李中博 劉子強(qiáng)

(新疆煤田地質(zhì)局一五六煤田地質(zhì)勘探隊(duì)，新疆 830009)

烏魯木齊河?xùn)|礦區(qū)位于北天山博格達(dá)山北麓，行政區(qū)劃屬烏魯木齊和阜康市管轄。范圍西起烏魯木齊河，東鄰三工河，東西長(zhǎng)約42km，南北平均寬約6km，面積約243.5km2。礦區(qū)按構(gòu)造劃分為北部單斜、八道灣向斜北翼、八道灣向斜南翼、白楊河-水磨河四個(gè)區(qū)塊。區(qū)內(nèi)主要含煤地層為侏羅系下統(tǒng)八道灣組(J1b)、中統(tǒng)西山窯組(J2x)，主要煤層氣儲(chǔ)層為西山窯組的42-43、45號(hào)煤層，煤質(zhì)為低變質(zhì)的不粘煤、長(zhǎng)焰煤。區(qū)內(nèi)探獲各類煤層氣資源儲(chǔ)量4.77×1010m3，地質(zhì)儲(chǔ)量規(guī)模為大型氣田。

1 煤層封蓋條件及含氣性

1.1 煤層封蓋條件

煤層頂?shù)装鍘r性是影響煤層的封蓋條件的重要因素，也是封堵煤層氣的第一道屏障，從封閉性能上，粒度越細(xì)，封閉性越好。

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表1)可以看出，河?xùn)|礦區(qū)西山窯組煤層在北單斜、向斜北翼、向斜南翼頂?shù)装鍘r性大多以細(xì)碎屑巖為主，占50%以上；白楊河-水磨河的八道灣組煤層頂?shù)装鍘r性以粗碎屑巖為主，占55%以上。垂向上兩個(gè)煤組，西山窯組目標(biāo)煤層頂?shù)装鍘r性的封閉性明顯好于八道灣組。

表1 礦區(qū)煤層頂?shù)装鍘r性厚度統(tǒng)計(jì)表

1.2 煤層含氣性

對(duì)礦區(qū)內(nèi)30口井取得了煤層含氣性數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總(表2)，在深度403～1204m范圍內(nèi)西山窯組煤層空氣干燥基含氣量0.76～15.44m3/t，八道灣組煤層含氣量普遍較低，在深度510～701m處，空氣干燥基含氣量為0.09～2.68m3/t。

表2 礦區(qū)煤層含氣量特征表

由圖1可知煤層含氣量隨埋深的增加而增大，且相關(guān)性很好，說明煤層埋深是影響含氣量的主控因素。礦區(qū)煤層含氣量梯度約為1.55m3/t/100m。

圖1 參井各煤層含氣量與埋深關(guān)系圖

1.3 等溫吸附特征

礦區(qū)煤層空氣干燥基蘭氏體積11.46～26.67m3/t，平均16.55m3/t，干燥無灰基蘭氏體積14.10～28.69m3/t，平均19.57m3/t，表明煤層具有中等-較強(qiáng)的儲(chǔ)氣能力；蘭氏壓力3.32～6.20MPa，平均5.01MPa，各煤層蘭氏壓力平均值均在4～6MPa之間，蘭氏壓力較高，反映了煤層氣較易解吸，對(duì)煤層氣的開發(fā)較為有利(圖2，3)。

圖2 礦區(qū)煤層蘭氏體積對(duì)比圖

2 煤層孔隙裂隙及滲透性

2.1 煤層孔隙度

礦區(qū)內(nèi)分別對(duì)42-43、45號(hào)煤層各采集進(jìn)行了煤的真密度測(cè)試，為計(jì)算孔隙度，視密度采用兩口參數(shù)井附近的鉆孔的視密度的平均值。

圖3 礦區(qū)煤層典型等溫吸附曲線

由表3可知，42-43號(hào)煤層孔隙度7.97%～13.82%，孔隙度低-較發(fā)育，孔隙度較大表明其滲透性相對(duì)較好；45號(hào)煤層孔隙度5.80%～7.35%，屬于低孔隙度致密儲(chǔ)層，對(duì)煤層氣而言，這種煤層的孔隙對(duì)氣體導(dǎo)流基本不起作用，而真正起作用的是煤層的割理裂隙。

表3 煤層孔隙度計(jì)算表

2.2 煤層裂隙發(fā)育

煤層內(nèi)生裂隙是煤在成煤作用過程中自身形成的一種裂隙，其發(fā)育程度直接影響到煤儲(chǔ)層滲透率的大小和方向，是煤層氣勘探開發(fā)的關(guān)鍵因素。煤層中內(nèi)生裂隙密度越高，滲透性越好(表4)。

表4 礦區(qū)煤層裂隙的主要參數(shù)

礦區(qū)煤層煤體結(jié)構(gòu)均為原生結(jié)構(gòu)，這種煤體結(jié)構(gòu)說明煤的內(nèi)生裂隙(割理)保存較好。根據(jù)試驗(yàn)觀察結(jié)果，礦區(qū)內(nèi)煤層裂隙長(zhǎng)度0.01～2.7cm，高度0.01～1.90cm，寬度1～550μm，密度0.6～8.20條/cm。煤層上段內(nèi)生裂隙較發(fā)育，連通性中等，裂隙系統(tǒng)多呈網(wǎng)狀和平行狀。

