条湖-马朗凹陷煤层气富集规律及开发潜力评价

梁 辉 李新宁 常玉琴

(中国石油吐哈油田分公司勘探开发研究院，新疆 839009)

条湖-马朗凹陷煤层气富集规律及开发潜力评价

梁 辉 李新宁 常玉琴

(中国石油吐哈油田分公司勘探开发研究院，新疆 839009)

为了研究三塘湖盆地条湖-马朗凹陷侏罗系煤层气的富集规律，本文从地质、地球化学、水文地质条件、录测井资料等多方面入手，分析了煤层发育特征、煤层气成因、储层物性、含气量、保存条件及成藏因素。研究认为，马朗凹陷煤岩成熟度较低，Ro在0.4%～0.5%，煤层气以生物成因气为主，条湖凹陷煤岩成熟度较高，Ro在0.5%～0.7%，煤层气主要为热成因气，实测煤层孔隙度在8%以上，含气量在3～4 m3/t，是三塘湖盆地煤层气勘探最为有利区块，成藏条件优越。结合历年排采井生产特点来看，只要采用合适的钻井、完井、储层改造措施及排采制度，将具有一定勘探开发潜力。

煤层气 低阶煤 含气量 游离气

马朗-条湖凹陷位于三塘湖盆地中部，是一个发育中侏罗统低煤阶煤层的大型聚煤中心，蕴藏着丰富的煤层气资源。研究区煤层气勘探程度高，覆盖三维地震，煤层钻井资料和分析资料丰富。分析认为该区煤层厚度大、分布稳定、含气较为活跃，地震资料解释马朗-条湖凹陷北部煤层埋藏浅，1500m以浅煤层气有利区面积大，是三塘湖盆地煤层气勘探最为有利的区块(图1)。

图1 条湖-马朗凹陷西山窑组煤层总厚度等值线图

在前期钻探过程中，条湖-马朗凹陷多数油气井均钻到煤层，煤层段气测异常活跃，全烃值在1%～40%，成份主要为甲烷，深层乙烷等重烃成份增多，且发现气测值大小受煤层厚度和构造圈闭等因素影响明显。从历年煤层气井排采数据来看，该区煤层常规射孔后，储层供液差，压裂后，存在返排率低、产水量与产气量低问题，但产气稳定，在100～500m3/d。

1 条湖-马朗凹陷煤层气富集规律研究

1.1 煤层展布和构造特征

地震解释和钻井证实马朗-条湖凹陷煤层发育，含煤面积约2553km2，整体呈“北厚南薄、南深北浅”特征，煤层厚度从北往南逐渐减薄以至尖灭，向东西边缘厚度减薄，到马东、马中地区岩性逐渐过渡到泥岩、碳质泥岩(图2)，聚煤中心位于M49-M37-M41-T11-T281-T29一带，煤层厚度在10～51m，其中M37井煤层单层厚度达51m。埋藏1500m以浅煤层主要集中在条北-马北构造带上，该区煤层厚度大、埋藏浅，勘探面积约1200km2，发育多个大型正向背斜、断背斜圈闭，对煤层聚集成藏起着关键作用。

1.2 煤层气成因及物性特征

1.2.1 煤层气成因及水文地质特征

煤层气成因类型一般划分为生物成因和热成因，生物成因煤层气可分为原生和次生生物成因。目前判断煤层气成因比较成熟的指标有Ro、碳同位素、煤层气组份比例等。条湖-马朗凹陷煤层实测Ro在0.4%～0.7%之间，由盆地边缘到中心Ro逐渐增大，条湖凹陷成熟度整体较高，煤层Ro大部分在0.5%～0.7%之间，进入热成因气阶段，马朗凹陷集中在0.4%～0.5%之间，以生物成因气为主。

T15井870m煤层实测煤层气甲烷碳同位素б13C一般在-52.63‰～-53.05‰之间，按照煤层气行业研究，Ro为0.5%和甲烷碳同位素б13C一般在-55‰界限划分生物成因气和热成因气类型来看，条湖-马北构造带煤层气为生物成因气和热成因气共同补充。另外，根据煤层气气体组份来看，煤层埋藏浅的区域，煤层气组份主要为甲烷，如M203井埋深不到500m，甲烷含量占90%以上，为典型的生物成因煤层气，随着深度增加，到1000m左右，甲烷百分比迅速降低，乙烷等重烃比例开始增大，煤层埋深达2000m的TC1井，乙烷及其它烃类组份比例达到10%以上，说明煤层进入大量热成因气生气阶段。从马朗-条湖凹陷煤层段气测全烃值随深度变化趋势来看，含气量存在一个临界深度，大致在1200～1700m。在临界深度以浅，煤层气测值随深度增大而增大，超过临界深度后，含气量随深度的增大而降低(图3)。

