塔拉德薩依勘查區(qū)CS-1井煤層氣儲層特征分析

張 偉 周梓欣

(1.新疆煤田地質(zhì)局綜合地質(zhì)勘查隊,新疆 830009；2.新疆煤田地質(zhì)局煤層氣研究開發(fā)中心，新疆 830091)

塔拉德薩依勘查區(qū)CS-1井煤層氣儲層特征分析

張 偉1周梓欣2

(1.新疆煤田地質(zhì)局綜合地質(zhì)勘查隊,新疆 830009；2.新疆煤田地質(zhì)局煤層氣研究開發(fā)中心，新疆 830091)

本文以塔勒德薩依勘查區(qū)CS-1井所獲得的煤儲層參數(shù)和排采試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對勘查區(qū)內(nèi)的煤儲層特征進行了較系統(tǒng)的分析，結(jié)果表明CS-1井煤儲層具有煤層埋深大、主力煤層間距小、頂?shù)装宸馍w效果好、煤體結(jié)構(gòu)較破碎、儲層壓力高、滲透率中等、含氣飽和度與臨儲比高的特點。CS-1井主力煤層含氣性和儲層物性整體較好，具有較好的煤層氣產(chǎn)能前景。勘查區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡單，煤層分布穩(wěn)定，CS-1井在本區(qū)具有一定的代表性，通過對該井的分析研究，顯示勘查區(qū)良好的煤層氣開發(fā)前景。

塔勒德薩依勘查區(qū) 煤體結(jié)構(gòu) 儲層物性特征 臨儲比 含氣飽和度

1 基本地質(zhì)特征

1.1 構(gòu)造特征

塔勒德薩依勘查區(qū)總體為一向西南傾斜的單斜構(gòu)造，傾角多在10°～85°之間，沿走向和傾向變化較大，沿走向自西向東由10°變化到85°左右(15勘查線以東地層傾角較大，一般在60°～85°之間，15勘查線以西地層傾角較小，一般在10°～30°之間)，CS-1井地層角度為15°～20°，除勘查區(qū)東部1勘查線北端發(fā)現(xiàn)二條近東西走向的斜交斷層F1和F2外，其余地段未發(fā)現(xiàn)大的斷裂構(gòu)造。勘查區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度屬中等類型，即“二類”(見圖1、圖2)。

1.2 煤層及煤質(zhì)特征

(1)煤層厚度及埋深特征

CS-1井選擇3層主力煤層進行生產(chǎn)試驗，均位于西山窯組下段下部，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，其中，B3煤層可采厚度平均3.5m， B4煤層可采厚度平均4.5m，B5煤層可采厚度平均4.7m。CS-1錄井顯示B3三層主力煤層埋藏深度在874～947m，整體埋藏深度較大，B3與B4煤層間距約40m，B4與B5煤層間距小于10m。

圖1 塔勒德薩依勘查區(qū)構(gòu)造綱要圖

圖2 CS-1井剖面圖

煤層之間由粉砂巖、泥巖等隔水層隔離。B3煤層直接頂板為3.97m厚砂質(zhì)泥巖，上覆8.65m厚細粒砂巖；直接底板為1.92m砂質(zhì)泥巖，下伏地層為22.5m厚細粒砂巖。B4煤層直接頂板為1.36m厚砂質(zhì)泥巖；直接底板為1.58m厚泥巖，下伏約20m地層為細粒砂巖與砂質(zhì)泥巖非等厚互層。B5煤層直接頂板為1.4m厚粉砂巖，上覆33.2m厚細粒砂巖；直接底板為1m厚粉砂巖，下伏地層為細粒砂巖與泥巖、砂質(zhì)泥巖互層。三層主力煤層頂?shù)装鍘r性均有利于煤層氣富集。

(2)宏觀煤巖及煤體結(jié)構(gòu)特征

勘查區(qū)煤層宏觀煤巖特征為黑色，塊狀、碎塊狀及粉未狀，性脆、易破碎，蠟狀-瀝青光澤，參差狀、平坦?fàn)顢嗫冢瑮l帶狀結(jié)構(gòu)，水平層狀構(gòu)造，節(jié)理及內(nèi)生裂隙發(fā)育。宏觀煤巖組分以暗煤為主，亮煤次之, 絲炭少量，鏡煤微量。宏觀煤巖類型為暗淡型煤。根據(jù)煤層取心結(jié)果顯示，本井B3、B4、B5煤均為塊粉煤，為碎裂煤、碎粒煤這種類型的構(gòu)造煤。

(3)顯微煤巖及煤質(zhì)特征

本區(qū)主力煤層有機顯微組分均以鏡質(zhì)組為主，平均64.8%，惰質(zhì)組次之，平均35.2%，殼質(zhì)組基本不發(fā)育。無機顯微組分以黏土類礦物為主，硫化物類、碳酸鹽類、氧化硅類含量次之。煤層鏡質(zhì)組反射率為0.56%～0.67%，平均為0.64%，屬于低變質(zhì)的煙煤階段。CS-1井主力煤層屬于低水分、低中灰、高揮發(fā)、特低硫煤，其煤樣的工業(yè)分析見表1。總體來看，主力煤層的煤巖煤質(zhì)特征有利于煤層氣的生成和儲集。

表1 CS-1井工業(yè)分析成果表

2 煤儲層物性及含氣性特征

2.1 儲層壓力、地溫梯度、滲透率特征

本井儲層壓力梯度為0.84～0.98MPa/100m，屬于低壓儲層和正常壓力儲層。地溫在3.5～34.0℃之間，地溫梯度(平均值)為1.74℃/100m，屬正常地溫變化。滲透率中等。地層壓力、地溫、滲透率特征均顯示有利于煤層氣的抽采。