2.3 煤層滲透性

根據(jù)注入/壓降測(cè)試的結(jié)果，礦區(qū)煤層滲透率在0.003～13.48mD之間，屬低-高滲透率儲(chǔ)層。主要儲(chǔ)層42-43號(hào)煤層的滲透率在0.003～4.87mD之間；45號(hào)煤層的滲透率在0.008～0.26mD之間。從單煤層滲透率分級(jí)占比圖可以得出：勘探區(qū)主要的煤儲(chǔ)層43號(hào)煤儲(chǔ)層低滲儲(chǔ)層占比較高，45號(hào)煤儲(chǔ)層測(cè)試結(jié)果多為中滲透率儲(chǔ)層(圖4)。

圖4 主要儲(chǔ)層滲透率分級(jí)占比圖

煤儲(chǔ)層的滲透率在煤層氣開發(fā)過程中，會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。據(jù)Harpalanishi試驗(yàn)室研究，高壓階段，隨著壓力下降，滲透率降低；當(dāng)壓力降到一定程度時(shí)，煤層解吸氣量增加，煤層基質(zhì)收縮率增大，煤層滲透率開始升高，因此，排采過程中，如果在工程措施、排采制度等方面恰當(dāng)?shù)那闆r下，隨著煤儲(chǔ)層壓力不斷下降，煤層氣不斷產(chǎn)出，其滲透率會(huì)不斷變好(圖5)。

圖5 煤層氣生產(chǎn)過程中滲透率的變化

3 儲(chǔ)層壓力及溫度

3.1 儲(chǔ)層壓力

一般用壓力梯度去衡量?jī)?chǔ)層壓力的大小，為了在儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中統(tǒng)一方法和原則，本次工作將儲(chǔ)層壓力劃分為三種類型(表5)。

表5 儲(chǔ)層壓力類型劃分方案一覽表

根據(jù)注入/壓降測(cè)試的結(jié)果，礦區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層壓力為2.85～6.71MPa，基本均為欠壓儲(chǔ)層。儲(chǔ)層壓力與地下承壓水位息息相關(guān)，各井儲(chǔ)層壓力的差異主要體現(xiàn)了不同區(qū)域不同層位承壓水位的變化。

3.2 儲(chǔ)層溫度

煤儲(chǔ)層溫度是影響煤層氣富集條件的敏感因素，從開發(fā)角度來說，溫度越高，煤中甲烷的解吸能力越強(qiáng)，越有利于煤層氣產(chǎn)出。

區(qū)內(nèi)整體儲(chǔ)層溫度穩(wěn)定，根據(jù)埋深的不同，儲(chǔ)層溫度在13.49℃～41.28℃，整體統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示全區(qū)平均儲(chǔ)層溫度梯度為1.83℃/100m(圖6)。

圖6 儲(chǔ)層溫度與埋深曲線圖

4 結(jié)論

礦區(qū)西山窯煤層頂?shù)装鍘r性均以細(xì)碎屑巖為主，對(duì)煤層氣的保存有利；西山窯組煤層整體含氣量好于八道灣組煤層，瓦斯風(fēng)化帶以下含氣量數(shù)據(jù)基本大于1m3/t的開采值下限，含氣性較好；礦區(qū)主要煤層空氣干燥基蘭氏體積平均值基本都在 15～25m3/t之間，儲(chǔ)氣能力中等；礦區(qū)主要儲(chǔ)層裂隙較發(fā)育屬于相對(duì)滲透率較好的儲(chǔ)層；礦區(qū)儲(chǔ)層均為欠壓儲(chǔ)層，儲(chǔ)層溫度梯度未超過3℃/100m，屬正常地溫儲(chǔ)層。通過成藏條件和成藏過程的分析，礦區(qū)煤層氣藏的成藏機(jī)制可以歸納為以下幾點(diǎn)：

(1)煤層氣富集成藏的物質(zhì)基礎(chǔ)好。煤層厚度大、分布穩(wěn)定連續(xù)。

(2)煤儲(chǔ)層條件較好。煤儲(chǔ)層滲透率較低，較高的蘭氏體積，說明儲(chǔ)層有較強(qiáng)的甲烷吸附能力。

(3)煤熱演化程度雖然偏低，煤級(jí)為不粘煤，但是煤層含氣量高。

(4)通過甲烷碳同位素可知，煤層氣成因?yàn)樯锍梢驓?，含氣量高，以甲烷為主，其次為二氧化碳，氣體品質(zhì)較好。

(5)氣體保存條件好。煤層頂?shù)装鍘r性主要為泥巖或砂質(zhì)泥巖，其含水性弱、滲透性差；水化學(xué)類型為NaHCO3型，水動(dòng)力條件弱，煤層具有相對(duì)獨(dú)立的水動(dòng)力系統(tǒng)，利于氣體保存；構(gòu)造活動(dòng)簡(jiǎn)單，未對(duì)氣藏形成大的破壞。對(duì)氣體起到好的保存作用。