鄂尔多斯盆地东缘石西区块煤层气及致密砂岩气资源潜力评价

魏若飞， 信 凯

(山西蓝焰煤层气工程研究有限责任公司，山西晋城 048000)

0 引言

近年来，深部煤层气和含煤地层非常规天然气勘探开发受到国内高度关注。石西区块位于山西省柳林县，区块和周边山西组、太原组和本溪组煤层发育，构造位置上属于鄂尔多斯盆地东缘晋西挠褶带，在石盒子组和含煤地层中已有多口钻井钻遇致密砂岩气工业气流，区块周边较深区块均有致密砂岩气赋存，东部赋存较浅，为煤层气区块。石西区块具有煤层埋深较大，致密砂岩产层较多的特点。对石西区块致密砂岩气资源赋存特征进行分析，需重点分析区块内的煤层和煤层气赋存情况，并结合区块构造进行分析。笔者根据这一思路，评价了区块的深部煤层气赋存情况，并结合区块勘探成果分析了构造发育情况，优选出了致密砂岩气开发的资源潜力区[1-4]。

1 地质概况

石西区块位于山西省吕梁市柳林县境内，构造位置为鄂尔多斯盆地伊陕斜坡和晋西挠褶带，总体上为一单斜构造。区内出露的地层由老至新包括下三叠统刘家沟组下三叠统和尚沟组、中三叠统纸坊组、中—上三叠统延长组、上新统保德组和静乐组、更新统、全新统。发育上石炭统和下二叠统含煤地层，从东向西煤层埋深逐渐增大，至区块西部埋深在1 900m左右[5]。山西组4(3+4)号煤层和太原组9(8+9)号煤层为区内主要煤层。石盒子组盒7段、盒8段砂岩，山西组底部的山2段—山3段砂岩和本溪组砂岩是本区主要的致密砂岩气储层[6-7]。

区块二维和局部三维地震勘探表明，工作区可进一步划分为3个构造单元。东部为褶皱和小断层发育块段，发育4条北西向褶皱，褶皱转折端发育一系列南北向、北北西向的落差0～15m的小型断层(图1)。中部地层倾角较大，为一倾角9°左右的单斜。区块西部地层倾角变缓，为一系列北北西向的宽缓褶皱。工作区相对简单的单斜构造有利于砂岩气的源头煤层气的保存，适度发育的断裂构造有利于煤层气向砂岩储层的运移，且不至于逸散[8]。

图1 区块断裂构造分布Figure 1 Block faulted structures distribution

工作区煤层埋深较大，均在1 000m以深。4(3+4)号煤层埋深1 100～1 800m，平均1 579m；9(8+9)号煤层埋深1 200～1 900m，平均1 653m。煤层埋深整体上由东北向西南逐渐变深，在区块东西贯穿的三川河切割作用下，存在一东西向沿河流流向分布的埋深较浅带；中南部黄土塬发育，煤层埋深较深(图2)。

图2 区块9(8+9)号煤层埋深Figure 2 Block coal No.9 (8+9) buried depth

早白垩世末鄂尔多斯盆地发生了较大范围的地层抬升，盆地东部边缘也受到了本次运动的影响，上覆地层部分剥蚀，造成天然气部分逸散，地层卸压，地层流体压力降低。根据区块测井资料和相关测试，工作区储层压力较稳定，压力系数为0.86～0.94，属于常压储层。储层压力变化规律与地层倾向和储层埋深较符合，随着埋深逐渐变大，储层流体压力逐渐变大，有利于深部煤层气的赋存和致密砂岩气的排采[9-10]。

2 煤储层发育特征

2.1 煤储层厚度

4(3+4)号煤层厚度1.80～5.80m，平均3.18m，区块中南部煤层较厚，西部煤层较薄；9(8+9)号煤层厚度4.00～7.90m，平均6.15m，东部和中部较厚，北部和西部较薄(图3)。两层煤层对比，9(8+9)号煤层厚度较大且区块内发育稳定，较适合煤层气工业开发[11]。

图3 9(8+9)号煤层厚度等值线Figure 3 Isopach map of coal No.9 (8+9)

2.2 煤储层含气性和吸附性

工作区取心工作主要采用绳索取心的方式，并使用录井气测的手段来评价各煤层的含气性。4(3+4)号煤层空气干燥基甲烷含量2.18～17.67m3/t，平均9.89m3/t；9(8+9)号煤层空气干燥基甲烷含量1.28～17.00m3/t，平均10.18m3/t。煤层含气量与埋深正相关，与构造相关性较大，断层发育块段含气量较低，甲烷含量随埋深增加逐步升高[12]。

含气量/m3·t-1图4 9(8+9)号煤层含气量与埋深的关系Figure 4 Relationship between coal No.9 (8+9) gas content andburied depth

