王峰井田煤层气赋存特征及其资源潜力评价

陈禹旭，张 震

（陕西省一三一煤田地质有限公司，陕西 韩城 715400）

0 引 言

王峰井田位于韩城矿区的东北部，石炭系上统太原组和二叠系下统山西组为矿区含煤地层。可采煤层共3 层，分别为2、3、11 号煤层。2 号煤层位于山西组中部，属局部可采、沉积不稳定的薄煤层；3 号煤层位于山西组下部，属全区可采、沉积较稳定—稳定的厚煤层；11 号煤层位于太原组下部，属全区可采、沉积较稳定—稳定的中厚煤层。

1 煤层气地质条件

（1） 煤岩特征。

各可采煤层宏观煤岩类型以半亮煤为主，半暗煤次之，偶见暗淡煤。性脆易碎，以粉末状为主，见少量块煤。有机组分含量较高，平均87.0% ～92.3%。主要由镜质组与惰质组组成，煤变质程度较高，壳质组不发育，区内煤岩组分特征有利于煤层气富集。

（2） 煤变质程度。

煤的变质程度从2 个方面影响煤层气含量。一是决定气的生成量；二是影响煤层吸附气体的能力。3 号、11 号煤层均属第Ⅷ变质阶段的烟煤或无烟煤，属较高煤化阶段煤，由上而下反射率逐渐增大，煤化程度也逐渐增高。对应煤岩生气高峰时期，有可能成为富集工业价值的气藏，可见区内主采煤层具有较好的气藏条件。

（3） 煤层埋藏深度。

井田属于掩盖式煤田，可采煤层埋藏深度东部浅，西部深，主采煤层埋深在307～1 080 m。煤层埋藏深度对含气量的影响主要表现在2 个方面，一是随埋藏深度增大，上覆地层压力增大，煤吸附能力增强；二是煤的渗透性降低，封闭条件变好。韩城矿区煤层气组分与埋深有明显的关系，表现在浅部由于受到风化作用、生物作用和化学作用等影响，甲烷含量低，氮气含量高，而随着煤层埋深增大，甲烷含量逐渐增高，氮气含量逐渐降低，王峰井田该规律亦较明显。

（4） 构造。

构造控制煤的埋藏深度和煤层气保存条件，从而影响气体含量。井田位于韩城矿区北端的中深部，构造形态总体为走向NE、倾向NW 的单斜构造，地层倾角平缓，一般4°～5°，东北角倾角较大为14°左右，在单斜构造形态的背景上存在宽缓的波状起伏，起伏不大。

（5） 煤层厚度。

一般煤层厚度越大，气含量越高。主采煤层3号煤层，煤厚0.55～10.83 m，平均厚度5.06 m，一般厚度4～6 m，为厚煤层。11 号煤层煤厚0.27～ 5.23 m，平均厚度2.36 m，一般厚度2～3 m，为中厚煤层。2 号煤层煤厚0.20～1.97 m，平均厚度0.65 m，3 号、11 号煤层较2 号煤层含气量高。

（6） 煤层顶底板岩性。

顶底板岩性影响煤层气含量的原因是其间接影响到气体的逸散速度。煤层围岩一般为粉砂岩和砂质泥岩或泥灰岩等致密岩层，透水性、透气性差，含水性弱，在构造运动中常发生塑性变形，原生结构保存较为完好，对煤层瓦斯起到一个封闭作用，对煤层储存有利。

3 号煤层顶底板多为粉砂岩、泥岩、砂质泥岩，围岩封闭性较好，煤层气含量较高。11 号煤层顶板多为泥灰岩，南部逐渐相变为细粒砂岩及粉砂岩。底板岩性以泥岩为主，局部为铝质泥岩或粉砂岩，有利用瓦斯封闭。

综上所述，主采煤层厚，煤质变质程度高，煤岩显微组分以镜质组为主，含气量较高，构造简单，煤层埋藏东浅西深，井田内西部较东部更有利于煤层气的富集。

2 煤层气测试

（1） 含气量测试。

根据勘查期间钻孔瓦斯样及煤层气样品测试资料显示，2 号煤层CH4含量2.46 ～15.98 mL/g·ad，平均7.33 mL/g·ad； 3 号煤层CH4含量1.50 ～22.90 mL/g·ad，平均9.76 mL/g·ad；11 号煤层CH4含量5.03～16.92 mL/g·ad，平均10.33 mL/g·ad。

