柳林區塊煤層氣儲層特征及產量控制因素分析

劉天授

(中聯煤層氣有限責任公司，北京 100016)

1 煤層氣儲層特征

柳林區塊構造簡單，斷層稀少，地層輕緩，傾角小，煤系發育，水文地質條件簡單，煤層氣勘探開發具有比較優越的地質條件。區內共含煤14層，可采煤層7層，其中山西組的2、3、4(3+4)、5號煤層，太原組的6、8+9、10號煤為主要可采煤層，可采煤層均厚10.49m。

煤巖宏觀類型主要為光亮煤、半亮煤，顯微組分主要為鏡質組，無機物含量低，煤質主要為中-低灰分，因此，煤層具備形成原生割理裂隙的物質基礎，保證了煤層氣良好的解吸通道和導流能力。煤體結構主要為碎裂結構、原生結構，煤層裂隙發育，煤層具備較好的滲透性。3+4號煤層滲透率為0.02～3.44mD，5號煤層滲透率為0.02～2.26mD，8+9號煤層滲透率為0.01～24.8mD。煤層滲透率西部因埋深較大，滲透率相對較低，北部與南部的東中地區滲透率較高，總體上，研究區塊煤層的滲透率相對較高。

煤層氣含量及含氣飽和度高、氣質好、資源豐度高、 資源量大。 平均氣含量為8.64～10.98m3/t，最高達23.45m3/t；煤層含氣飽和度為12.62%～100%，平均為63.59%；單煤層資源豐度較高，3+4+5號煤層為0.2×108～1.4×108m3/km2，8+9號煤層為0.3×108～1.9×108m3/km2。

各含水層富水性較弱，煤層水礦化度大，煤層處于弱逕流環境，有利于煤層氣富集。山西組3+4、5號煤層頂板或底板屬弱含水層，對煤層供水有限，煤層產水量一般不大；太原組8煤層頂板為灰巖巖溶裂隙含水層，北部地區對煤層供水較為充足，煤層產水量大，氣井排水降壓困難；南部地區對煤層供水較弱，煤層產水量小，適于煤層氣開發。

2 排采特征

在勘探階段初期，由于太原組8+9號煤分布穩定、厚度大，所以將8+9號煤設定為目的煤層。但從先期位于不同位置幾口井的排采數據看，產水量普遍較大，產氣量較低。后續針對8+9號煤的水平井也呈現出如此特征。將目的層設定為山西組3+4號和5號煤后，產水和產氣狀況都發生了很大的轉變，產水量普遍較小，產氣量較高。

XX1井位于區塊北部的中部，是一口壓裂直井，對8+9號煤層進行排采，整體表現為產水量高、產氣量低。平均日產水量125m3/d，最高產水量271m3/d；平均日產氣量32m3/d，最高產氣量177m3/d。用水泥封固8+9號煤，上返壓裂3+4、5號煤后進行排采，與8+9號煤相比，整體表現為產水量較小、 產氣量較高。 平均日產水量42m3/d，最高產水量109m3/d；平均日產氣量830m3/d，最高產氣量1157m3/d。井底流壓的變化范圍為2.52～4.94MPa，套壓在0～0.45MPa之間。

XX2井位于區塊西北角，是一口針對8+9+10號煤的多分支水平井，煤層進尺2420m，整體表現為產水量高、產氣量低。平均日產水量265m3/d，最高產水量476m3/d；平均日產氣量131m3/d，最高產氣量432m3/d。由于產水量高，為了能夠有效的降低井底壓力，更換多種類型的泵，但井底壓力最低也只是降低到了2.8MPa，后來由于實在無法再有效的降低井底壓力，該井停止排采。

經過對柳林區塊排采井數據分析，可以看出，針對太原組8+9號煤煤層氣井的產水量普遍較大，產氣量普遍較低，而針對山西組3+4號和5號煤層氣井的產水量普遍較小，產氣量普遍較高。

3 產量主控因素

根據該區煤層氣地質及儲層條件的分析，結合該區煤層氣勘探井的產氣狀況的研究認為，煤層發育程度、氣含量、滲透性、水文地質條件等對煤層氣井產能影響較大，是影響煤層氣高產富集的關鍵因素，這與國內外眾多學者關于煤層氣高產富集控制因素研究的結論相吻合。

