樊莊-鄭莊區塊斷層規模對煤層氣開發的影響研究

吳定泉 張建國 閆 玲 崔新瑞 張 聰 郭玉廣

(1.華北油田山西煤層氣分公司，山西 048000;2.中國石油大學(北京)，北京 102249)

樊莊-鄭莊區塊斷層規模對煤層氣開發的影響研究

吳定泉1,2張建國1閆 玲1崔新瑞1張 聰1郭玉廣1

(1.華北油田山西煤層氣分公司，山西 048000;2.中國石油大學(北京)，北京 102249)

沁水盆地樊莊-鄭莊區塊是華北油田開發最早的區塊，區域內斷層附近井產氣效果差異大，低產井多，產氣量低。本文通過梳理樊莊-鄭莊區塊斷裂結構，按照斷距大小將斷層分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級，分析不同斷層規模對解吸壓力的影響，明析了不同類型斷層對開發的影響，提出了井位規避風險對策，對煤層氣后期開發具有較好的指導作用。

煤層氣 斷裂結構 斷層規模 開發效果

1 地質概況

圖1 樊莊-鄭莊區塊構造綱要圖

樊莊-鄭莊區塊位于沁水盆地南部晉城斜坡帶，區塊總體呈東南高，北西低的構造特征，北東向斷層較發育，褶皺構造呈現背斜、向斜相間發育的特征(圖1)。寺頭斷層將區塊分為樊莊、鄭莊兩個構造單元。樊莊埋深300～800m，構造簡單，局部發育小斷層，地層東南高西北低；鄭莊埋深600～1000m，構造較為簡單，區內發育后城腰斷層，地層呈現西南高東北低。區內其他斷裂一般為正斷層，受斷層、斷距的影響，煤層氣井生產差異明顯。

樊莊-鄭莊區塊主要生產煤層為山西組3號煤層，Ro介于2.9%～3.1%，屬于無煙煤Ⅲ號。煤層厚度分布穩定，一般為5.0～6.0m，煤體結構以原生結構為主。區內3號煤評價井實測含氣量18.0～26.7m3/t，滲透率0.01～0.8mD。總體來看，區內3號煤層構造較為簡單，厚度穩定，含氣量高，物性好，適合煤層氣規模開發。

2 樊莊-鄭莊區塊斷層規模劃分

2.1 樊莊-鄭莊區塊構造演化史

受華北地臺構造演化影響，沁水盆地的形成演化時代分為中晚元古代、早古生待、晚古生代、三疊紀-侏羅紀、白堊紀和新生代6個階段。沁水盆地整體上為一個北北東向復式向斜構造，主要定型于燕山期，在喜山期構造應力作用下，其形態又得到了加強及一定程度的改造。

現今的基本構造特征主要可以概括為以下三個方面。

(1)基本面貌為寬緩復式向斜。沁水盆地與山西北部的大同-靜樂凹陷帶組成一個雁行排列的巨型復式向斜帶(中央坳陷帶)，夾持于呂梁山與太行山兩隆起帶之間。主向斜軸位于榆社-北寨-沁縣-王必一線，走向北北東，東西兩翼傾角平均分別為4.2°和4°。塊坳南、北兩端稍寬，中部略窄。其西部邊緣帶因喜山期斷裂及斷陷活動影響受到了一定扭曲。

(2)低緩平行褶皺發育普遍，線形構造為主。沁水盆地內褶皺構造發育十分普遍，構造性質基本均屬平行褶皺，且大多數為典型的長軸線性褶皺，但褶皺的幅度、面積一般均較小。背斜中有80%翼部傾角小于10°，有70%以上構造幅度在50m以下，面積80%以上小于5km2。背、向斜褶皺構造在分布上具有一定的等間距性，較為均勻、廣泛地布滿整個塊坳區，表明是在較均勻、緩慢的擠壓作用下形成的產物。

(3)斷層多，以小型為主。沁水盆地內大的斷層不十分發育，但小規模的斷裂構造卻廣泛分布。斷層組系多；從斷層性質上看有高角度逆斷層、平移斷層、高角度正斷層、中低角度逆斷層等，且在演化過程中斷層大多經歷過性質反轉。盆地內部的斷層一般斷距小，延伸短，西部及南部邊緣地帶斷裂相對較發育。

2.2 斷層規模劃分

按照斷距大小，可將樊莊-鄭莊區塊斷層劃分為三級。

Ⅰ級斷層為寺頭斷層及后城腰斷層，斷距大于50m。地震剖面上看(圖2)，該類斷層在沁水盆地呈現出垂直形態，斷層類型為牽引走滑斷層，煤層落差一般大于50m。以寺頭斷層為例，斷層局部落差大，位于寺頭一帶最大超過了360m。

Ⅱ級斷層為寺頭斷層及后城腰斷層所產生的派生斷層，斷距一般在20～50m。從地震剖面上看(圖3)，煤層兩盤發生較為明顯的位移，斷層規模明顯減小，由于煤層頂底板為泥巖，相對于I類斷層來說，煤層的含氣量能夠較好的得以保存。

