湘中地區漣源凹陷煤層氣儲層物性特征

王克營 杜 江

（湖南省煤炭地質勘查院，湖南 長沙 410014）

1 研究區基本地質特征

研究區位于湘中凹陷中北部，其構造位置如圖1所示。地質歷史演化過程中，研究區內主要沉積了石炭系測水組、二疊系龍潭組兩套海陸交互相煤系。測水組形成于瀉湖或潮坪環境，厚30～85m，下段為主要含煤巖系，含煤1～7層，其中3#、5#煤層為主采煤層，厚0～7m。區內龍潭組以“北型”為主[5]，形成于潮坪環境，僅發育上段，厚34～53.01m，含煤2～3層，2#煤層為主采煤層，厚2.0～3.2m。

2 煤儲層物性特征

2.1 煤巖學特征

（1）顯微煤巖特征

測水組宏觀煤巖類型以半亮型煤和半暗型煤為主，次為暗淡型煤，光亮型煤不常見。顯微組分以鏡質組為主，次為惰質組，殼質組（穩定組）少見。鏡質組主要由均質鏡質體和基質鏡質體組成，次為結構鏡質體，其余組分少量；惰質組由絲質體或半絲質體組成，或主要由粗粒體組成。無機組分主要為石英、黏土礦物，次為方解石和微量黃鐵礦、赤鐵礦。

龍潭組宏觀煤巖類型一般以半亮～半暗型煤為主，光亮型煤較少，鏡質組為47.7%～96.4%，惰質組為3.6%～35.6%，殼質組0%～13.3%。鏡質組中主要以基質鏡質體、均質鏡質體、結構鏡質體常見，偶見團塊鏡質體、膠質鏡質體；惰質組中主要以半絲質體、粗粒體、絲質體常見，另外還有微粒體、碎屑體。無機組分為0.62%～9.84%，以黏土礦物為主。

（2）煤質及煤類特征

測水組原煤灰分（Ad）一般為7.6%～78.7%，凹陷邊緣原煤灰分高，凹陷中部原煤灰分低；干燥基全硫（St,d）0.04%～24.18%，靠近凹陷邊緣硫分較低，而凹陷中部硫分較高。

龍潭組原煤灰分（Ad）一般為8.61%～24.26%，多為低灰～中灰煤；干燥基全硫（St,d）0.48%～6.44%，洪山殿礦區為高硫煤，其他地段多為特低硫～中硫煤。

測水組煤類以無煙煤為主，在西側古陸邊緣為貧煤條帶。龍潭組凹陷邊緣均為高變質煙煤或無煙煤，中心是低變質的煙煤，一般為氣煤。

圖1 研究區構造位置

2.2 煤儲層孔裂隙特征

（1）孔裂隙特征

研究區煤層中宏觀裂隙較為發育，裂隙面大多光滑平直，密度為13條/m；微裂隙較發育，密度為19～35條/5cm，其中一部分為張裂隙，并且有的連通性較好。

研究區煤層中微觀裂隙亦較發育。測水組3煤孔隙為殘留胞腔孔（如圖2a所示），發育靜壓裂隙（如圖2b所示）、層間裂隙、層面裂隙，剪性裂隙（X形）、角礫孔等。煤體顯微構造有的原生結構完整，有的煤體已變形，角礫、碎粒、糜棱質多見。5煤組分以鏡質組為主，瀝青質體較多，含礦物質，局部可見裂隙（如圖2c所示），組分間隙，煤體顯微構造的原生結構完整。龍潭組發育殘留胞腔孔（如圖2e所示），氣孔，局部見裂隙（如圖2f所示），組分間隙。測水組與龍潭組煤體顯微構造的原生結構均較完整。

（2）比表面及孔徑分析結果

測水組3煤比表面積為0.532m2/g，BJH最可幾孔徑為4.048nm，總孔體積為1.436×10-3cm3/g；5煤比表面積為24.987m2/g，BJH最可幾孔徑為4.074nm，總孔體積為20.99-3cm3/g。總體上，測水組5煤相對于3煤具有更大的比表面積和孔體積，有利于吸附更多的甲烷氣體。此外，低溫液氮吸附曲線顯示（如圖3a、3b所示），3煤與5煤孔隙類型相同，均以兩端開口的孔和墨水瓶孔為主。

圖2 煤儲層鏡下特征

龍潭組煤層比表面積為0.425m2/g，BJH最可幾孔徑為4.066nm，總孔體積為1.7603cm3/g，具有較低的比表面積和總孔體積，不利于煤層氣賦存。煤的低溫液氮吸附曲線呈倒S型（如圖3c所示），表明孔隙類型以四面開放的尖壁形孔和錐形或雙錐形管狀孔為主。

圖3 研究區煤樣低溫液氮吸脫附曲線

2.3 煤儲層孔滲性

（1）孔隙度特征

測水組煤樣孔隙度介于8.61%～21.04%之間，分布范圍較廣，屬于中、高孔隙度儲層；龍潭組煤樣的測試值介于6.59%～15.94%之間，分布相對集中，且大部分都在9%附近，屬于中、高孔隙度儲層。

總體上研究區主要煤層隨著鏡質組含量增加，孔隙度具有減小的趨勢，其主要原因是鏡質組多含小孔、微孔，從而導致孔隙度減小。隨著惰質組含量增加，孔隙度增加，這是由于惰質組通常多含中大孔，因此惰質組含量與孔隙度正相關（如圖4所示）。

圖4 研究區孔隙度地質控制

（2）滲透率特征

研究區垂向巖心滲透率普遍較小，集中在0.004～0.030mD之間。垂向巖心滲透率偏小的主要原因是埋深大，煤體破碎，地應力高。水平巖心滲透率相對垂向滲透率較大，主要是集中在0.01～0.1mD之間。總體上看，研究區煤層滲透性較差，滲透率較低，為低滲透性儲層。

2.4 煤儲層壓力特征

研究區煤儲層壓力及壓力梯度都比較高。由圖5可知，煤儲層壓力受埋深、地應力影響較大，線性關系較好。較高的儲層壓力表明煤層具有較高的地層能量，有利于儲層壓力釋放，促進煤層氣解吸。僅從該角度來看，有利于煤層氣開發。

2.5 煤儲層吸附性特征

通過對研究區煤層等溫吸附實驗數據分析，研究區煤層臨界解吸壓力較高，達到4.26MPa，臨/儲壓力比為0.92，說明儲層能量較高，有利于煤層氣的解吸。計算得到研究區煤層的理論飽和度為66%，實測飽和度為97%，飽和度較高，為近飽和煤層，煤層氣資源較好。理論采收率高達61.7%。

圖5 研究區煤儲層壓力與埋深、地應力關系圖

3 結語

（1）研究區煤儲層孔裂隙較為發育，測水組5煤相對于測水組3煤及龍潭組煤層具有更大的比表面積和孔體積，有利于吸附更多的甲烷氣體。

（2）研究區煤儲層屬中、高孔隙度儲層，屬低滲透性儲層。

（3）研究區煤儲層具有較高的地層能量，有利于儲層壓力釋放，促進煤層氣解吸。

（4）研究區煤儲層臨界解吸壓力較高，有利于煤層氣的解吸，為近飽和煤層，煤層氣資源較好。