从水文地质条件看，该区煤层水矿化度低，在1000mg/L～5000mg/L，苏林水型为NaHCO3水型，说明煤层受到后期地表水补给，具备低煤阶煤层甲烷菌的生长和生物气形成条件。另外，从整个地区煤层水矿化度分布看，条湖-马朗凹陷矿化度呈南低北高特征，这说明北部处在泄水区，为煤层气运移有利区，且发育正向构造，有利深层热成因气补充和富集。

1.2.2 煤岩显微组分及等温吸附特征

影响煤层气含量的诸多因素中最重要的是煤岩组份，煤岩组份中镜质组含量的变化对甲烷含量起着一定的控制作用。镜质组含量增加，含气量增高，反之亦然。

图2 条湖-马郎凹陷西山窑组煤层东西向厚度对比图

图3 煤层气含气与埋深关系图

该区煤岩以暗淡煤和半亮煤为主，煤岩显微组份分析显示，煤岩组份主要为镜质组和惰质组，壳质组含量少，这说明煤岩品质好，利于煤层气生烃和吸附。其中镜质组占26%～73%，惰质组为1%～73%，壳质组在0.4%～32.2%之间，矿物质含量在0.5%～2.8%。从T15井煤层取芯显微组份看，镜质组和惰质组纵向比例变化多，说明煤层沉积环境不断变化，非均质性强。

等温吸附的实验结果表明，T15井煤层兰氏压力在6.39～9.55MPa，平均7.84MPa，兰氏体积在11.14m3/t，临界解析压力在3.5～4.5MPa，而该区地层压力在4～15MPa，对煤层气保存和解吸较为有利。

1.3 煤层物性及含水量评价

T15井煤岩实测孔隙度在8.07%～11.59%(样品深度：843-851m)，以中、小孔为主。从该区煤层历年排采数据来看，常规射孔产水量低，如X井常规射孔后，第一天产水5～8m3，但到第二天产水量急剧少，日产水在1m3以下，说明煤层内可动水含量低，说明渗透性差，这可能是导致煤层排水效果差，压力下降慢，未达到临界解吸压力。根据以上生产特征，认为该区煤岩以中小孔为主、渗透性差、可动水少，束缚水含量高，具备形成弱滞留水封闭型煤层气富集带。

1.4 煤层含气量及富集规律特征

煤层含气量测定是确定煤层气资源量、地质储量及储量丰度的重要参数，与煤层气分布面积、厚度、储层压力、物理性质、等温吸附特征、煤岩演化等一起分析高产富集条件，预测某一区块产气能力，最终确定该区煤层气井布署方案。目前仅T15井对843.72～848m煤层取芯进行含气量测试，总共采集了6个解吸样品，分析煤层含气量在3.09～3.75m3/t，平均3.41m3/t，与国内外煤层气成熟开发区块对比，条湖-马朗凹陷煤层含量气相对较低(表1)。另外，根据该煤层所采集的18个气体成分样品显示，煤层气甲烷体积组份为73.72%～86.55%，二氧化碳0.52%～1.36%，氮气12.52%～24.97%。

表1 世界著名煤层气盆地煤层含气量对比

煤层气高产富集基本条件是三控论:封盖层控制含气量;应力场控制渗透率;构造体和煤体控制富集带。构造因素直接或者间接控制着含煤地层形成至煤层气生成聚集过程中的每一个环节，是所有地质因素中最为重要而直接的控气因素。在我国，煤层气保存条件尤为重要，煤层气藏形成后得以保存至今，要求构造条件简单，断层稀少，煤体结构保存完整，同时简单的地质构造也有利于煤层气的开发，近期煤层气开发表明，高产井分布于盖层条件好的构造上斜坡带或者局部构造高部位。研究区取芯实测含气量资料少，而煤层录井气测资料多，李五忠等对晋城地区6口井煤层实测含气量与气测全烃含量做研究，认为相关性很好，气测全烃大小可以作为煤层含气量的一个衡量指标。根据对条湖-马朗凹陷现有井录井气测值统计，发现该区煤层含气量变化范围大，全烃值在1%～40%范围，气测值大小在平面上受构造圈闭和煤层厚度等因素影响较大，构造圈闭发育，煤层厚度大的储层，含气量高，游离气较为活跃，如处在构造有利区的M203井和M37井，煤层厚度大，游离气含量高，全烃值高达35%，煤层甲烷含量高达98%以上，且气测值曲线形态饱满，呈“箱状”特征，表明煤层含气均匀，压力大，为典型富煤层气区构造高点成藏，而构造斜坡部位煤层气测全烃值也较为活跃，为直接盖层稳定的上斜坡型成藏，但低部位气测值较低，推测煤层以吸附气为主(图4)。