圖3 Ⅱ級斷層地震剖面及斷裂示意圖

Ⅲ級斷層發育褶皺形成區及斷裂構造影響，斷距5～20m。從地震剖面上看(圖4)，該類斷層無法較為明顯的反應出，一般通過生產過程中壓力曲線、生產解吸壓力進行結合判斷。由于樊莊-鄭莊區塊主要以正斷層為主，小型斷層往往能使得煤層的滲透率得到改善，易形成局部高產區。

圖4 Ⅲ級斷層地震剖面

按照斷層分級標準，對樊莊-鄭莊區塊進行地震資料的精細解釋劃分(圖5)，共劃分出一級斷層2條，二級斷層142條，三級斷層數量216條，有效指導了該區內煤層氣的開發。

圖5 樊莊-鄭莊區塊斷層劃分分布圖

3 斷層規模對煤層氣開發的影響

開發實踐表明，斷層對煤層氣能起到封堵作用，但受斷層頂底板封閉性的影響，不同規模的斷層對煤儲層含氣量影響不同。當斷層規模越大時，煤層易與兩側的砂巖接觸，不利于含氣量的保存，對儲層含氣量影響越大。

統計區內35口生產井解吸壓力，斷層規模對含氣量影響變化明顯(圖6)。由于I類斷層為垂直斷層，當生產井距離Ⅰ級斷層小于1000m時，解吸壓力一般小于0.5MPa，含氣量低，氣井不產氣。當生產井距離Ⅰ級斷層大于1000m時，解吸壓力高，含氣量不受影響。 當Ⅱ級斷層小于150m時，解吸壓力低，對含氣量影響明顯。當Ⅱ級斷層大于150m時，解吸壓力明顯增加，對含氣量影響小。Ⅲ級斷層影響區解吸壓力整體較高，對含氣量基本無影響。

圖6 解吸壓力與斷層距離關系圖

圖7 鄭4-X井區井位解吸壓力與斷層距離關系圖

以鄭4-X井區為例(圖7)，該井區南部發育一條Ⅱ級斷層，通過生產井解吸壓力折算來看，隨距與斷層距離的增加，解吸壓力呈現上升的趨勢，即表明含氣量呈上升的趨勢。

4 井位部署風險規避

研究表明，在地層錯動以及斷層附近儲層應力及滲透性發生變化，導致含氣量逸散；斷層附近容易形成導水通道(下層水)，水動力活躍區氣量逸散；上下盤受力情況及儲層巖性差異導致斷層影響范圍不同(見表1)。

表1 不同類型斷層影響范圍

5 結論與建議

(1)樊莊-鄭莊區塊斷層較為發育，一般為正斷層，按照斷距大小劃分后，可有效進行煤層氣開發，規避低含氣區，提高開發成效。

(2)受斷層影響范圍內的煤層氣含量明顯降低，含氣飽和度減小。因此在后期開發井位部署中，要充分考慮與斷層的距離。

[1] 王永,馮富成, 毛耀保，等. 沁水盆地南端煤層氣賦存的構造條件分析[J].西北地質,1998,19(3):28-31.

[2] 黃孝波,趙佩，董澤亮,等. 沁水盆地煤層氣成藏主控因素與成藏模式分析[J].中國煤炭地質，2014,26(2)：12-17.

[3] 李夢溪，劉慶昌，等. 構造模式與煤層氣井產能的關系——以晉城煤區為例[J]. 天然氣工業,2010,30(11):10-13.

[4] 林曉英，蘇現波，郭紅玉. 沁水盆地東南部寺頭斷層對煤層氣藏的封閉性評價[J]. 天然氣工業,2010,30(4):20-23.

[5] 張培河，劉鈺輝，王正喜,等．基于生產數據分析的沁水盆地南部煤層氣井產能控制地質因素研究[J]．天然氣地球科學，2011，22(5)：909-914.

(責任編輯 劉 馨)

Study on Influence of the Fault Scale on CBM Development in Fanzhuang-Zhengzhuang Block

WU Dingquan1,2, ZHANG Jianguo1, YAN Ling1, CUI Xinrui1, ZHANG Cong1,GUO Yuguang1

(1.Shanxi CBM Exploration and Development Branch, PetroChina Huabei Oilfield Company, Shanxi 048000;2.China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249)

Fanzhuang-Zhengzhuang Block in Qinshui Basin is the earliest development blocks of Huabei Oilfield Company. The gas production effect of CBM wells near the fault is different, with more low production wells and low gas production volume. The paper combines the fracture structure of Fanzhuang-Zhengzhuang Block, and classifies the faults into Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ levels in accordance with the size of the fault displacement. It also analyzes the effect on the desorption pressure for different fault scales, clear the influence on the development for the different types of faults and proposes countermeasures to avoid the risks of well distribution, which will have a guidance for CBM development in the future.

CBM; fracture structure; fault scale; development effect

中石油華北油田年度科研課題《樊莊區塊開發生產規律及穩產增產技術研究》

吳定泉，男，工程師，主要從事煤層氣開發生產管理與研究工作。