古交煤層氣項目勘探開發現狀及前景

莫日和 趙軍 王艷芳

(中聯煤層氣有限責任公司，北京 100011)

古交煤層氣項目勘探開發現狀及前景

莫日和 趙軍 王艷芳

(中聯煤層氣有限責任公司，北京 100011)

根據區域地質構造、含煤地層、煤質及項目施工的煤層氣鉆井、生產試驗井等方面的分析研究，總結了古交區塊儲層含氣性、滲透性、生產數據等方面的成果，指出古交煤層氣勘探目標和前景。

古交區塊 煤層氣勘探 含氣量

Abstract:The paper summarizes the research results in aspects of gassiness of reservoir，permeability，and production data，etc．in Gujiao block based on investigation on regional geological tectonics，coalbearing strata，coal quality and drilling operation and production testing of CBM wells of the project．It points out the target and prospect of CBM exploration in Gujiao．

Keywords:Gujiao block;exploration of CBM;gas content

1 概括

古交區塊位于山西省太原市西部約15km的西山煤田，隸屬山西省太原市、交城縣和文水縣。南北長約38km，東西寬約32km，面積為789.808km2，其中合作區面積565.557km2。古交地區勘探及開發程度相當高(圖1)，是我國大型的優質煉焦煤基地之一，以盛產優質的煉焦用煤聞名于世，其煤炭資源非常豐富，根據煤田地質勘探及煤礦生產資料，其煤層氣資源也非常豐富，古交礦區地質報告提供的煤炭資源量(即探明儲量)為82億t，按10m3/t計算，古交礦區煤層氣儲量為820億m3。

圖1 山西省古交煤層氣區塊勘探形勢圖

2 地質特征

2.1 構造

總體構造為一復式向斜，同時發育次一級的褶皺及斷裂。

主要構造形態有:馬蘭向斜、石千峰向斜、云夢山褶皺群及北東向的高角度斷裂帶。

地層走向為北北西，傾角3°～10°。間距一般在10km左右。已經取得的煤田勘探資料，其地質構造相對簡單，以寬緩的褶曲為主，斷層發育較少。這種相對簡單的單斜構造有利于煤層氣的勘探開發。

2.2 地層

普查區煤系基底為古生界奧陶系，之上主要地層由老至新為:古生界石炭系、二疊系、中生界三疊系、新生界第三系和第四系(表1)。

含煤地層為石炭系上統太原組和二疊系下統山西組。

表1 古交地區地層簡表

3 儲層特征

含煤地層為石炭系中統太原組和二疊系下統山西組。山西組:三角洲－濱海平原沉積，含煤5～8層，煤層總厚2.1～7.78m，平均4.27m，含煤系數8%左右。由下而上分為北岔溝段、下石村段兩個巖性段;太原組:濱海－三角洲沉積，含煤4～8層，煤層總厚0.74～9.74m，平均6.50m，含煤系數8%左右。由下而上分為三個巖性段，即晉祠段、毛兒溝段、東大窯段。

3.1 煤巖、煤質特征

古交區塊煤層分布表現為層數多、單層厚度薄，2#、4#、6#、8#、9#煤都可為主力煤層，但厚度大多在2m以下，其薄煤層多段分布的特征代表了我國一種煤層發育的類型，對這種類型進行勘探探索對我國其它地區具有示范作用。

主力煤層總厚度達20m，埋深大多淺于1000m，有利于煤層氣的勘探開發。

太原組為一套濱海－三角洲環境下沉積的海陸交互相地層，其底界為晉祠砂巖(k1)底，頂界至北岔溝砂巖(k3)底，厚度約102m。含煤10層，煤層總厚11.96m，含煤系數為11.7%。全區穩定的8#、9#煤位于其中下部。

山西組是在三角洲－濱海平原環境下沉積的一套過渡相巖性組合，底界為北岔溝砂巖底，頂界至駱駝脖子砂巖(k4)底，是西山煤田另一主要含煤地層，厚約47m，共含煤9層，煤層總厚8.67m，含煤系數為18.4%。

2#煤層產于山西組中部，以瘦煤為主，只在西北部為焦煤和肥煤，平均厚度為2.30m，全區穩定，2#煤以半暗煤為主，層面為半亮煤，暗煤中裂隙不發育，亮煤中裂隙發育，裂隙多為近網格狀，裂隙與層理70°～90°度交角，主、次裂隙近直角相交，裂隙走向大體一致;局部發育順層裂隙;裂隙無礦物充填。

