六盘水杨梅树向斜煤层气地质条件及开发潜力评价

六盘水杨梅树向斜煤层气地质条件及开发潜力评价
杜志强;吴艳
【摘要】综合煤层气勘探及煤矿开采数据,从煤层赋存、含气性、渗透率储层压力等多个方面研究分析了杨梅树向斜煤层气地质条件及资源的开发潜力.对研究区资
源量进行了预测和计算.研究表明,研究区煤层气保存条件好,含气量较高,开发地质条件优良,资源量和资源丰度大,具有较大的开发利用潜力.
【期刊名称】《中国煤炭地质》
【年(卷),期】2019(031)007
【总页数】5页(P27-31)
【关键词】地质条件;储层特征;资源量;开发潜力
【作者】杜志强;吴艳
【作者单位】中煤科工集团西安研究院有限公司,西安 710054;中煤科工集团西安
研究院有限公司,西安 710054
【正文语种】中文
【中图分类】P618.11
0 引言
水城矿区位于六盘水煤田西北部，含煤面积达2 000km2。

矿区内煤层气资源丰富，预测煤层气地质资源量3 658亿m3，平均地质资源丰度3.09亿m3/km2 [1]。

煤层气资源丰度高于华北沁水盆地资源丰度[2]。

另一方面，水城矿区内几乎所有
矿井均为煤与瓦斯突出矿井或高瓦斯矿井。

以往由于勘探程度有限，缺少煤储层压力、渗透性、煤岩力学特征等反映煤储层特征的关键数据[3]，对矿区的煤层气地
质条件和开发潜力研究不足，导致对包括杨梅树向斜在内的多个煤层气赋存区域的煤层气地质条件认识存在很大的局限性，很大程度上影响了这些区域的煤层气勘探开发。

水城矿区内的杨梅树向斜煤层层数及厚度较大，可采系数较高，对该向斜煤层气资源的研究对于水城矿区的煤层气勘探开发具有重要意义。

本文综合现有煤矿开发和近期煤层气勘探资料，对水城矿区杨梅树向斜煤层气地质条件和开发潜力进行评价分析，旨在为该区域煤层气资源的开发提供依据。

1 区域构造
杨梅树向斜主体构造形态为一北西、北北西向的短轴复式向斜，区内以北东部马龙向斜、南西部以妥倮向斜为展现形式，次一级褶曲均呈短轴状(图1)。

杨梅树向斜内，地层走向和倾向总体受次一级褶曲控制，区内地层倾角随所处位置和深度不同有所变化：向斜轴部地层倾角一般5°～7°；含煤地层浅部为30°～45°，深部为10°～16°(图2)。

向斜内见断层F1、F2、F137及钻孔内发现落差小于30m的断层，共计37条，
以张性正断层为主。

2 含煤地层
研究区内出露地层有上二叠统峨眉山玄武岩组(P3 β)、龙潭组(P3l)、下三叠统飞仙关组(T1 f)、永宁镇组(T1yn)及第四系(Q)。

上二叠统龙潭组为研究区主要含煤地层。

含煤地层厚344～487m，含煤47～78层，平均煤层总厚45.28m。

其中，可采
煤层10～19层，为l、3、5-2、5-3、7、10、12、13-1、13-2、14、15-2、16、17、21、23-1、23-2、29-1、29-3、 33煤层，平均厚度为26.82m，可
采厚度17.70m，可采系数4.2%[4]。

图1 杨梅树向斜构造及可采煤层厚度分布图Figure 1 Yangmeishu syncline and mineable coal seam thickness distributions
图2 盘县-水城地质剖面图Figure 2 Panxian-Shuicheng geological section
3 煤储层特征
3.1 煤岩特征
研究区内，已经施工了多口煤层气参数井。