3.1 煤層發育程度

煤層厚度是煤層氣資源富集的基本參數，目的層層數、厚度及結構對煤層氣開發產能有重要影響，也是煤層氣井高產的主控因素。一般情況下，煤層層數越多，結構越簡單、厚度越大，煤層氣資源量和資源豐度就越高，氣井高產的概率越高。對區內煤層氣井目的層厚度和產氣量關系進行統計發現，目的層厚度與產氣量基本呈現正相關關系。

3.2 煤層含氣量

煤層含氣量是關系煤層氣資源量及資源豐度的關鍵參數。一般情況下，煤層含氣量越高，煤層氣資源量及資源豐度就越大，煤層單井產量高，煤層氣井產氣潛力也越大。對區內煤層氣井目的層含氣量和產氣量關系進行統計發現，目的層含氣量與產氣量基本呈現正相關關系。

影響煤層含氣量的因素眾多，比較直接的有構造條件、煤的變質程度、圍巖保存條件、埋藏深度等。區內構造簡單，全區斷層和褶曲構造不發育，構造對煤層氣富集的影響較弱；區內煤的變質程度基本一致，煤的變質程度對氣含量的影響較小和煤層氣富集高產影響較弱；區內除8+9號煤層頂板為石灰巖或泥灰巖外，其他主力目的層頂底板均以細碎屑巖為主，對煤層氣的保存整體較好，煤層氣資源豐度較高。研究區為自東北向西南傾的單斜形態，煤層埋深和儲層壓力表現為自東北向西南增大，致使煤層氣含量和煤層氣資源豐度也基本表現出相似的變化趨勢。

3.3 煤層滲透性

滲透率決定著煤層氣的運移和產出，它是煤儲層物性評價中最直接的指標。在同等開發條件下，滲透率越高，氣井產能越大，不僅高峰產量高，而且后期產氣能力強；反之，氣井產能差，不僅高峰產量低，而且后期產氣能力弱。

區內東北部煤層埋藏淺，煤層滲透率高，煤層氣勘探試驗氣井產氣量也較高。如XX3井5號煤層埋深495m，測試3+4、5號煤層滲透率為2.44mD，氣井最大產氣量為1157m3/d；XX4井5號煤層埋深883m，測試4、5號煤層滲透率為0.76mD，氣井最大產氣量為103m3/d。

多年的研究和煤層氣勘探開發的實踐表明，影響煤層滲透性的主要地質因素是煤體結構狀況、煤層埋藏深度、地應力等。區內煤層煤體結構優越，大多為原生結構和碎裂結構；煤層埋藏淺，多小于1000m，地應力低。

3.4 水文地質特征

水文地質條件對煤層氣具有水力封閉和水力驅替～運移雙重作用。水力封閉作用有利于煤層氣的保存，而水力驅替～運移作用則引起煤層氣的逸散。煤層氣勘探開發的實踐表明，水文地質條件簡單，煤層氣開發效果好，反之則差。

區內水文地質條件簡單，自東向西地下水徑流逐漸緩慢，水文地質條件對煤層氣保存變好，煤層氣資源豐度增高。部分地區部分層段水文地質條件復雜，氣井產能影響較大。區內圍巖含水層是煤層水的主要來源，其強弱決定了煤層的含水程度。8+9號煤層在含水性、水活躍程度和產水量方面均強于3+4和5號煤層。總體看來，在縱向上，3+4和 5號煤層的煤層氣富集條件優于8+9號煤層；在橫向上，西部區域煤層氣富集條件優于東部地區。

4 結論

(1)柳林區塊為一西傾的單斜構造，斷層發育數量少，水文地質條件簡單，煤層氣地質條件、儲層條件優越。

(2)煤層氣排采呈現太原組8+9號煤煤層氣井的產水量普遍較大，產氣量普遍較低，而針對山西組3+4號和5號煤層氣井的產水量普遍較小，產氣量普遍較高的特征。

(3)根據該區煤層氣地質及儲層條件的分析，結合該區煤層氣勘探井的產氣狀況的研究認為，煤層發育程度、氣含量、滲透性、水文地質條件等對煤層氣井產能影響較大，是影響煤層氣高產富集的關鍵因素。