从煤层顶板板岩性封盖条件看，围岩以泥岩、粉砂质泥岩为主，厚度大，对煤层气保存有利。同时，条湖-马朗凹陷北部发育大量正向构造和斜坡部位，且煤层厚度大，紧邻南部凹陷煤层热成熟生气区，生物成因气和热成因气共同补充，具备高游离气含量煤层气成藏条件。

2 煤层气开发潜力分析

条湖-马朗凹陷煤层发育，埋深1500m以浅煤层分布面积1200km2，煤层最厚达51m，单层最大厚度51m，煤层埋深100-1000m，煤层含气量一般3.09～3.75m3/t，预测煤层气总资源量1280×108m3。研究结果表明，条湖-马朗凹陷煤层气含气量高值区主要分布在煤层厚度大，构造有利部位，实测气测全烃值在5%～40%，以游离气为主，吸附气为辅，而构造低点以吸附气为主，游离气为辅特征，有利面积约620km2，资源量可达900×108m3，为下步勘探开发的最有利目标区。

条湖-马朗凹陷前期共排采煤层气井5口，常规射孔产水少，未见气，但经压裂改造后，均获低产气流，连续排采2个月，日产气维持在100～500m3/日，到排采结束一直产气，表明该区煤层气有一定勘探潜力。分析这些井低产原因，一方面是煤层气渗透性差，日产水量低，排采时间短，造成煤层气未大量解吸；其次，所选5口排采井处在构造低点，含气量相对低，加上直井压裂规模小，造成裂缝波及体积小。针对这套低渗透煤层，优选有利目标，利用水平井和体积压裂技术，提高煤层解吸体积，选择合理的排采制度。

3 结论

(1)条湖-马朗凹陷煤层分布稳定、厚度较大，具有雄厚的煤层气成藏物质基础。

图4 条湖-马朗凹陷煤层气测全烃值分布图

(2该区煤岩整体热演化程度低，综合判断煤层气以生物成因气和热成因气共存。

(3)该区煤层发育中小孔隙、渗透率低、含气量中等偏低，但构造部位煤层含气量较大，游离气含量高。

(4)该区煤层气富集规律研究表明，正向构造和斜坡部位是煤层气成藏的良好场合，煤层气勘探有利深度在1200m以浅。

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(责任编辑 丁 聪)

CBM Enrichment Regularity and Development Potential Evaluation in Tiaohu-Malang Sag

LIANG Hui，LI Xinning，CHANG Yuqin

(Exploration Institute of Tuha Oilfield Branch, PetroChina, Xinjiang 839009)

In order to study the enrichment regularity of Jurassic CBM in the Tiaohu-Malang Sag of Sangtanghu Basin, this article analyzes the development characteristics of coal seam，the causes of coalbed gas origin，the physical property of reservoir，gas content，storage conditions and enrichment regularity, etc. through the aspects of geological，geochemical，hydrogeological conditions, logging data, etc. Research shows that the maturity of coal in Malang sag is low with R0between 0.4%～0.5%, and CBM is mainly biogenic gas. The maturity of coal in Tiaohu sag is high with R0between 0.5%～0.7% and CBM is mainly thermogenic gas. The porosity of coal seam measured distributes at more than 8%, but the permeability is lower. The gas content is at 3～4 m3/t. It is proposed that Tiaohu-Malang Sag is the most favorable block for CBM exploration in Santanghu Basin with superior reservoir forming condition. Combining the historical production characteristics, if appropriate drilling, completion, reservoirs and drainage system are used, it will have good exploration potential.

CBM; low-rank coal; gas content; free gas

中国石油重大专项(2013E-2201)

梁辉，男，工程师，研究方向为非常规油气综合研究。