该井田2 号煤层煤层气含量分布优势区间在4～ 10 m3/t，平均含量5.08 m3/t；3 号煤层煤层气含量分布优势区间在10～15 m3/t，平均含量11.88 m3/t；11 号煤层煤层气含量分布优势区间在5～15 m3/t，平均含量10.18 m3/t；从平面上看，3 号、11 号煤层瓦斯含量从浅部到深部（从东到西） 含量逐渐增大。井田西部大部分达到了8 m3/t。

各煤层气体均以甲烷为主，含少量氮气及二氧化碳，全区以甲烷带为主，3 号、11 号煤层瓦斯分带由东部的氮气—甲烷带向西逐步过渡为甲烷带。2 号煤层甲烷成分平均78.57%，3 号煤层甲烷成分平均83.89%，11 号煤层甲烷成分平均87.64%；各煤层氮气成分平均10.04% ～19.62%；二氧化碳成分平均1.82% ～2.30%。

（2） 试井测试。

根据参数井3 号、11 号煤层试井资料分析，3号煤层渗透性较差，渗透率为0.003～0.088 md；煤层储层压力梯度为0.54～0.87 MPa/100 m，3 号煤层为欠压地层；煤层破裂压力梯度为1.85～2.30 MPa/100 m， 煤层闭合压力梯度为1.58～1.91 MPa/100 m，3 号煤层储层温度为25.8～32.3 ℃。11 号煤层渗透性较好，渗透率为0.07～0.41 md；煤层储层压力梯度为0.58～0.98 MPa/100 m，为欠压—常压地层，11 号煤层破裂压力梯度为1.74 ～2.20 MPa/100 m，地应力梯度为1.62～2.18 MPa/100 m，11 号煤层储层温度为28.3～35.2 ℃。

各煤层储层的渗透率及储层压力按华北石油地质局煤储层综合评价标准（1995） 评价，均属差的级别。

3 煤层气储层特征

3.1 储层孔渗特征

（1） 孔隙特征。

井田内3 号煤层孔隙度1.34%～6.08%，11 号煤层孔隙度为1.36%～7.14%。

（2） 煤体结构及裂隙。

3 号、11 号煤层多表现为碎块状、碎粒状及粉状结构，煤内裂隙不发育，只存在数条割理，没有形成完整的渗流系统。11 号煤层部分岩样分别发育面割理和端割理两组割理。面割理1～12 条/5 cm，端割理2～18 条/5 cm。面割理一般延伸较远，是煤层气渗透的主要通道，属主要割理。端割理发育在2 条面割理之间，是煤中一组次要割理，其延伸受面割理制约。主要割理直角相交，割理中多充填大量矿物薄膜，局部矿物以脉状充填在割理中。根据煤层割理密度划分方案及割理规模变化规律，认为3 号、11 号煤层裂隙不发育，裂隙（割理） 密度差。

（3） 渗透率。

3 号煤层渗透率0.003～0.088 md，11 号煤层渗透率0.07～0.41 md。整体而言，王峰井田3 号、11 号煤层渗透率较差，这一特征与两层煤裂隙发育不良的物性是一致的。煤层渗透性影响因素十分复杂，受到诸如地质构造、地应力、煤层埋深（或上覆基岩厚度）、煤体结构、裂隙发育程度等都会不同程度的影响渗透率大小。

3.2 吸附及解吸特征

吸附能力的大小，不仅取决于煤的显微组分、变质程度以及孔隙特征等内在因素，而且还受控于储层压力、储层温度及含水饱和度等外在条件。煤的等温吸附曲线反映了在一定温度、不同压力下煤层通过吸附储存甲烷的能力。因此，煤层对甲烷气体的吸附能力，决定了煤层气在煤储层中的赋存状态、储集能力和煤层气产出过程。

