鄉寧礦區煤層氣煤儲層滲透性及其影響因素

張士全

中國煤炭地質總局第一勘探局地質勘查院

鄉寧礦區煤層氣煤儲層滲透性及其影響因素

張士全

中國煤炭地質總局第一勘探局地質勘查院

鄉寧礦區位于鄂爾多斯盆地東緣的河東煤田南部，煤層氣資源豐富。煤儲層滲透性是制約煤層氣勘探選區的重要參數，通過對該區煤儲層滲透性及其影響因素的研究，認為本區主要2#、3#、10#煤層屬于低—中滲透性煤儲層，該區煤儲層的裂隙系統是影響滲透性優劣的決定性要素，此外，還與顯微組分、宏觀煤巖類型、煤變質程度、埋藏深度和有效應力有關。

鄉寧礦區；煤層氣；滲透性；煤儲層；影響因素

鄂爾多斯盆地是國內煤層氣勘探開發實驗區，鄉寧礦區位于鄂爾多斯盆地東緣的河東煤田南部，煤層氣資源豐富，勘探開發潛力較大，但該區煤層滲透率較低。制約煤層氣勘探選區的重要參數之一是煤儲層滲透性,通過研究這一地區煤儲層的滲透性特征及其影響因素是十分必要的，對指導該區的煤層氣勘探開發具有重要意義。

1 鄉寧礦區煤儲層滲透性特征

研究表明，煤儲層的裂隙系統是其滲透性優劣的決定性要素，此外，煤儲層滲透性還與顯微組分、宏觀煤巖類型、煤變質程度、埋藏深度和有效應力有關。

目前滲透率的獲取途徑主要有室內測定、現場測試和數值模擬等手段。現場測試主要是試井分析與評價，常用注入壓降測試、段塞流測試、壓降測試、變流量等多種試井方法。試井評價技術是目前應用較為廣泛的滲透性評價技術。

韋重韜等（2002）對臺頭礦2+3#煤層和張節塔礦10#煤層分層進行了滲透率測試，其中2+3#煤層的滲透率為0.011 mD，10#煤層的滲透率為為0.002mD[1]。二者均低于0.1 mD。說明本區煤層的滲透率很低。

根據煤層展布特征，在該區有代表性地選取4個鉆孔點進行注入/壓降和原地應力測試。由于2#、3#煤層間距較小，現場分層測試困難，將2+3#煤層合并進行測試。現場對2+3#煤層、10#煤層進行了注入/降壓測試和原地應力測試，并利用英國愛丁堡石油服務公司生產的PanVytem V2.6試井分析軟件對測試資料進行分析。從測試結果（表1）看，2+3#煤層的滲透率較低（0.0067～0.268 mD），平均0.0903mD；10#煤層滲透率稍高（0.011～0.249 mD），平均為0.1118 mD[2]；試井獲得的滲透率分析結果與韋重韜等人實驗所得的結論基本一致，即本區主要煤層2#、3#、10#煤層屬于低—中滲透性煤儲層,10#煤儲層滲透率較2#、3#煤儲層高。分析認為，這與儲層壓力有關。2#、3#煤儲層埋藏較淺，由于儲層降溫、蓋層突破等因素使之儲層壓力散失，在原地應力作用下裂隙閉合，滲透率變小。

2 影響煤儲層滲透性因素

煤儲層滲透性是制約煤層氣勘探選區的重要參數。煤儲層滲透性受裂隙系統發育程度、有機顯微組分和煤巖類型、煤的變質程度、有效應力和埋藏深度等因素的影響。其中裂隙系統發育程度是鄉寧地區煤儲層滲透性的主要控制因素。

2.1 裂隙系統的影響

煤儲層的裂隙系統是煤儲層滲透性優劣的決定性要素，從成因上講裂隙包括內生裂隙（割理）和外生裂隙（節理）和繼承性裂隙。煤儲層的滲透率決定于裂隙系統的發育和連通程度，特別是割理系統的發育和連通程度，煤儲層滲透率與裂隙系統的發育和連通程度呈正相關性。通過對4個煤層氣參數井煤芯觀察研究發現，該礦區西部、南部裂隙密度較東部、北部大，但是西部南部面割理多閉合，北部東部面割理開啟性較好。因此，根據裂隙發育程度，10#煤層裂隙在鄉寧礦區的發育程度較2#、3#煤層高，滲透性比2#、3#煤層好。與該區試井測試結果相一致。

