山西古交區塊太原組8號及9號煤層氣藏特征簡述

周劍輝

(1.中聯煤層氣有限責任公司，北京 100016；2.中聯煤層氣(山西)有限責任公司，山西 030000)

山西古交區塊位于沁水盆地西北部，屬于山西省古交市西山煤田，是中國煤層氣主要開發區，區內地表廣泛遍布二疊系、三疊系地層，地層由老至新依次有奧陶系中統馬家溝組、峰峰組，石炭系中統本溪組、上統太原組，二疊系下統山西組、下石盒子組，上統上石盒子組、石千峰組，三疊系下統劉家溝組，新生界第四系。

區內構造簡單主要發育獅子溝-馬蘭向斜、童子川向斜及峪道川向斜，煤系地層總體為東部傾向西-南西西、西部傾向東-北東東的復向斜構造，地層傾角5°到15°。穩定發育有山西組2號煤，太原組8號、9號煤三套煤層，2013年提交煤層氣探明地質儲量214.28×108m3，疊合含氣面積240.57km2，其中8號、9號煤層發育最穩定、資源豐度高，為本區主力開發層位。

1 煤巖特征

1.1 煤層分布特征

研究區太原組8號、9號煤層平面展布規律總體上表現為由西北向東南煤層變厚的趨勢。8號煤厚度為1.40～4.60m，平均厚度2.62m，煤體結構簡單，有0～2層夾矸；9號煤厚度1.40～4.50m，平均厚度2.69m，煤體結構簡單，有0～2層夾矸；兩層煤層間距為2.31～17.30m，平均8.35m。煤層埋深范圍在238.0～951.0m，是煤層氣商業性開發最有利的埋深范圍，煤層從東部、西部盆地邊緣向中部緩緩傾斜，西翼埋深較深，中北部埋深較淺，8號煤層埋深360.0～920.0m，平均639.7m，9號煤層埋深400.0～960.0m,平均644.4m。

1.2 煤巖煤質特征

根據煤心樣實驗分析顯示，太原組8號煤層真密度為1.37～1.83t/m3，平均為1.53t/m3；視密度為1.34～1.42t/m3，平均為1.39t/m3；9號煤層真密度為1.44～1.68t/m3，平均為1.54t/m3；視密度為1.38～1.48t/m3，平均為1.42t/m3。孔隙度值按照煤樣的真密度和視密度值計算得到，8號煤層孔隙度2.19%～6.58%，平均3.88%；9號煤層孔隙度1.39%～14.88%，平均6.07%，屬于低孔隙度煤層。試井顯示8號煤層滲透率為0.01～0.15mD，平均0.09mD。9號煤層滲透率為0.04～0.1mD，平均0.06mD。

煤巖顯微組分特征，8號煤巖顯微組分以鏡質組為主，多為均質鏡質體，其次為基質鏡質體。基質鏡質體中常分布有粗粒體和粘土顆粒。惰質組多為氧化絲質體，胞腔內充有粘土顆粒，火焚絲質體少見。鏡質組含量為62.7%～80.1%，平均為75.4%；惰質組含量為19.9%～37.3%，平均為24.1%，礦物含量為2.2%～16.2%，平均為7.3%。礦物形態各異，多為分散狀，多見黃鐵礦顆粒和脈狀次生方解石。9號煤巖顯微組分以鏡質組為主，鏡質組含量為62.7%～81.7%，平均為71.9%；惰質組含量為18.3%～37.3%，平均為27.5%，礦物含量為4.3%～14.8%，平均10.0%。礦物形態各異，多為透鏡狀或浸染狀，可見方解石。8號煤層鏡質組最大反射率平均值為1.8%，9號煤層鏡質組最大反射率平均值為1.79%，屬中變質階段。