8#煤產于太原組中部，廟溝灰巖(L1)之下，以貧煤為主，西北部為瘦煤和焦煤。其為主要穩定煤層之一，平均厚度在3.90m，為區內厚度最大的煤層。沿狐偃山分布有環形薄煤帶，煤厚1～3m。在邢家社附近，有2m左右的薄煤帶，呈北西向展布。黑灰色，強玻璃光澤，總體光澤較暗。煤巖成分以暗煤為主，夾極少量線理狀～細條帶狀鏡煤和亮煤;參差狀斷口;稀疏線理狀～細條帶狀結構。層狀構造，煤體較堅硬。局部可見鏡煤、亮煤中裂隙較發育。裂隙中充填極少量的黃鐵礦薄膜，8#煤視密度1.42g/cm3，孔隙度為6.58%，鏡質體反射率為1.2%～1.85%。

9#煤位于8#煤之下0～32m，平均間距為6m，以貧煤為主，西北部為瘦煤和焦煤。煤層厚度平均為2.2m，全區穩定。區內有東厚西薄、北厚南薄的趨勢，局部出現薄煤點，在東社礦區的東南部，常與8#煤合并。9#煤視密度1.48g/cm3，鏡質體最大反射率為1.98%。

可見，本區煤類以焦煤、瘦煤等中等變質程度的煤為主，是實施中煤階煤層氣大井組勘探的理想地區。

3.2 含氣量、等溫吸附特征(圖2)

GJ－03井為區塊內施工的一口煤層氣參數+生產試驗井，該井與其相關的300m井間距的生產試驗井組已于2011年進行煤層氣排采試驗。因此采用該井數據來分析更具有現實意義。2#煤1個解吸樣品的空氣干燥基氣含量10.22cm3/g;干燥無灰基氣含量11.67cm3/g;空氣干燥基甲烷含量9.54cm3/g;干燥無灰基甲烷含量10.89cm3/g，吸附時間為12.17天。

等溫吸附試驗表明，2#煤空氣干燥基Langmuir體積22.74cm3/g;干燥無灰基Langmuir體積25.94cm3/g;空氣干燥基及干燥無灰基Langmuir壓力1.73MPa。

4#煤1個解吸樣品的空氣干燥基氣含量12.53cm3/g;干燥無灰基氣含量15.08cm3/g;空氣干燥基甲烷含量12.09cm3/g;干燥無灰基甲烷含量14.55cm3/g，吸附時間為5.39天。

6#煤2個解吸樣(其中兩個均為快速樣)，樣品空氣干燥基氣含量12.08～14.11cm3/g，平均13.10cm3/g;干燥無灰基氣含量14.10～15.77cm3/g，平均14.94cm3/g;空氣干燥基甲烷含量10.91～12.97cm3/g，平均為11.94cm3/g;干燥無灰基甲烷含量12.73～14.50cm3/g，平均13.62cm3/g。

圖2 古交煤層氣區塊GJ－03井煤芯樣品等溫吸附曲線

8#煤3個解吸樣(其中一個為快速樣)，樣品的空氣干燥基氣含量10.44～12.64cm3/g，平均11.46cm3/g;干燥無灰基氣含量12.62～14.76cm3/g，平均13.39cm3/g;空氣干燥基甲烷含量9.71～11.48cm3/g，平均為10.35cm3/g;干燥無灰基甲烷含量11.01～13.41cm3/g，平均12.10cm3/g，，吸附時間變化7.93～11.24天，平均9.58天。

等溫吸附試驗表明，8#煤空氣干燥基Langmuir體積27.91cm3/g;干燥無灰基Langmuir體積31.14cm3/g;空氣干燥基及干燥無灰基Langmuir壓力1.63MPa。

9#煤2個解吸樣(其中一個為快速樣)，樣品的空氣干燥基氣含量6.85～7.60cm3/g，平均7.22cm3/g(GJ－02井為12.68cm3/g);干燥無灰基氣含量10.37～13.37cm3/g，平均11.87cm3/g;空氣干燥基甲烷含量5.31～6.83cm3/g，平均為6.07cm3/g;干燥無灰基甲烷含量8.04～12.01cm3/g，平均10.02cm3/g，吸附時間13.98天。

等溫吸附試驗表明，9#煤空氣干燥基Langmuir體積22.51cm3/g;干燥無灰基Langmuir體積33.98cm3/g;空氣干燥基及干燥無灰基Langmuir壓力2.17MPa。

3.3 水文地質特征

普查區內總體水文地質條件簡單。與煤層發生直接水力聯系的只有山西組和下石盒子組砂巖及太原組k2灰巖裂隙含水層，一般為煤層的直接頂板，但由于厚度不大、水的儲存量小，含水層含水性微弱至中等，地下水徑流緩慢趨于滯流狀態。

