潞安矿区构造软煤展布规律及其对开发效果影响的探讨

乔茂坡 胡秋嘉 窦 武 王小玲 桑广杰 樊 彬

(中石油长治煤层气勘探开发分公司 山西 046000)

潞安矿区构造软煤展布规律及其对开发效果影响的探讨

乔茂坡 胡秋嘉 窦 武 王小玲 桑广杰 樊 彬

(中石油长治煤层气勘探开发分公司 山西 046000)

本文以潞安矿区为例，基于岩心、测井曲线建立了煤体结构识别图版，划分了已开发区煤体结构，总结了构造软煤展布规律，探讨了其对压裂及排采工程的影响。研究表明，构造软煤与硬煤测井相应特征差异大，具有深侧向电阻率降低、深浅电阻率幅差增大及井眼扩径等特征。利用识别图版能有效划分出构造软煤，划分结果显示，构造软煤带的平面展布特征主要受大断裂构造控制，而局部小断层、褶皱控制了软煤层的发育程度。在实际生产过程中随着软煤层厚度的增加单井产量呈现下降趋势；究其原因主要是常规压裂在软煤层中造缝效果差，且排采过程中易产出煤粉，堵塞裂缝，导致单井产能降低。

潞安矿区 煤体结构 测井曲线 煤粉 压裂

煤体结构是煤层在构造应力作用下形变、破坏的产物，是煤储层物性、力学性质等间接反应。根据破坏程度划分为原生、碎裂、碎粒和糜棱结构煤，利用坚固性系数可将其分为硬煤(原生、碎裂结构统称)和构造软煤(碎粒、糜棱结构统称)。近年来，煤体结构对开发的影响越来越受到国内外专家重视，其中构造软煤对选区、压裂及排采工程等关键技术环节起着重要的作用。因此笔者以潞安矿区为例，分析了煤体结构展布规律，探讨了构造软煤对开发效果的影响，旨在为复杂煤体结构区的煤层气开发提供借鉴。

1 地质概况

潞安矿区位于沁水盆地南部，煤层气资源量3000亿方。构造主体为新生代叠加的长治新断陷，东以晋获断裂带为界，向西逐渐过渡为沁水盆地核部。地层为总体走向北北东、倾向北西的单斜构造，由南向北发育二岗山、中华-安昌、古城、文王山四大断裂带，断层、褶曲走向主要为NEE-NE、NNE-NE和NW向。区内主要含煤地层为山西组和太原组，山西组3号煤层单层厚度5～8m，横向分布连续、稳定，为主力开发层系；整体含气富集，含气量8～20m3/t，平均16m3/t；渗透率一般小于0.02mD，属于特低渗储层；煤体结构变化复杂多样，以碎裂-原生为主，局部多发育碎粒、碎裂-碎粒等构造软煤，对煤层气开发影响较大。

2 构造软煤测井定性识别

不同煤体结构煤层的密度、强度和裂缝发育程度等不同，导致测井响应特征也有所差别。理论上随着煤体结构破坏程度的增大裂隙发育程度增加，强度降低，含水性增强，导致导电性变好、声波时差增大、井眼扩径。但在实际应用过程中利用某一条测井曲线是难以进行准确识别的。通过20口井取芯化验分析与测井资料对比，建立了煤体结构与测井曲线交会图。发现构造软煤深侧向电阻率RD较低，一般小于5000Ω·m；且由于构造软煤在近井地带易受到钻井泥浆侵入，导致浅侧向电阻率下降，而深侧向电阻率探测深度较大，影响相对较小，引起电阻率增大率ΔRD((RD-RI)/RD，RD：深侧向电阻率、RI：浅侧向电阻率)一般20%以上；构造软煤力学强度低，钻井过程中井眼易垮塌形成扩径，扩径率ΔCAL((CAL-BIT)/CAL，CAL：井径测井值、BIT：钻头直径)可达到40%以上，利用上述测井曲线变化规律，可以有效识别出煤层中构造软煤的厚度。

3 软煤展布规律及与产气量的关系

利用识别图版划分了潞安矿区内五阳井区3号煤层的煤体结构。其构造软煤发育呈条带状分布特点，受构造形态、断层影响明显，具有以下展布规律：

(1)断裂构造控制煤体结构分布。距北部西川大断层1km以内是构造软煤相对发育区。且断层的延伸方向控制了软煤发育带的走势，软煤带与断层呈现近平行的分布特征。分析主要原因：一是由于断层对煤层造成直接破坏作用，煤体结构破碎；二是断层附近构造应力集中，导致煤层在顺层剪切过程中破坏加剧，从而形成断层附近的软煤发育条带。

(2)局部小断层密集区、褶皱发育区软煤层多发育。这些区域构造应力集中，煤体结构容易遭到破坏，同时在褶曲压扭性叠加作用下，多为粉沫煤。而在向斜褶曲两翼、宽缓的斜坡带，受构造应力影响较小，煤体结构保存完整，以原生-碎裂结构为主。

为了弄清煤体结构与产量的关系，选取了28口含气量测试大于15m3/t井，建立了硬煤厚度与日产气量关系，随着构造软煤比例的增加，日产气量呈下降趋势。当硬煤比例大于70%时，日产气量大于1000m3；以构造软煤为主的井日产气量较低，一般在200～500m3，硬煤比例一般小于50%。可以说构造软煤发育区，多为煤层气井的低产区。

