臨興地區非常規天然氣合探共采地質條件分析

郭本廣 許浩 孟尚志 張文忠 劉一楠 羅皓菡 李 勇 申文敏

(1．中聯煤層氣有限責任公司，北京 100011;2．中國地質大學(北京)能源學院，北京 100083;3．國家煤層氣開發利用工程研究中心煤儲層實驗室，北京 100083)

臨興地區非常規天然氣合探共采地質條件分析

郭本廣1許浩2，3孟尚志1張文忠1劉一楠1羅皓菡2，3李 勇2，3申文敏2，3

(1．中聯煤層氣有限責任公司，北京 100011;2．中國地質大學(北京)能源學院，北京 100083;3．國家煤層氣開發利用工程研究中心煤儲層實驗室，北京 100083)

本文通過對三種非常規天然氣資源勘探和開發地質條件的系統分析，結果表明，臨興地區具有煤層氣、頁巖氣和致密砂巖氣優越的成藏條件和良好的配置關系。提出了該地區非常規天然氣的勘探開發可遵循以下原則:東部淺層進行太原組煤層氣、頁巖氣以及山西組煤層氣的合探共采，西部深層集中進行山西組頁巖氣、致密砂巖氣以及太原組致密砂巖氣的合探共采。

臨興地區 煤層氣 致密砂巖氣 頁巖氣 合探共采

Abstract:The paper makes a systematic analysis of geological conditions for exploration and development of three types of non conventional natural gases．The results show that Linxing area has superior formation conditions for CBM，shale gas and compact sandstone gas and excellent allocative relation．Natural gases accumulate in three kinds of reservoir，namely，coal seam，shale，and compact sandstone，and form continuous mineral deposits．The paper points out that exploration and development of the non-conventional natural gases，people should follow the following principles:in eastern shallow layers，joint exploration and co-exploitation should be carried out in Taiyuan formation CBM，shale gas and Shanxi formation CBM;in western deep layers，joint exploration and co-extraction should concentrate on Shanxi formation shale gas，compact sandstone gas and Taiyuan formation compact sandstone gas．

Keywords:Linxing aea;CBM;compact sandstone gas;shale gas;joint-exploration

近年來，隨著非常規油氣資源勘探開發的深入進行，對于沉積盆地內油氣資源的成藏機理、賦存條件以及勘探開發利用模式等有了更加深入的認識?！斑B續型油氣藏”概念的提出將煤層氣、致密砂巖氣和頁巖氣三種非常規油氣資源從油氣形成機理、聚集條件、分布特征及開發技術方法等方面系統的聯系起來。臨興地區位于鄂爾多斯盆地東緣河東煤田中部，前期勘探和試井生產顯示該區塊煤層氣、頁巖氣和致密砂巖氣勘探開發具有良好的前景。本文將通過對煤層氣、致密砂巖氣和頁巖氣三種資源勘探和開發地質條件的系統分析，探討研究區三氣合探共采的模式及前景，以期為該地區非常規天然氣的利用提供科學依據。

1 研究區地質概況

臨興地區位于山西省西部林縣和興縣地區，北臨河保區塊，南接三交北區塊，本區屬單斜構造，在區塊東側斷層發育，出露上石炭紀和下二疊紀地層，從東向西地層埋深逐漸加大，至區塊西南側埋深大于2000m(圖1)。研究區內上古生代太原組和山西組兩套地層是煤層氣、致密砂巖氣和頁巖氣的主力勘探層位(圖2)。

圖1 臨興地區太原組9#煤層埋深等值線

太原組為一套陸表海沉積，下部為障壁沉積環境，巖性主要由砂、泥巖組成，發育有兩套煤層，厚度較大，可作為整個區域上的標志層;中部為潮坪沉積，發育厚層碳酸鹽巖，其下發育煤層;上部主要為瀉湖相沉積的暗色泥巖和碳質泥巖。山西組為一套三角洲平原沉積，下部主要為沼澤沉積，發育煤層;中部分流河道砂巖發育;上部發育砂泥互層，以泥巖為主。

圖2 臨興地區地層綜合柱狀圖

2 煤層氣

臨興地區太原組含煤4～8層，下部的8#、9#煤層為主要可采煤層，10#煤層僅零星發育，上部的6#、7#煤層僅在個別地區達可采厚度，一般不可采，也不具煤層氣開發價值。其中8#煤層厚度在2～18m之間(圖3)，平均厚8.32m，是本區煤層氣勘探開發的主力煤層。山西組自下而上可見5層煤，其中3#、4#煤層局部可采，5#煤層大部可采，其余煤層僅在個別地區發育薄煤線。5#煤層厚1～7.32m(圖4)，平均3.83m，煤層穩定，全區可采，是山西組的主力煤層。5#煤層在研究區北部普遍3m以上，在興縣以西厚度最大，在5m左右;8#煤層厚度明顯大于5#煤層，在興縣周邊形成10m左右的厚煤分布區，在西南部煤厚較小，平均在3m左右。

區內5#煤層含氣量5～20m3/t，含氣量整體呈帶狀分布，從東北向西南含氣量增大，與煤層厚度關系不大，與埋深呈正相關。8#煤層含氣量也在5～20m3/t之間，但相同地點的含氣量高于5#煤層。研究區中北部煤層厚度大，埋深適中，煤層氣保存條件較好，有利于煤層氣的勘探開發，西南地區含氣量較高，但埋深較大，暫不適于煤層氣的大規模開發。