2 流體特征

2.1 含氣性

通過鉆井取芯測試顯示，8號煤層含氣量5.46～15.71m3/t，平均含氣量為8.94m3/t；9號煤層含氣量6.90～14.73m3/t，平均含氣量為9.80m3/t。煤層氣富集帶有兩個富集中心分布于區塊的中部和東南部，一個是馬蘭—草莊頭向斜中南段，另一個是杜爾坪斷裂帶南部，富集區8號煤11.70m3/t，9號煤11.34m3/t(表1)。

含氣飽和度是實測含氣量與理論含氣量的比值，工區煤層氣井實測8號煤層含氣飽和度為88.82%，9號煤層含氣飽和度為96.59%(表2)。

2.2 儲層壓力

煤儲層壓力直接決定著煤層對甲烷等氣體的吸附能力和煤層氣的解吸能力，在氣井排采生產時，煤儲層壓力越高，越容易降壓排采，越有利于煤層氣開發。根據鉆井測試顯示，工區內8+9號儲層壓力梯度0.3～0.98MPa/100m，平均儲層壓力梯度0.68MPa/100m(表2)，氣藏類型屬于欠壓煤層氣藏。

3 煤巖吸附解吸特征

3.1 等溫吸附曲線

煤的等溫吸附特征常用Langmuir方程表示：

(1)

式中，VL代表吸附劑的表面覆蓋滿單分子層時的吸附量，也稱最大吸附量，通常稱為朗格繆爾體積，m3/t；V是吸附劑在氣體壓力為P時吸附氣體的吸附量；PL為朗格繆爾壓力，即吸附氣體V體積達到VL/2時對應的氣體壓力，MPa。

表1 古交區塊煤巖含氣量測試統計

表2 古交區塊8+9號煤層氣藏參數

區內煤巖吸附實驗顯示8號煤的朗格繆爾體積為19.36～27.91m3/t，平均為23.36m3/t，朗格繆爾壓力為1.24～2.89MPa，平均為1.93MPa。壓力小于1MPa時，煤的吸附性隨壓力增加而呈線性增大；大于3MPa后煤的吸附能力增加逐漸變緩(圖1)。

圖1 儲層溫度下8號煤的等溫吸附曲線

9號煤的朗格繆爾體積為18.51～27.41m3/t，平均為22.50m3/t，朗格繆爾壓力為1.28～2.95MPa，平均為2.07MPa。壓力小于1MPa時，煤的吸附性隨壓力增加而呈線性增大；大于3MPa后煤的吸附能力增加逐漸變緩(圖2)。

圖2 儲層溫度下9號煤的等溫吸附曲線

3.2 煤的解吸特征

煤層氣臨界解吸壓力是指解吸與吸附達到平衡時，壓力降低使吸附在煤微孔隙表面上的氣體開始解吸時的壓力，即等溫吸附曲線上煤樣實測含氣量所對應的壓力，據區內煤層氣井實測煤層含氣量、對應的等溫吸附曲線計算得出8號煤的臨界解吸壓力為0.84～2.03MPa，平均為1.63MPa；9號煤臨界解吸壓力為0.71～2.75MPa，平均為1.53MPa。

吸附時間定義為解吸實驗實測解吸氣體體積累計達到總解吸氣量(STP：標準溫度、壓力)的63.2%時所對應的時間。實驗顯示工區8號煤吸附時間為1.59～21.24d，平均為8.58d；9號煤吸附時間為1.19～13.98d，平均為5.46d(表2)，該區煤體結構相對完整，吸附時間相對較長，有利于煤層氣井的長期穩產。

4 結語

(1)區內8+9號煤層構造簡單、煤巖儲層發育穩定、屬于低孔低滲中變質程度儲層、埋深范圍在238.0～951.0m，是煤層氣商業性開發最有利的埋深范圍。

(2)煤層氣在全區穩定分布，儲氣能力強，有兩個富集區，含氣飽和度高，氣藏類型為欠壓煤層氣型。

(3)太原組8、9號煤層吸附時間相對較長，有較高的臨界解吸壓力，氣藏開發中有利于煤層氣的長期穩產。