3 号煤层兰氏体积20.54～28.44 m3/t，兰氏压力1.67～3.16 MPa；11 号煤层兰氏体积20.98 ～31.21 m3/t，兰氏压力1.39～3.51 MPa。3 号、11 号煤层兰氏体积均大于20 m3/t，反应了该区各煤层均具有良好的吸附能力。但实际测试结果表明3 号煤层CH4含量平均9.76 m3/t；11 号煤层CH4含量平均10.33 m3/t，说明该区煤层处于欠饱和状态。各煤层兰氏压力起伏较大，在1.39～3.51 MPa 变化。说明该区煤层气产出具有分区性，兰氏压力越大的区域煤层气产出越容易，兰氏压力越小的区域产出越困难。

3.3 储层压力

3 号煤层储层压力3.84 ～11.27 MPa，平均6.76 MPa；11 号煤层储层压力4.32 ～10.27 MPa，平均7.56 MPa；各煤层储层压力梯度大都小于静水压力梯度，多为低压状态。3、11 号煤层实测数据显示，储层压力与煤层埋深具有显著的相关性，即储层压力随着埋深的增加而逐渐增大。因此预测井田西部的储层压力大于井田东部。

4 资源量及潜力评价

（1） 煤层气资源量估算目标煤层为3 号、11号煤层。2 号煤层空气干燥基含气量在8 m3/t 以下，根据规范不予估算煤层气含气量。

按照《煤层气资源/ 储量规范》 （DZ/T0216-2010），采用体积法进行煤层气资源量估算，经估算，井田内3 号煤层总煤层气资源量为53.32×108 m3，资源量丰度为0.65×108m3/km2；11 号煤层总煤层气资源量为27.01×108m3，资源量丰度为0.34×108m3/km2。

（2） 井田位于韩城矿区北端的中深部，构造形态总体为走向NE、倾向NW 的单斜构造，地层倾角平缓，一般3°～ 5°，井田中东部分布小型正断层，断层落差较小，一般在10 m 左右，且分布范围小，该区构造仍属简单类。主采煤层埋深307～ 1 080 m。3 号煤层平均厚度5.06 m，一般厚度4～ 6 m，为厚煤层。11 号煤层平均厚度2.36 m，一般厚度2～3 m，为中厚煤层。2 号煤层平均厚度0.65 m。各煤层CH4平均含量7.33～10.33 mL/g.ad。甲烷成分平均78.57%～87.64%。各煤层渗透率偏低，兰氏体积均大于20 m3/t，具有良好的吸附能力，各煤层兰氏压力起伏较大，表明煤层气产出具有分区性。煤层底顶板均有泥岩为主，砂质泥岩次之，围岩封闭效果较好。该区位于韩城矿区北部，地质历史时期由南至北逐渐减弱的边部挤压环境和伸展环境，造就了韩城矿区F2 断层北部处于较为封闭的构造环境中，也导致了该区块良好的煤层气封闭条件。

（3） 井田内3 号煤层资源量规模属中型，资源量丰度为中等，埋深中等。11 号煤层资源量规模属小型，资源量丰度为低等，埋深中等。综合评价王峰井田属中等埋藏深度的中型规模煤层气田，煤层气田的地质储量丰度为中等。

综上所述，王峰井田煤层气地质、储层及资源条件较好，该区煤层气具有较好的开发前景。

5 结 论

（1） 王峰井田煤层气主要赋存于3 号、11 号煤层，主采煤层厚，煤质变质程度高，煤岩显微组分以镜质组为主，含气量较高，构造简单，围岩封闭效果较好，煤层埋藏东浅西深，井田内西部较东部更有利用煤层气的富集。

（2） 3 号煤层煤层气含量分布优势区间在10～ 15 m3/t，平均含量11.88 m3/t；11 号煤层煤层气含量分布优势区间在5～15 m3/t，平均含量10.18 m3/t。

（3） 井田内3 号煤层总煤层气资源量为53.32×108 m3，资源量丰度为0.65×108m3/km2；11 号煤层总煤层气资源量为27.01×108m3，资源量丰度为0.34×108m3/km2。

（4） 王峰井田属中等埋藏深度的中型规模煤层气田，煤层气田的地质储量丰度为中等。煤层气地质、储层及资源条件较好，具有较好的开发前景。