圖3 臨興地區8#煤厚度等值線圖

圖4 臨興地區5#煤厚度趨勢圖

3 頁巖氣

臨興區塊上古生代發育了太原組和山西組兩套泥頁巖地層，也是本區頁巖氣勘探遠景的兩套主要地層。其中，太原組發育一套海相深色－黑色泥頁巖，主要巖性有深色灰質泥巖、硅質泥頁巖、鈣質泥頁巖和黑色炭質泥巖，夾薄層粉砂質及砂質泥巖，部分地區夾薄層油頁巖。山西組則發育一套陸相三角洲和湖相深色泥頁巖沉積，主要巖性包括深色灰質泥巖、鈣質泥巖、硅質泥頁巖、粉砂質頁巖。

山西組泥頁巖總厚度為55～130m，在區內分布整體呈現東部厚度較薄，向西南厚度逐漸增大的趨勢(圖5)。相比于山西組，太原組海相地層在區內整體發育厚度較小，總厚度為50～120m，呈西部薄東部厚的特點，在興縣附近厚度達到最大值(圖6)。

圖5 山西組泥頁巖總厚度分布圖

圖6 太原組泥頁巖厚度及總厚度

泥頁巖樣品的測試分析結果表明，研究區山西組泥頁巖總有機碳含量范圍1.13～8.62wt%，平均值3.91wt%，有機質成熟度(Ro)1.28～1.60;太原組泥頁巖總有機碳含量范圍1.15～40.81wt%，平均值13.94wt%，有機質成熟度(Ro)0.93～1.78之間，顯示出具有較高的頁巖氣資源潛力。

4 致密砂巖氣

致密砂巖氣作為非常規天然氣的重要組成部分，越來越受到廣大石油地質工作者的關注，而正確地認識致密砂巖氣是有效開發利用它的前提條件。鄂爾多斯盆地致密砂巖氣資源十分豐富，從儲層分布來看，臨興地區太原組砂體呈現出東厚西薄的特點，砂體厚度范圍為4～41.89m(圖7)。山西組砂體厚度較大，分布規?？傮w上大于太原組，顯示出較好的成藏條件，砂體厚度在區域具有相似的變化特點(圖8)。研究區砂巖物性數據統計分析表明，儲集層的孔隙度和滲透率均較低，孔隙度范圍為1.2%～17.5%，其中分布于2～10%的占到60%;滲透率為0.1～160md，分布在0～0.5md占到80%，屬于低孔低滲砂巖。

圖7 太原組砂體厚度等值圖

圖8 山西組砂厚度等值圖

從成藏角度來看，研究區山西組致密砂巖儲層厚度大，泥頁巖和煤層作為氣源巖生氣充足，但保存條件方面臨興地區東部埋深較淺，構造改造強烈，斷層發育，不利于致密砂巖氣藏的保存，而西南部地區儲層埋深大，斷層不發育，前期鉆井顯示出較好的產氣能力，表明研究區山西組致密砂巖氣在西南部地區具有良好的資源勘探開發前景。

5 合探共采方案

烴源巖熱演化史分析表明，臨興區塊在晚古生代煤系地層形成后即開始穩定的沉降，至侏羅紀中期達到最大埋深，這一時期該套泥頁巖進入成熟階段，此后，燕山期晚期臨興區塊中部的巖漿熱活動使得有泥頁巖和煤層中的有機質進一步成熟，進入大量生氣階段，該階段氣源巖中的大量生成的天然氣在滿足自身儲集的基礎上，向致密砂巖儲層中以活塞式運聚，從而在垂向上形成了煤層-頁巖-致密砂巖三種儲層中氣體連續成藏的模式，后期隨著地層的抬升，溫度降低，煤層和泥頁巖中飽和富集的天然氣發生逸散，進入上覆的致密砂巖儲層中，在適當的位置聚集并保存下來?；谝陨戏治霰砻?，臨興地區具有煤層氣、頁巖氣和致密砂巖氣優越的成藏條件和良好的配置關系，但不同的層位和構造位置上存在差異。因此，依據各自的富集規律，該地區非常規天然氣的合探共采方案可歸納為:東部淺層進行太原組煤層氣、頁巖氣以及山西組煤層氣的合探共采，西部深層集中進行山西組頁巖氣、致密砂巖氣以及太原組致密砂巖氣的合探共采。

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Geology Condition Analysis for Unconventional Gas Co-exploration and Concurrent Production in Linxing Area

Guo Benguang1，Xu Hao2，3，Meng Shangzhi1，Zhang Wenzhong1，Liu Yinan1，Luo Haohan2，3，Li Yong2，3，Shen Wenmin2，3
(1．China United Coalbed Methane Co．Ltd．，Beijing 100011;2．School of Energy Resource，China University of Geosciences(Beijing)，Beijing 100083;3．Coal Reservoir Laboratory of National Engineering Research Center of Coalbed Methane Development＆Utilization，Beijing 100083)

國家科技重大專項大型油氣田及煤層氣開發(2011ZX05062)。

郭本廣，男，高級工程師，主要從事煤層氣勘探開發研究與管理工作。

(責任編輯 劉 馨)