貴州省三大煤田煤層氣地質及開發潛力對比分析

陶斤金 汪凌霞 黃紀勇

（1.貴州省煤層氣頁巖氣工程技術研究中心，貴州 貴陽 550008；2.貴州省煤田地質局，貴州 貴陽 550008；3.貴州天然氣能源投資股份有限公司，貴州 貴陽 550081）

0 引言

根據《貴州省煤層氣資源潛力預測與評價》（2012）［1］，貴州省上二疊統可采煤層的煤層氣推測資源量為3.05×1012m3。貴州省煤層氣資源主要集中在六盤水煤田、織納煤田和黔北煤田，三者資源量之和為2.83×1012m3，占全省煤層氣地質資源總量的92.57%。筆者選取六盤水、織納和黔北煤田為研究對象，基于煤層氣開發地質條件、資源狀況及開發現狀，分析評價三大煤田的煤層氣資源開發潛力，以期為貴州省煤層氣勘探開發選區提供依據。

1 六盤水煤田

六盤水煤田是貴州省煤炭資源最為富集的煤田，包括盤縣、六枝、水城3個礦區，煤炭資源勘探程度高，煤炭資源量達974.05×108t，占全省煤炭資源量的37.6%。

1）煤田構造特征。該煤田構造上位于二級構造單元上揚子陸塊西部黔南坳陷六盤水斷陷中—北部，總體上以隔槽／隔擋式褶曲為主，主要包括盤關向斜、土城向斜、格目底向斜、大河邊向斜、郎岱向斜、六枝向斜等6個構造單元，具有向斜控氣的特征。斷層性質多樣，煤層結構破壞強烈［2］。

2）煤系地層及煤層特征。該煤田的含煤地層為上二疊統長興組和龍潭組，煤系地層厚度為220～513 m，含煤層數一般為20～50層，煤層總厚一般為10～40 m，可采煤層1～26層，可采厚度累計達15～40 m（表1）。具有煤層層數多、累計厚度大，單層厚度薄，層間距小而不均等特點［3-4］。

表1 六盤水煤田各構造單元上二疊統煤層特征表

3）煤儲層特征。該煤田整體以肥煤—瘦煤和無煙煤為主，煤層變質程度中等—高，以碎裂結構煤為主，裂隙較為發育，具有煤層氣開發的良好物性條件。煤層試井滲透率在0.000 4～0.480 0 mD范圍內變化，多低于0.02 mD，平均值為0.074 1 mD，屬于特低滲透率煤層。青山向斜馬依勘探區煤儲層壓力梯度和壓力系數平均值分別為1.08 MPa／100 m和1.10，為正常壓力狀態。金竹坪勘探區煤儲層壓力梯度和壓力系數平均值分別為1.19 MPa／100 m 和1.22，為超壓狀態。六盤水煤田儲層壓力為正常—異常高壓狀態（圖1），較有利于煤層氣開采［5］。

4）煤層氣資源量及可采潛力。該煤田的煤層氣資源量為13 895.26×108m3，占全省地質總資源量的45.47%，位居全省之首。平均資源豐度為2.26×108m3／km2，居全國煙煤—無煙煤煤田前列。可采資源量為6 560.79×108m3，占全省可采資源總量的45.57%。

圖1 六盤水煤田、織納煤田煤儲層壓力梯度分布圖

5）勘探開發工程實踐。盤縣礦區是貴州省最早開展煤層氣勘查的區域，也是目前煤層氣探礦權的集中地，煤層氣勘查程度較高，先后有多家單位在該礦區進行過煤層氣勘探，主要采用壓裂方式進行儲層改造，采取排水降壓的方式進行試氣，其中投入工程最多的屬青山—保田區塊和盤北基地。青山—保田區塊自2006年啟動煤層氣勘探試驗項目至今，先后開展了不同程度的開發試驗，共對8口參數井、29 口排采試驗井進行施工，其中實現了兩次高難度水平井對接。盤北基地自2013 年至今累計對11口參數井進行施工，排采試驗井組9口，單井日產氣量最高達2 800 m3，穩產在1 000 m3以上，且排采時間長，獲取了較多儲層參數以及工程試驗經驗，建成松河礦煤層氣地面抽采省級示范工程［6］。此外，2016 年在水城礦區楊梅樹向斜施工一口煤層氣參數井——楊煤參1 井，獲得高產穩定工業氣流，連續90 d穩產在3 600 m3／d以上，最高日產氣量達4 656 m3，創下西南地區煤層氣直井單井日產氣量新高和穩產日產氣量新高。

