沁南煤儲層地質(zhì)條件對煤層氣井產(chǎn)能的影響

袁夢然

摘 要：本文分析了影響煤層氣井產(chǎn)能的主要地質(zhì)因素。研究發(fā)現(xiàn)，地層構造條件、煤層厚度、煤儲層滲透率、含氣量以及煤儲層壓力和臨界解吸壓力是控制沁南煤層氣井產(chǎn)能的主要地質(zhì)因素;研究認為：煤儲層地質(zhì)條件在背斜軸部，煤層厚度大、含氣量高、臨界解吸壓力大且滲透率在0.2md～4.0md之間的區(qū)域為本區(qū)煤層氣開采的有利區(qū)域。

關鍵詞：煤層氣;煤層氣井;煤儲層;產(chǎn)氣量;主控因素

中圖分類號：TE332 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）01-0150-02

本文通過分析沁南地區(qū)大量煤層氣井的產(chǎn)量差異，研究氣井的產(chǎn)能控制因素，以本區(qū)主采煤層為主要研究對象，分析和比較在不同的地質(zhì)條件下煤層氣井的產(chǎn)能特征，闡明地質(zhì)條件對煤層氣井產(chǎn)能的影響作用，為本區(qū)煤層氣勘探開發(fā)及靶區(qū)優(yōu)選提供參考依據(jù)。

1 沁南地區(qū)主要地質(zhì)條件分析

1.1 地質(zhì)構造

沁水盆地南部的地質(zhì)構造大致是一些寬緩的褶皺，這些構造在某種程度上反映了在燕山期的一系列擠壓作用。本區(qū)無巖漿活動且斷層稀少，褶皺主要呈舒緩波狀，是構造相對簡單的地區(qū)。由于本區(qū)主要位于一些向西傾斜或向北傾斜的一些坡帶區(qū)域，所以在盆地內(nèi)部儲氣和氣藏的中心部位容易形成烴類運移指向，這為此區(qū)成為煤層氣開發(fā)的高產(chǎn)富集區(qū)提供了基礎和有力保障。

1.2 煤層厚度

本區(qū)的主要含煤地層是下二疊統(tǒng)的山西組以及上石炭統(tǒng)的太原組。含煤地層的總厚度在118.96～145.74m，平均厚度在135.52m左右。本區(qū)的3#煤層層位穩(wěn)定且煤層厚度大，純煤厚度為4.11～6.96m，平均煤厚為5.57m，為本區(qū)的主要目的煤層，故本文將以3#煤層為例進行重點分析。

1.3 3#煤層含氣量

對于用來預測產(chǎn)能和計算資源量來說，煤層含氣量是非常重要的參考數(shù)據(jù)，3#煤層為區(qū)內(nèi)煤層氣開發(fā)的主要目標煤層之一。根據(jù)對樊莊區(qū)塊進行的含氣量測試的數(shù)據(jù)來看，晉試1井3#煤層平均含氣量為24.82m3/t;晉試2井3#煤層平均含氣量為22.84m3/t;晉試3井3#煤層平均含氣量為15.23m3/t;晉試4井的3#煤層平均含氣量可達25.48m3/t;晉試5井的3#煤層氣的含氣量在18.31m3/t左右，如圖1所示。

1.4 煤儲層滲透率

以樊莊區(qū)塊為例，在樊莊區(qū)塊通過取煤樣進行孔隙特征分析，得出樊莊區(qū)塊的煤儲層微孔較少且基質(zhì)致密，主要為裂隙型且滲透率普遍較低，如圖2所示。

1.5 儲層壓力

沁水盆地南部多數(shù)為較低的儲層壓力，低儲層壓力的范圍占總共測試范圍的96%左右，只有很少的一部分地區(qū)儲層壓力呈現(xiàn)為較高的狀況。本區(qū)有非常多數(shù)量的氣井，通過對挑選出來的55口氣井進行注水/降壓，本區(qū)煤層氣的儲層壓力的范圍在0.17～8.75MPa之間，平均儲層壓力2.59MPa，而煤層的儲層壓力梯度一般為0.43～10.48kPa/m。

2 主要地質(zhì)條件與煤層氣井產(chǎn)能的關系

煤層氣井產(chǎn)量的控制因素極多，本文僅重點研究其主要的地質(zhì)影響因素。由于沁水盆地面積大，所在的煤層氣公司多，區(qū)塊多，所以各個區(qū)域，不管是從開采時間，開發(fā)方式等各個方面都不盡相同，所以選取合適且具有代表性的氣井對于分析的客觀性和準確性十分重要。因此，本文僅采用具有代表性和穩(wěn)定性的氣井來進行研究，這些井大多生產(chǎn)時間以及開采方式一致，鉆井施工等產(chǎn)生的影響相對較少。本文主要通過分析該區(qū)氣井的大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)來研究影響煤層氣井產(chǎn)氣能力的主要地質(zhì)因素。

一般而言，我們將日產(chǎn)氣量大于3000m3的煤層氣井稱為高產(chǎn)井，將日產(chǎn)氣量不足1000m3的煤層氣井稱為低產(chǎn)氣井。

2.1 地質(zhì)構造與煤層氣井產(chǎn)能的關系

根據(jù)對中聯(lián)公司在潘河地區(qū)建立的氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)加以分析并通過統(tǒng)計不同級別氣井的分布比例，可以得出構造對氣井產(chǎn)能的影響關系。總體上表現(xiàn)為在背斜軸部的高產(chǎn)井數(shù)量要高于其他構造區(qū)[1]。經(jīng)統(tǒng)計，在所有研究的煤層氣井中，背斜軸部的煤層氣井全部為產(chǎn)量較高的高產(chǎn)煤層氣井，高產(chǎn)井比例達到100%，而在向斜部位分布的煤層氣井中，高產(chǎn)井只占到所有向斜部位井總數(shù)的75%，在翼部的煤層氣井中，高產(chǎn)煤層氣井只占到所有翼部煤層氣井總數(shù)的59%[2]。