2.2 儲層含氣性特征

(1)煤的吸附特征

煤層氣以游離、吸附和溶解三種狀態(tài)賦存于煤層中，主要為吸附狀態(tài)，其中吸附氣占90%以上。主要成分為甲烷，占85%～90%以上。因此，煤吸附甲烷的性能成為定量研究煤層甲烷儲集條件的重要指標(biāo)，它能綜合反映煤巖溫度、壓力、煤質(zhì)等條件對煤吸附能力的影響。按照現(xiàn)在煤層氣吸附理論，當(dāng)溫度一定時，煤巖對甲烷的吸附量服從朗格繆爾(Langmuir)等溫吸附方程：V=VL×P/(PL+P)

式中:V為吸附量，m3/g；VL為Langmuir體積，m3/t,表示每噸煤的表面覆蓋滿單分子層時的吸附量；P為平衡氣體壓力，MPa；PL為Langmuir壓力,MPa，代表吸附達到最大吸附量一半時對應(yīng)的平衡壓力。

(2)根據(jù)實測含氣量及等溫吸附實驗，本井B3、B4、B5煤層煤層含氣量高，在6～10m3/t之間；蘭氏體積中等，在15m3/t左右；蘭氏壓力在2～3MPa之間。根據(jù)實測含氣量和等溫吸附實驗數(shù)據(jù)，得出主力煤層臨界解吸壓力在3～5MPa之間，臨界解吸壓力較大，反應(yīng)該區(qū)煤層氣易于排水產(chǎn)氣。

2.3 儲層開發(fā)特征

(1)解吸壓力

臨界解吸壓力與儲層壓力的比值稱為臨儲比，其決定著煤層氣井產(chǎn)出的難易程度，值越大說明產(chǎn)氣越容易，本井B3煤的臨儲比為0.56，B4煤層臨儲比為0.56，B5煤層臨儲比為0.53，說明該區(qū)三層主力煤層在降壓一定幅度后，就可使得吸附態(tài)的煤層氣發(fā)生解吸。同時，氣井的最大產(chǎn)氣量與擬臨儲比具有一定的線性正相關(guān)，煤層擬臨儲比越高，氣井產(chǎn)能越好。

(2)飽和度

含氣飽和度是指實測含氣量與實測儲層壓力投影到吸附等溫線上所對應(yīng)的理論含氣量的比值。在煤層氣開發(fā)過程中，含氣飽和度的高低決定著單井產(chǎn)氣的早晚，含氣飽和度高，煤層氣開發(fā)排水降壓較小幅度，就會有煤層氣產(chǎn)出，并且飽和度越高煤層氣單井產(chǎn)量就越理想。本井三層主力煤層含氣飽和度均大于80%，為高飽和度煤儲層，有利于煤層氣的抽采。前人認為臨儲比0.6，含氣飽和度80%，是決定該煤層氣井是否能夠成為高產(chǎn)井的前提，故本井具有高產(chǎn)井的前景。

3 結(jié)論

(1) CS-1井三層主力煤層所處地層構(gòu)造簡單，無斷層發(fā)育，且頂?shù)装宸馍w及隔水效果好，有利于煤層氣的聚集和存儲。

(2)CS-1煤儲層埋深較大，屬于高深度儲層，煤層含氣量高，儲層壓力正常，滲透率中等，煤層氣滲流能力較好，有利于地面煤層氣的開采。

(3) CS-1井三層主力煤層臨儲比和含氣飽和度特征均體現(xiàn)出該井具有煤層氣高產(chǎn)井的前景。

(4) CS-1井采用注水壓裂的儲層改造措施，煤層氣抽采利用排水降壓式地面煤層氣開發(fā)技術(shù)。目前該井已排采兩個月，總壓降約2MPa，日產(chǎn)氣量已達400m3/d，儲層特征及工程試驗結(jié)果均顯示出該井具有較好的煤層氣產(chǎn)能前景，同時，通過對該井煤層氣地質(zhì)特征和排采特征的研究，也在一定程度上反應(yīng)了勘查區(qū)良好的煤層氣開發(fā)前景，對整個勘查區(qū)后續(xù)的煤層氣工作具有一定的指導(dǎo)意義。

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(責(zé)任編輯 劉 馨)

Analysis of the Characteristics of Coalbed Methane Reservoir of CS-1 Well in Taladesayi Exploration Area

ZHANG Wei1, ZHOU Zixin2

(1. Comprehensive Survey Team of Xinjiang Coalfield Geology Bureau, Xinjiang 830009;2. Coalbed Methane Research & Development Center, Xinjiang Coalfield Geology Bureau, Xinjiang 830091)

In this paper, the reservoir characteristics of the coal exploration area is analyzed systematically according to coal reservoir parameters and gas drainage test data obtained from CS-1 well in Taladesayi exploration area. The research shows that the coal reservoir of CS-1 Well has the following characteristics: the depth of coal seam is large, the space between main coal seams is small, the sealing ability of the roof and floor is strong, the coal structure is a little shattered, the reservoir pressure is high, the permeability is medium, and gas saturation and the ratio of critical desorption and reservoir pressure is high. As the gas content and reservoir characteristics of the main coal seams in CS-1 well as a whole is good, CS-1 well has good prospects of CBM production capacity. Since the structure of the exploration area is simple and the distribution of coal seams is stable, CS-1 well in this area is representative to a certain extent. Through the analysis of the well shows good prospects for the development of coalbed methane at the exploration area.

Taladesayi exploration area; coal structure; reservoir characteristics; ratio of critical desorption pressure and reservoir pressure; gas saturation

張偉，男，工程師，本科學(xué)歷，從事煤田地質(zhì)及煤層氣地質(zhì)的研究和勘查、開發(fā)工作。