optimization in Eastern Junggar Basin

Peng Wenli，Xue Lie，Hu Bin，Qi Qige
（Geophysical Institute，Exploration and Development Research Institute，PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Urumqi，Xinjiang 830013，China）

We analyzed the basis data of eastern Junggar Basin，probed into the distribution characteristics of coal seam，coal rank，reservoir property and isothermal adsorption property，gas-bearing property，CBM genetic type and reservoir forming conditions，and predicted the exploration potential of CBM in the area.Results showed that the Jurassic coal bed was widely and thickly distributed in eastern Junggar basin，with better coal rank（low content of ash and moisture and richer vitrinite），better reservoir property，medium-poor adsorption property，abundant CBM resources and better reservoir forming conditions，and huge exploration potential.According to CBM abundance，thickness，gas content，adsorption saturation，primary permeability of coal seam，structure development degree，and parameters of hydrogeologic conditions，we formulated the standard for zone selection and evaluation，selected favorable CBM zones in the work area，and determined that Urumqi-Dahuangshan，Shazhang，and Baijiahai areas in eastern Junggar Basin were favorable targets for CBM exploration，with total acreage being 2630 square kilometers and total resources of 320 billion cubic meters.They have greater exploration potential.

eastern Junggar Basin；Jurassic；CBM；evaluation standard；favorable area

P618.11

A

中国石油天然气股份有限公司重大科技专项 （2013E-2201）。

彭文利 （1969年生），女，硕士，工程师，主要从事石油天然气及非常规油气综合研究工作。邮箱：pwli@petrochina.com.cn。