樊莊區(qū)塊的煤層氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)也大致與以上的結論相吻合，即在褶皺的軸部以及背斜點的高產(chǎn)井所占的比例相對較高。陳振宏等在對樊莊區(qū)塊的生產(chǎn)數(shù)據(jù)做分析研究時也指出，背斜區(qū)高產(chǎn)氣井比例一般較高，為42.9%，而向斜區(qū)的高產(chǎn)氣井比例則普遍較低，僅為6.7%。所以由此可以得出，在不考慮其他地質(zhì)因素的前提下，背斜軸部等構造高點區(qū)域一般產(chǎn)氣量較高，是煤層氣勘探開發(fā)的有利地區(qū)。

2.2 煤層厚度與煤層氣井產(chǎn)能的關系

圖3為煤層厚度與氣井產(chǎn)氣量關系圖。圖中，煤層厚度在5.8米之前，高產(chǎn)井分布較少，隨著煤層厚度的逐漸增大，高產(chǎn)井數(shù)量逐漸增多，占比逐漸增大，但各井的產(chǎn)量差異也開始逐漸變大。所以總體來看，煤層厚度對煤層氣井產(chǎn)能的影響并不十分明顯。

2.3 煤儲層含氣量與煤層氣井產(chǎn)能的關系

沁南地區(qū)的潘莊區(qū)塊，含氣量普遍較高，平均可達15m3/t，通過資料數(shù)據(jù)顯示該區(qū)塊的高產(chǎn)能井也相對較多，而位于寺河西區(qū)一帶的煤層氣井產(chǎn)能相對較低，經(jīng)測其含氣量同樣相對較低，平均為9m3/t左右。從圖4中可以看出，隨著煤層含氣量的不斷增高，高產(chǎn)能井開始逐漸增多，所占總井數(shù)比重不斷增大。煤層氣含氣量對氣井產(chǎn)能的影響明顯，故煤層含氣量為煤層氣井產(chǎn)能的主控地質(zhì)因素。

2.4 煤儲層滲透率與煤層氣井產(chǎn)能的關系

由于沁水盆地區(qū)域廣泛且氣井數(shù)量多，所以測試的煤儲層滲透率的差異也較為明顯，滲透率的總體范圍在0.01× 10-3um2～3.61×10-3um2，其值的大小多數(shù)均為1×10-3um2左右[3]。

滲透率是煤層氣井產(chǎn)能的主控地質(zhì)因素。美國在很早以前的一份生產(chǎn)報告中就已經(jīng)表明，滲透率對煤層氣井的產(chǎn)氣量影響明顯。當煤層的滲透率很小時（0.02md），單井的日產(chǎn)氣量極小甚至為零，在滲透率為0.02～0.2md范圍內(nèi)時日產(chǎn)氣量明顯升高，當滲透率達到0.2～2md范圍內(nèi)時，煤層氣井普遍產(chǎn)氣量較高，日產(chǎn)氣量一般可以達到2500m3以上;當煤層的滲透率繼續(xù)升高到2md以上時，各井的產(chǎn)量差異又開始逐漸變大，多數(shù)氣井的產(chǎn)氣量開始下降（圖5）。這是因為當滲透率很高的時候（大于2md），某些產(chǎn)能較低的氣井有可能處在構造的向斜區(qū)，致使氣井處在一個匯水區(qū)域，導致在排水降壓的時候變得非常困難，從而導致煤層氣井產(chǎn)量的下降。

從圖5中可以看出，煤層氣的產(chǎn)氣量隨著滲透率的逐漸增大呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。大量的煤層氣高產(chǎn)能井普遍位于滲透率在0.2×10-3um2～4.0×10-3um2范圍內(nèi)的區(qū)域。

2.5 煤儲層壓力與煤層氣井產(chǎn)能的關系

通過大量的測試數(shù)據(jù)顯示，本區(qū)內(nèi)的煤儲層壓力多大在3Mpa以上，而臨界解吸壓力則均低于此值。由于儲層壓力與臨界解吸壓力越接近越有利于氣井產(chǎn)氣，故對于本區(qū)而言，臨界解吸壓力越大，對煤層氣井的產(chǎn)能越有利。

3 結論

（1）通過研究分析認為影響沁水盆地南部地區(qū)煤層氣井產(chǎn)能的主控地質(zhì)因素為地層構造條件、煤層厚度、煤儲層滲透率、含氣量以及煤儲層壓力和臨界解吸壓力。（2）煤儲層地質(zhì)條件在背斜軸部，煤層厚度大、含氣量高、臨界解吸壓力大且滲透率在0.2md～4.0md之間的區(qū)域為本區(qū)煤層氣開采的有利區(qū)域。（3）在進行煤層氣井的產(chǎn)能研究時，應在多種主控因素綜合分析的基礎上，分析單一主控因素與其他因素對煤層氣井產(chǎn)氣量的影響程度。

參考文獻

[1] 陳振宏，王一兵，楊焦生，等.影響煤層氣井產(chǎn)量的關鍵因素分析：以沁水盆地南部樊莊區(qū)塊為例[J].石油學報，2009，30（3）：409-412.

[2] 王國強.影響煤層氣井生產(chǎn)特征的關鍵因素分析：以沁水盆地南部潘河地區(qū)為例[C].煤層氣學術研討會.北京：地質(zhì)出版社，2008.

[3] 張培河.基于生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析的沁水南部煤層滲透性研究[J].天然氣地球科學，2010，21（3）：503-507.