2 織納煤田

織納煤田是貴州省第二大煤田，煤炭資源量為525.97×108t，約占全省資源量的20.3%，煤炭資源勘探程度高。

1）煤田構造特征。該煤田位于貴州省中西部，構造上位于揚子陸塊黔北隆起黔北斷拱的西南部，六盤水斷陷及黔南斷陷外邊緣總體上以短軸式褶曲為主，構造相對簡單，主要包括比德—三塘向斜、阿弓向斜、珠藏向斜以及官寨向斜，同樣具有向斜控氣的特征。煤層結構一般保存完好。

2）煤系地層及煤層特征。主要含煤地層龍潭組厚度為242～375 m，含煤19～46 層，含煤總厚度為13.33～54.68 m，可采煤層1～12 層，可采煤層總厚1.97～21.67 m（圖2），金龍向斜、比德—三塘向斜、珠藏向斜一帶為富煤中心，可采煤層總厚在5.00 m以上（表2）。

3）煤儲層特征。該煤田整體以無煙煤為主，煤層變質程度較高。煤體結構相對完整，除6號煤為構造煤外，其余均為原生結構煤，較有利于煤層氣滲流。煤層試井滲透率在0.10～0.50 mD，多在0.30 mD以上，平均值為0.279 7 mD，為中滲透率煤層，滲透率高于六盤水煤田，適合煤層氣地面開發。比德向斜化樂勘探區煤儲層壓力梯度和壓力系數平均值分別為8.8 kPa／m和0.89，為欠壓狀態，織納煤田煤儲層壓力普遍表現為正常—欠壓狀態（圖1）［7-8］。

4）煤層氣資源量及可采潛力。該煤田煤層氣資源量為7 002.80×108m3，約占全省地質總資源量的20%，平均資源豐度為1.41×108m3／km2，略高于全國平均水平。可采資源量為4 415.43×108m3，約占全省的33.33%，可采資源平均豐度為0.89×108m3／km2，低于六盤水煤田。

5）勘探開發工程實踐。該煤田自2011年陸續開展了煤層氣地面勘查工作，在阿弓向斜的肥田煤礦等部署各類參數井、試驗井、水平井20 余口，主要采用壓裂方式進行儲層改造，采取排水降壓的方式進行試氣，單井日產氣量為1 100～5 800 m3。畢節、織金比德—三塘向斜等地自2015年開始進行煤層氣地面開發，部分井日產氣量可超過1 000 m3。此外，2016年在織金阿弓向斜文家壩煤礦實施的2口煤層氣實驗井，單井日產氣量為2 000～3 000 m3。

3 黔北煤田

黔北煤田是貴州省第三大煤田，煤炭資源量為748.45×108t，約占全省資源總量的28.9%。

1）煤田構造特征。該煤田構造上大部分位于揚子陸塊黔北隆起的黔北斷拱，北西部習水、赤水一帶屬于川南盆緣凹陷，主要包括金盆向斜、黔西向斜、長崗向斜、大方背斜、桑木場背斜等5個含煤區。

2）煤系地層及煤層特征。主要含煤地層龍潭組地層厚度為136～255 m，含煤層數6～55層，煤層總厚3.0～28.0 m（表3），其中龍潭組可采1～9 層，可采累計厚度為0～10.7 m［9］。

3）煤儲層特征。該煤田各煤層煤化程度較高，以無煙煤為主，有少量貧煤和瘦煤，以原生結構煤為主，較適合煤層氣抽采。長崗向斜煤的孔隙度為4.8%～5.7%，平均值為5.2%，為典型的低孔隙度儲層。長崗向斜煤層試井滲透率為0.01～0.23 mD，平均值為0.076 mD，為低滲透率煤層，不利于煤層氣解吸后滲流。長崗向斜壓力梯度和壓力系數分別為0.55～0.57 MPa／100 m和0.56～0.69，為欠壓儲層［10］。

4）煤層氣資源量及可采潛力。該煤田煤層氣資源量為7 392.15×108m3，約占全省地質總資源量的25%，平均資源豐度為0.66×108m3／km2，明顯低于全國平均水平。可采資源量為2 075.72×108m3，占全省的15.05%。

圖2 織納煤田某構造單元煤系地層柱狀圖

5）勘探開發工程實踐。該煤田煤層氣勘查程度較低，開展的煤層氣勘查工作較少，對金沙地區林華煤礦2口參數井和3口排采試驗井進行施工，因各煤層臨界解吸壓力低而勘探效果不佳。2014 年以來在長崗向斜先后實施的2口煤層氣探井，主要采用壓裂方式進行儲層改造，采取排水降壓方式進行試氣，單井日產氣量為300～1 000 m3。目前中國地質調查局油氣資源調查中心正在開展黔北“煤系三氣”兼探合采試驗，應再加強對該區煤層氣的勘查程度，同時兼顧煤系頁巖氣、砂巖氣等的研究。