3.4 生產條件分析

從鉆井取心和煤礦礦井觀察，煤的割理較為發育，滲透性較好，滲透率一般為0.1至0.2mD(見表2)，煤層壓力梯度一般為0.55至0.65。

表2 古交煤層參數

煤層頂底板封蓋性能較好，煤層頂板巖性多為泥巖、粉砂巖或細砂巖，底板巖性為炭質泥巖、泥巖及粉砂巖或細砂巖。

4 煤層氣勘探現狀

4.1 地質勘探和研究程度高

區塊位于西山煤田，西山煤田的地質勘探工作始于1956年，目前已有80%的地區進行了不同程度的煤炭資源勘探工作。累計施工鉆孔1400余個，探明煤炭儲量200多億t。在和泛亞合作的區域內，沒有勘探空白區，已有的煤田地質勘探資料已經對煤層的分布、構造、煤質等有了較好的控制，完成煤田精查區11個，詳查區1個、普查區1個;馬蘭、屯蘭、東曲、杜兒坪、西銘、官地礦為高瓦斯礦井，為煤層氣的勘探奠定了良好的基礎。

4.2 煤層氣勘探現狀

該區煤層氣勘探實施較早，于1996年施工了第一口煤層氣鉆孔XG1井，隨后陸續鉆井7口(XG2－4、GJ1－4)。

2007年合作方泛亞大陸公司完成了3口(GJ－01、GJ－02、GJ－03)煤層氣參數井和生產試驗井的作業，并對3口井進行了錄井、測井、試井、取心、煤樣解吸和等溫吸附試驗;同時進行區塊內的煤層氣地質評價和高滲富集區的優選，分別對GJ－01、GJ－03井的8#、9#壓裂并進行排采作業，其中GJ－01井最高產氣量達1200m3/d;獲取了非常重要的煤層氣儲層參數資料。

表3 井組壓裂基本數據

2010年，勘探重點為試驗落實井組產能，施工生產試驗井組:GJ03－1、GJ03－2、GJ03－3、GJ03－4，并對該井組進行了壓裂，GJ03－1、GJ03－3、GJ03－4井壓裂8#煤至9#煤層段，GJ03－2井壓裂2#煤至4#煤層段、8#煤至9#煤層段(分層壓裂)壓裂情況見表3。

隨后，對該井組進行了排采作業，井組持續排采11個月，其中3口井實現單井連續6個月穩產1000m3/d。GJ03－4井和GJ03－2井日產氣量于8月提高至1600m3/d，9月至12月中旬4口井平均連續3個月4000m3/d，顯示了該區良好的產氣前景(圖3)。

圖3 生產試驗井組排采曲線

2011年鉆井施工GJ07、GJ08、GJ09、GJ10共3口井，其中GJ09井因鉆遇破碎帶無法繼續施工封井。對上述4口進行了采樣解吸，并進行了試井，獲取了煤層儲層參數。

壓裂4口井(GJ07、GJ02、GJ09、GJ10)，并于2011年12月進行了排采。將根據測試資料和排采成果進行本區煤層氣地質評價和高滲富集區的優選，評價煤層氣資源開發潛力和商業價值。

5 煤層氣勘探開發前景

(1)煤炭保有儲量豐富，可采煤層厚度大，分布廣，且埋藏深度適宜，是煤層氣開發的有利條件。

(2)煤層含氣量較高，地層能量較強，有進行規模開發的價值。

(3)排采證明:2#、4#、8#、9#煤均屬弱含水層，排水難度較低，目前的排采設備能夠滿足生產要求。

(4)古交地區煤層氣成藏地質條件優越，具有較好的煤層氣勘探開發條件和可采性及形成大型煤層氣田的條件。煤層氣資源豐富，具有廣闊的勘探開發領域和商業化產氣能力以及產業化發展的良好前景。

(5)古交區塊離太原市近，交通便利。外部環境好，正值山西省開展“氣化山西”，積極支持煤層氣開發，市場前景廣闊。

綜上所述，古交地區應加強煤層氣資料收集工作，精細化管理現有排采井，爭取儲量控制井早上產量，盡早提交煤層氣探明儲量報告。加快進入煤層氣開發生產階段。

［1］中國主要煤礦資源圖集第三卷 ［M］.北京:中煤地質總局，1996.

［2］汪志新.古交礦區煤層氣開發利用的可行性探討［J］.西山科技，2002年6月增刊，16－17.

［3］莫日和.貴州保田青山煤層氣勘探開發前景研究［J］.中國煤層氣，2007:43－47(2).

［4］吳昱.西山礦區煤層氣資源可采性評價 ［J］.中國煤層氣，2010，7(4):27－30.

Current Status and Prospect of Exploration and Development of Gujiao CBM Project

Mo Rihe，Zhao Jun，Wang Yanfang
(China United CBM Ltd．Co．，Beijing 100011)

莫日和，男，碩士，高級工程師，任職于中聯煤層氣有限責任公司，從事鉆探、排采工程技術及管理工作。

(責任編輯 劉 馨)