新疆准南某井田煤层气资源评价及有利区优选

孙景龙 郎海亮 张 伟 崔 英

(1.新疆维吾尔自治区煤田地质局综合地质勘查队，新疆 830009；2.新疆维吾尔自治区煤田地质局一五六煤田地质勘探队，新疆 830009)

1 概况

井田位于天山北麓准噶尔盆地南缘天山地槽褶皱系和准噶尔盆地南缘结合部。东西长15.6km，南北宽2.78～11.1km，面积78km2，为了研究该井田煤层气分布及煤层气资源情况，区内共收集煤田勘探孔100余个，煤层气参数井8口，排采试验井2口，井田内主力煤层6层，煤炭资源总量为188508×104t，瓦斯风化带下限至2000m以浅煤层气资源量133亿m3。

2 煤层特征

西山窑组为井田内主要的含煤地层，地层厚度731.38m，含煤22层,平均纯煤总厚53.31m，总体为一向西南倾斜的单斜构造，倾角多在10°～85°之间，11线以东地层倾角较大，一般在60～85°之间，11线以西地层倾角较小，一般在10～30°之间，区内未发现大的断裂构造。主力勘查开发煤层6层，编号分别为B12、B10、B8、B5、B4、B3煤层(表1)。

表1 西山窑组煤层特征一览表

各煤层的变质阶段均为Ⅰ-Ⅱ阶 ，镜煤最大反射率Ro,max≤0.70。煤的变质程度低，属于低变质阶段的烟煤。B3、B4、B5、B8煤层以不粘煤和弱粘煤为主。B10煤层以弱粘煤为主、B12煤层则以长焰煤为主。

3.煤储层物性特征

3.1 煤岩特征

(1)煤岩宏观特征

各可采煤层物理性质基本相同，均为黑色，块状、碎块状及粉未状，性脆，易破碎，蜡状-沥青光泽，参差状、平坦状断口，条带状结构，水平层状构造，节理及内生裂隙发育。

(2)显微煤岩特征

各煤层显微煤岩组分有机质组分占76.0%～98.5%，平均98.1%，无机质组分占1.6%～22.0%，平均6.7%。有机组成以镜质组和惰质组为主，镜质组含量一般在51.3%～74.0%之间，平均64.8%；惰质组含量在26.0%～48.7%之间,平均35.2%。

3.2 等温吸附特征

煤层气以游离、吸附和溶解三种状态赋存于煤层中，主要为吸附状态，其中吸附气占90%以上，主要成分为甲烷，占80%以上。因此，煤吸附甲烷的性能成为定量研究煤层气储集条件的重要指标，它能综合反映煤岩温度、压力、煤质等条件对煤吸附能力的影响(见表2)。

表2 煤层等温吸附特征一览表

当温度一定时，煤岩对甲烷的吸附量服从兰格缪尔等温方程：

V=VL×P/(PL+P)

式中：V为压力P下单位质量固体所吸附的气体体积(m3/t)；VL为兰氏体积(m3/t)；PL为兰氏压力(MPa)；P为气体压力(MPa)。

兰氏体积是反映煤吸附能力大小，一般它的值越大，吸附性能越好。兰氏压力主要是影响等温吸附曲线形态的参数，该指标越大，煤层中吸附气体解吸越容易，开发就越有利。

由表2可以看出区内各煤层兰氏体积和兰氏压力相对较大，所以各煤层吸附气体体积较大，煤层气开发潜力大。区内CS-1井排采资料显示，实际的临/储比为0.92。排采井降压量在0.75MPa，目的煤层就开始解吸产气。实际生产表明，主力煤层具有较高的临界解吸压力，煤层气容易采出。

3.3 煤层封盖条件

煤层顶底板岩性是影响煤层的封盖条件的重要因素。结合井田内的煤田、煤层气钻孔取芯资料与测井资料，井田内主力煤层顶底岩性涵盖了泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩、粗砂岩，虽岩性变化较大，但测井解释多为渗透性较差、含水性较弱的层位，有利于煤层气的富集、成藏和保存，同时也有利于煤层气的抽采，具备很好的封盖条件。

3.4 煤层孔隙、裂隙及渗透性

煤储层具有由孔隙-裂隙组成的双重孔隙结构。煤化作用过程中生成的大量挥发性物质以吸附态赋存在基质孔隙中，气体的产出须从煤体内表面解吸，通过微孔扩散，流入裂隙系统，最终汇入井筒。因此，裂隙是气体运移的主要通道，它关系到储层的渗透性，决定开发井的产能高低。