4 煤体结构对开发工程的影响

压裂、排采是煤层气开发的关键工程技术，压裂是通过改善煤层渗透性提高单井产量的关键；排采是是煤层气稳定、连续产出的保障，煤体结构对产量的控制作用主要是基于对两大工程技术的影响。

(1)对压裂工程影响

不同煤体结构煤的裂隙发育特征及力学性质存在差异，决定了水力压裂的造缝效果，进而影响压裂投产后的产气效果。一般情况下，渗透率：碎裂结构煤>原生结构煤>构造软煤；岩石力学强度：原生结构煤>碎裂煤>构造软煤。通常硬煤经压裂后易获得工业气流，而构造软煤由于力学强度低、塑性强，压裂难以在煤层内形成预期的水平长缝或有效沟通的体积缝网。即使含气量很高，但是对于低渗煤层，改造增气难度大，影响单井产气量。

煤体破碎程度越大，井壁垮塌越严重，固井水泥环越厚，在构造软煤发育的井段，水泥甚至会大量挤入近井筒煤层的裂隙内，堵塞天然裂隙通道。并且当水泥环非常厚时，常规射孔弹甚至无法穿过水泥环，在压裂过程中，导致初期施工压力过高，压裂液传递分散，难以形成主缝，影响造缝效果。在压裂加砂段，压裂液优先沟通天然裂缝，硬煤天然裂缝发育程度较低，易形成主裂缝且持续延伸；而构造软煤，裂缝极发育，压裂液易进入主裂缝旁的次级裂缝中，并且发生转向，而支撑剂难以进入，导致虑失量增大，施工压力快速上升，严重时会形成砂堵，影响压裂改造效果。

(2)对排采工程影响

煤层气井排采管控是以控制井底流压为核心。排采强度的高低决定着煤层气藏生产压差及地层流体流速的大小。排采过程中，排采强度过大，容易携带出煤粉，堵塞裂缝或射孔孔眼，影响产量；严重时甚至堵塞筛管等，引发井故障，导致排采不连续，井底流压波动，对煤层造成应力损伤，致使裂缝闭合影响单井产量。

生产实践表明，以原生、碎裂结构煤为主的煤层气井排采过程中出煤粉较少，从力学角度分析，硬煤的岩石力学强度较大，应力敏感性相对较弱，受井底流压微幅变化影响较小；而构造软煤发育的井出煤粉较严重，并且应力敏感性强，井底流压的小幅度波动容易导致裂缝闭合，气井产量快速下降。含气量16m3/t，煤体结构以构造软煤为主，初期日降流压0.1MPa，煤粉大量产出、频繁卡泵，流压波动，多次检泵后气量虽能暂时恢复，但后期呈下降趋势。目前，日产气量200m3；而井区内原生结构煤发育、吨煤含气量相当的井，日产气量已达到1000m3以上。

5 结论与建议

(1)利用深侧向电阻率、深浅电阻率幅度差及井眼扩径增大率等测井响应特征，可以有效的识别出硬煤和软煤；一般硬煤电阻率较高、幅度差增大率小、井眼不扩径或微幅扩径；构造软煤电阻率降低、幅度差增大、井眼扩径较严重。

(2)煤体结构受断层、褶皱影响较大，构造软煤多分布在大断层附近，且断层走向对煤体结构分布控制作用明显；同时在靠近压扭性褶曲轴部位构造软煤也多有发育。一般硬煤发育的井易获得高产，而软煤发育井产量较低。建议在评价选区时，平面上应尽量避开构造软煤发育区，降低开发风险。

(3)构造软煤发育的层段不利于人工裂缝有效扩展，建议压裂改造时纵向上应尽量避开构造煤发育井段，例如可以考虑间接顶板压裂工艺；构造软煤应力敏感性强、且易产生煤粉，排采过程中应严格控制井底流压下降幅度，避免排采过激引起煤粉堵塞或裂缝闭合。

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(责任编辑 王一然)

Discussion on Distribution Law of Tectonic Soft Coal and its Effects on Development Effect in Lu’an Coal Mine Area

QIAO Maopo，HU Qiujia，DOU Wu，WANG Xiaoling，SANG Guangjie，FAN Bin

(Changzhi CBM Exploration and Development Branch of PetroChina Company，Shanxi 046000)

This dissertation used Lu’an coal mine area as an example，established the coal body structure identification charts based on core and logging data，classification of coal body structure of exploration zone，summarized the distribution rule of tectonic coal，discussed the effect of tectonic coal on fracturing and drainage engineering.Research shows that the difference of tectonic soft coal and hard coal logging corresponding characteristics，tectonic soft coal logging response is deep lateral resistivity decreasing、the difference between deep and shallow lateral resistivity values is increased and the enlargement of the well diameter.The indentification plate can effectively identify tectonic soft coal.The plane distribution characteristics of tectonic soft coal belt is mainly controlled by large fault structure，local small fault and fold control development degree of soft coal seam.Thickness of soft coal increased in gas production decreased in the actual production process；the main reason is the conventional racturing effect is poor in tectonic soft coal，and pulverized coal is easy to be produced in the process of discharging，which will easily lead to local congestion and this will beresulting in lower the production of single well.

Lu’an coal mine，coal body structure，logging curve，pulverized coal，fracturing

中国石油天然气股份有限公司重大科技专项“煤层气勘探开发关键技术研究与示范工程(2013E-22)”资助。

乔茂坡，工程师，硕士，现在中石油华北油田长治煤层气分公司从事煤层气勘探开发研究工作。