录井气测结果显示，4(3+4)号煤层全烃含量15%～95%，平均值53%；9(8+9)号煤层全烃含量26%～75%， 平均值43%。4(3+4)号煤层较高。全烃含量同样与埋深正相关，与构造相关性较大[13]。

研究区煤样等温吸附实验表明，4(3+4)号煤层和9(8+9)号煤层吸附能力均较高，区块差异性不明显。

3 煤岩层含气资源潜力分析

3.1 煤层气资源潜力

煤层气资源潜力主要与煤层气含量和煤层厚度有关，并和当前的开发工程技术水平密切相关。通过对以上因素的分析，结合本区块实际情况，对柳林石西区块煤层气资源潜力进行了研究，划分了煤层气开发富集区[14]。

4(3+4)号煤层在东北、中南部区域煤层气资源潜力较大，环中南部条带资源潜力较小。经研究认为，东北部4(3+4)号煤层含量较高，煤层分叉，较适合以直井的方式进行开发；中南部煤层气含量较高，3、4号煤层普遍合层发育，均较适合以水平井的方式进行开发。

9(8+9)号煤层在除东北角外的全区块煤层气潜力均较大，煤层气含量较高，8、9号煤层普遍合层发育，最高可达8m，较适合水平井的方式进行开发。东北角煤层分叉，单层煤较薄，且煤层气含量较低，资源丰度较低，不适合煤层气的开发[15-16](图5)。

图5 9(8+9)号煤层含气量等值线Figure 5 Isogram of coal No.9 (8+9) gas contents

3.2 致密砂岩气层分布特征

迄今为止的勘探资料表明，工作区内含煤地层附近的致密砂岩常富气，含煤地层是致密气的烃源岩，东部受构造和埋深的影响，致密气未能有效保存，不能形成工业产量，条件较差。区块西部构造发育情况适中，既保证了对致密气的圈闭，又有益于煤层烃源岩逸散气的运移，形成了致密气藏[17](表1)。

表1 致密砂岩气产气层数量统计

3.2.1 下石盒子组盒8段砂体分布特征

发育三角洲前缘分流河道砂体，呈南北向展布，具有厚度大、规模较大、连片性好、广覆式分布特点，无明显分带特征，在二维地震SEISLOG剖面上反射清晰，呈浅黄色，局部厚约40m。石西区块石盒子组盒8段砂岩发育，厚30～35m，该段砂层为本区的主力气层，全烃气测值15%～65%，平均48%。

区内全为三角洲平原沉积，三角洲平原分流河道砂体自北北东而南呈带状分布。砂体厚度大，分布面积广，表明该期主水系规模大，砂体成群成带分布，具有较好的纵向和横向连通性。从垂向上看，研究区盒8段砂体主要集中分布在中下部，按沉积旋回可分为盒8上和盒8下，特别是其底部砂岩(骆驼脖子砂岩)岩性纯、颗粒粗、物性好，是子洲气田、临兴区块最有利的天然气开发目标层系(图6)。

图6 盒8段砂岩在SEISLOG剖面上的显示Figure 6 Display of member H8th sandstone on SEISLOG section

3.2.2 山23亚段砂体分布特征

山23亚段是在海退背景下发育的浅水三角洲砂体沉积，主要发育分流河道砂体，近南北向呈带状展布，延伸较远；河间洼地相区砂体不发育，泥质含量高。石西区块山西组山2段砂岩发育，厚10～35m，该段砂层为西部邻区的主力气层，全烃气测值6%～75%，平均34%(图7)。

图7 山23亚段砂岩在区块剖面上的显示Figure 7 Display of sub-member S23th sandstone on block’s section

4 结论

1)研究区处在盆地边缘，整体构造形式是单斜，伴生一些较小规模的宽缓褶皱，东部发育一些小断层，煤层埋深自东向西逐渐变大，4(3+4)号煤层和9(8+9)号煤层埋深均在1 000m以上，储层压力稳定。

2)研究区4(3+4)号煤层和9(8+9)号煤层煤岩煤质条件相似。3、4号煤层和8、9号煤层在区内大部分合层发育，部分块段分叉。储层厚度和含气性分布不尽一致，9(8+9)号煤层厚度较大且分布稳定，煤层气资源潜力较大。

3)4(3+4)号煤层资源潜力受

煤层厚度、含气性和开发工程技术水平的共同影响，煤层气资源潜力区主要为研究区的东北部和中南部块段。9(8+9)号煤层主要受煤层分叉和煤层含气性的影响，全区除东北角均为有利区。

4)含煤地层附近的致密砂岩层常赋存有致密砂岩气，但是受构造和埋深的影响，东部块段致密气没有工业产量，赋存情况较差。区块西部构造不发育，埋藏较深，赋存情况较好。

5)区块东部建议采区水平井的方式对煤层气进行开发，区块西部建议首先对致密砂岩气进行开发，后采取套管补贴等措施，对煤储层进行改造开发。