(1)煤层的孔隙度

3口煤层气井煤层压汞实验表明，区块内主力煤层的孔隙度不高，一般小于10%，属于低孔隙度储层，属于低-中孔隙储层。

(2)煤层的裂隙发育

通过对煤芯煤样资料的观察和研究，主力煤层B12煤面割理3.9条/cm，端割理5.3条/cm，割理较发育；B10煤面割理密度3.2～7.9条/cm，端割理密度1.8～4.9条/cm，割理发育-较发育；B8煤面割理密度5.1～5.3条/cm，端割理密度4.1～4.8条/cm，割理发育-较发育；B5煤面割理密度7.3条/cm，端割理密度4.5条/cm，割理发育；B4煤面割理密度3.4～3.9条/cm，端割理密度5.4～6.5条/cm，割理较发育；B3煤面割理密度10.1条/cm，端割理密度3.1条/cm，割理发育，有利于煤层气开发。

(3)煤层的渗透率

煤层的渗透性用于衡量多孔介质允许通过的能力，是影响煤层气井产能的关键参数。通过注入/压降测试的结果进行评价，各主力煤层表现为较好的渗透率，有利于煤层气开发(表3)。

表3 煤层渗透性特征表

由表3可以看出区内各煤层渗透力大部分属于中高渗储层，有利于煤层气开发。区内CS-1井在排采过程中，日常水量在6.245～36.576m3之间，平均日产水量为18.98m3，反映出区内煤层为较高的煤层渗透率。

3.5 储层压力和温度

煤层气的有效压力系统决定了煤层气产出的能量大小及有效驱动能量持续作用时间。储层压力越高、临界解吸压力越大、有效地应力越小，煤层气的解吸-扩散-渗流过程进行得越彻底，表现为采收率增大，气井产能增大。通过注入/压降试井获取。井田内储层压力基本正常，具有欠压-常压特点。通过测井测温储层温度梯度1.96～3.31℃/100m，属低-常温(表4)。

表4 煤层储层特征一览表

4.煤层含气性

4.1 煤层气气含量

井田内有4口井进行了煤层气解析实验，分别是CS-1、TCS-1、TC-2、TC-3，含气性变化范围大，从0.88m3/t～9.51m3/t，这与井的位置有直接关系，井田基本是一南倾的单斜构造，北部埋深浅，保存条件相对差，而南部煤层埋深加大，保存条件变好，含气量随埋深的增加而增大(图1)，南部为煤层气富集区。

图1 瓦斯数据与深度关系图

井田内煤层气含量变化规律主要受深度影响，即随着深度增加煤层含气量不断增加，而且随着深度的增加含气量增加的梯度变缓。根据构造的不同将井田分为东西两个有利区(图2)。

图2 B8号煤层含气量等值线图

井田西部构造缓坡区B12煤层气含量9.85m3/t；B10煤层气含气量为5.28m3/t～9.69m3/t；B8煤层煤层气含气为5.92m3/t～9.69m3/t；B5煤层气含量为5.19m3/t～8.98m3/t；B4煤层气含量为4.4m3/t～7.86m3/t；B3煤层气含量为5.38m3/t～10.77m3/t。

东部构造陡倾区B12煤层气含量为2.74m3/t～7.53m3/t；；B10煤层气含量为4.27m3/t～9.45m3/t；B8煤层气含量为5.38m3/t～10.5m3/t；B5煤层气含量为3.69m3/t～6.19m3/t；B4煤层气含量为3.24m3/t～8.96m3/t；B3煤层气含量为3.68m3/t-10.72m3/t；

4.2 煤层气成分

(1)通过测试，井田主力煤层的气体组分具有典型低煤阶的煤层气组分特征，以甲烷为主，二氧化碳含量其次，其他气体含量较少，通过室内煤层解析数据(图3)。

(2)煤层气井井口气

从CS-1井口出气管线采气样，来测试煤层产出气的气体组分主要为CH4， CO2、N2含气很少，甲烷含量在86.43%～94.83%，平均含量为89.78%，二氧化碳含量2.35%～6.69%，平均含量为4.92%，氮气含量2.05%～6.09%，平均含量为4.30%。

(3)气体碳同位素特点

对B10、B8煤层做了煤层气甲烷碳同位素分析，该两层煤层气甲烷碳同位素分析表明：气体甲烷碳同位素平均甲烷同位素为-60.42‰。通过该井两套煤层甲烷碳同位素可以看出，甲烷碳同位素均较轻，均小于-55‰，均属生物成因气体。

5 有利区优选

以井田内煤层埋藏深度、煤层厚度、煤层结构、煤岩特征和含气性等为基础，按照煤层气选区评价方法，结合井田地质特征进行综合评价将井田划分为西部构造缓倾区和东部构造陡倾区两个煤层气勘查开发有利区块，区内主力煤层多，煤层厚度大，含气量高，煤体结构多为碎裂煤和碎粒，并且区内已有煤层气排采试验井排水采气情况较好，单井日产气1500m3以上，说明该井田具有较好的煤层气勘查开发前景(图4)。

图3 煤层解吸CH4和CO2浓度分布直方图

图4 B8煤层埋深等值线及有利区块图