2.2 煤巖的影響

煤有機顯微組分和宏觀煤巖類型是影響煤儲層滲透率的又一重要因素。不同有機顯微組分和宏觀煤巖類型的煤層，割理發育程度也不同，一般情況下，光亮煤中割理較暗淡煤發育程度高。畢建軍等（2001）認為，光亮型煤分層中割理發育較暗淡型煤分層好，甚至很少延伸到暗淡型煤分層中[4]。因此，從煤層顯微組分組成和煤巖類型上講，鏡質組含量越高，割理越發育，滲透性越好；鏡煤和亮煤含量越高，割理越發育，滲透性越好；光亮型煤的滲透性最好，其次是半亮型煤、半暗型煤和暗淡型煤。

鄉寧礦區各煤層鏡質組含量較高。2#煤層去礦物基鏡質組平均含量為74.6%，惰質組含量為25.4%。3#煤層去礦物基鏡質組含量平均為72.55%，惰質組含量為27.45%。10#煤層去礦物基鏡質組含量平均為75.1%，惰質組含量為24.9%。各煤層鏡質組以基質鏡質體為主，均質鏡質體次之，含少量碎屑鏡質體；惰質組以碎屑惰質體為主，絲質體次之，含少量粗粒體及微粒體（表1）。

表1 鄉寧礦區各主煤層顯微組分含量

鄉寧礦區各主煤層宏觀煤巖類型多為半亮型煤，3#煤層亮煤含量稍低為半暗～半亮型煤。各主煤層以亮煤為主，暗煤次之，未見結核及礦物包裹體。從測試結果（表1）看出，10#煤層鏡質組含量較高，亮煤含量較2#、3#煤層高，單從有機顯微組分和宏觀煤巖類型來看，10#煤層滲透性較高。同時也說明了煤有機顯微組分和宏觀煤巖類型是影響煤儲層滲透率的又一重要因素。

2.3 煤變質程度的影響

關于煤變質程度對滲透性的控制作用，前人已作大量研究。一般認為，隨煤化作用的進行，從褐煤到煙煤，割理密度逐漸增大，而過煙煤階段之后割理閉合，割離密度減少[4]。從而滲透性也表現為相似規律性。鄉寧礦區各主煤層R0，max在2%左右（表2），煤變質程度屬于貧瘦煤階段，從測試數據看，割理密度最大值出現R0，max=2.149%時。鄉寧地區外生裂隙變化不大，在1-3條/5cm之間，表明煤變質程度對外生裂隙的影響較小。綜合河東煤田南部數據，可以看出，割理密度由低煤級開始逐漸增加，到中煤級瘦煤階段達到最大值，之后向高煤級割理密度發生微弱降低。

2.4 埋藏深度和有效應力的影響

煤層是應力敏感性地層，割理對有效應力非常敏感，有效應力越大，割理寬度越小，從而對儲層滲透性產生負面影響。根據試井測試結果，本區2+3#煤儲層地應力梯度為1.22MPa/100m—2.02MPa/100m，原地應力為9.56MPa—13.65MPa；10#煤儲層地應力梯度為1.42MPa/100m—2.26MPa/100m，原地應力為10.25MPa— 20.29MPa。鄉寧地區有效應力相對較高，這也是制約該區煤層滲透性的主要地質因素之一。

3 結論

（1）鄉寧礦區主要煤層2#、3#、10#煤層屬于低—中滲透性煤儲層，該區煤儲層的裂隙系統是影響滲透率大小的決定性要素。

（2）鄉寧礦區各煤層鏡質組含量較高、煤變質程度屬于貧瘦煤階段、宏觀煤巖類型多為半亮型煤、有效應力相對較高等因素，制約了該區煤層滲透性。說明該區主要煤儲層滲透性還與顯微組分、宏觀煤巖類型、煤變質程度、埋藏深度和有效應力有關。

（3）鄉寧礦區煤層氣勘探開發潛力較大，但主要煤儲層滲透率較低，成為研究區煤層氣開發的不利因素。煤儲層滲透性是制約煤層氣勘探選區的重要參數，研究該區煤層的滲透性特征及其影響因素，有利于指導該區的煤層氣勘探開發。

張士全(1968-)，工程師，就職于中國煤炭地質總局第一勘探局，從事煤田及煤層氣地質工作。