4 煤層氣開發潛力對比分析

4.1 物質基礎

煤層既是煤層氣的源巖又是儲集層，巨大的煤炭儲量是煤層氣聚集成藏的基礎條件。在分析貴州省三大煤田煤炭及煤層氣資源量、煤層發育特征、煤層含氣性的基礎上，利用對比分析法評價三大煤田的煤層氣開發潛力，結果見表4。從表4 可知，六盤水煤田煤炭資源量最大，黔北煤田次之，織納煤田最小。一般情況下，煤炭資源量和煤層氣資源量呈正相關關系，煤層氣資源量由大到小分別為六盤水煤田、黔北煤田、織納煤田。由于各個盆地面積不同，煤炭和煤層氣資源量并不能明顯地反映煤田的聚煤聚氣特征，而含煤密度和煤層氣資源豐度相對更具有說服力，高豐度煤層氣聚集區是煤層氣資源開發的有利地區，在煤層氣大規模商業開發中可以節約開發成本。六盤水煤田含煤密度和煤層氣資源豐度遠大于其他兩個煤田，織納煤田次之，黔北煤田第三。

表2 織納煤田各構造單元上二疊統煤層特征表

表3 黔北煤田各構造單元上二疊統煤層特征表

各煤田沉積背景不同，煤層層數和厚度差異很大。六盤水煤田煤層層數多、總厚度大但單層厚度小、煤層間距小但變化大、煤層不穩定；織納煤田煤層層數較多，煤層主要為中—薄層、埋深適中；黔北煤田煤層層數較多，煤層多為薄煤層，少數為中—厚層，以中等結構為主。

4.2 生氣條件

一般來講，煤階與煤層生氣量呈正相關關系，煤階越高煤層生氣量越大。六盤水煤田以中煤階肥煤、焦煤和瘦煤為主，織納煤田以高煤階貧煤和無煙煤為主，黔北煤田以無煙煤為主［11-12］。

煤巖學特征可反映煤層的生氣儲氣能力。殼質組生氣能力最好，鏡質組次之，惰質組最差，而鏡質組和惰質組的吸附能力大于殼質組，煤層氣含氣量與煤的鏡煤最大反射率成正比關系。六盤水煤田以半暗型煤、半亮—半暗型煤為主，顯微煤巖組分以鏡質組為主，鏡質組含量為36.45%～98.70%，平均值為70.23%；半鏡質組含量為2.00%～28.58%，平均值為11.97%；惰質組含量為2.91%～30.58%，平均值為13.49%；殼質組含量為0～30.85%，平均值為10.46%。具有較強的生氣和儲氣能力。織納煤田以半亮型煤和半暗—半亮型煤為主，顯微煤巖組分以鏡質組為主，鏡質組含量為60.59%～97.35%，平均值為79.77%；惰質組含量為6.7%～25.8%，平均值為16.62%；鏡煤最大反射率為1.78%～3.25%，平均值為2.86%，有很強的生氣和儲氣能力。黔北煤田以半暗型煤為主、半亮型煤次之，顯微煤巖組分以鏡質組為主，含量在52.90%～95.30%，平均值為82.01%；惰質組含量在1.79%～37.13%，平均值為13.71%。

表4 貴州省三大煤田煤層氣開發潛力對比表

三大煤田煤層氣的平均含量從大到小依次是六盤水煤田、織納煤田和黔北煤田。六盤水煤田煤層含氣量和資源豐度高，是煤層氣開發的有利地區。織納、黔北煤田的煤層含氣量和資源豐度均低于六盤水煤田，開發潛力次之。

5 結論

1）六盤水煤田煤炭勘探程度高，煤炭探明儲量最大，煤層氣資源量最大。含煤密度和煤層氣資源豐度最高，煤層層數多，煤層總厚度大且含氣量高，煤層滲透率偏低，煤田儲層壓力為正常—異常高壓狀態，較有利于煤層氣開采，煤層氣開發潛力最大。

2）織納煤田含煤密度和煤層氣資源豐度較高，煤層層數較多、總厚度大，煤層氣資源量較大，探明儲量居第二位，且煤體結構相對完整，滲透率高于六盤水煤田，煤層氣開發潛力較大。

3）黔北煤田煤炭資源量較大，但煤層氣勘探程度較低，含煤密度和煤層氣資源豐度較低，滲透率低，煤儲層壓力為欠壓狀態，開發潛力不及六盤水和織納煤田。