主要的煤层气参数井有：都参1井、
杨煤参1井和黔水参1井。

同时向斜内的发耳煤矿在煤炭开采过程中也进行了大
量煤心样品的测试分析，获取了煤岩煤质方面的数据(表1)。

研究区内煤体结构以原生结构为主、块状构造，局部夹碎裂煤、碎粒煤及粉煤等构造煤，各煤层多为黑色，沥青光泽、玻璃光泽，线理状、中条带状结构，似层状、层状构造，断口多为参差状；宏观煤岩类型以半暗-半亮型及半暗型为主，亮煤、
镜煤少量，微观煤岩类型以微镜惰煤为主；在垂向上镜质组含量呈逐渐增高的趋势，向斜内5号、16号和27号煤镜质组含量分别为74.4%、82.74%和85.74%[1]。

煤的镜质组最大反射率(Ro,max)介于1.51%～1.98%，为中等变质程度的贫瘦煤。

中等变质程度的煤层内生裂隙最为发育，提高了煤的渗透性和基质孔隙连通性，煤储层物性条件好。

煤层气开发过程中易降压，有利于煤层气的解吸、扩散和运移，是有利于煤层气开发[5]。

3.2 含气性及影响因素
3.2.1 含气性特征
在煤炭开采过程中，分析测试结果表明，研究区内煤层含气量为3.94～
35.94m3/t，平均13.58m3/t。

煤层含气量随煤层层位的降低呈增高的总体趋势[7]。

且随着煤层埋深的增加，煤层含气量和甲烷浓度总体亦呈增高趋势(图3、图4)。

表1 煤岩特征数据表Table 1 Data sheet of coal petrologic features煤层厚度
/m稳定程度煤岩类型宏观微观Ro,max/%Ad/%Vdaf/%St,d/%煤类10.73～2.70(1.55)稳定半暗-半亮微镜惰煤1.828.8716.930.69SM1430.71～3.31(1.60)稳定半暗-半亮微镜惰煤1.908.7416.770.69SM145-20.12～2.36(1.26)较稳定半暗-半亮微镜惰煤1.709.0016.571.08SM145-30.29～2.77(1.27)较稳定半暗微镜惰煤———9.2616.240.90SM1371.00～3.06(2.20)稳定半暗-半亮微镜惰煤
1.887.3315.700.69SM13100.41-
2.82(1.31)较稳定半暗微镜惰煤
1.908.2015.700.95SM13120.32～1.97(1.04)较稳定半暗微镜惰煤
1.949.0315.400.37SM1313-10.23～3.80(1.66)较稳定半亮微镜惰煤
1.967.8114.770.45SM1313-20.23～3.32(1.45)较稳定半亮微镜惰煤
1.918.0014.910.37SM13140.10～3.03(1.04)较稳定半暗-半亮——————7.3914.050.37PS1215-20.15～3.27(0.96)不稳定半暗微镜惰煤
1.927.7313.860.41PS12160.14～
2.26(1.17)较稳定半暗-半亮微镜惰煤
1.987.4514.050.48PS12170.15～1.75(0.92)较稳定半暗微镜惰煤———
7.4213.960.55PS12210～1.84(0.82)不稳定半暗-暗淡微镜煤———
8.3413.640.95PM1423-10～3.71(0.78)不稳定半暗——————
9.0014.050.83PM1423-2(0～2.18)0.90较稳定半暗-半亮微镜煤———
7.7913.760.78PM1429-10～1.88(0.91)不稳定半暗-半亮微镜惰煤
1.928.091
2.290.90PM1129-30～1.77(0.72)不稳定半暗-半亮微镜惰煤
1.798.121
2.671.24PM14330～2.85(1.47)不稳定半暗-暗淡微镜煤———
7.0611.191.45PM11
图3 各煤层含气量及含气梯度统计图(参考文献[7])Figure 3 Statistics of coal seam gas contents andgas-bearing gradients (after reference [7])
图4 发耳煤矿煤层甲烷含量和浓度与埋深的关系图(参考文献[7])Figure 4 Relationship between coal seam methane content,concentration and
buried depth in Faer coalmine(after reference [7])
煤层气参数井测试结果显示：5号煤与7号煤含气量变化幅度较小，平均含气量分别为9.69m3/t、11.47 m3/t；13号煤、15号煤及23号煤含气量波动较大，分
别为14.5～21.34 m3/t，9.38～18.24 m3/t和5.81～9.81m3/t。

该区煤层平均
含气量15m3/t左右。

综合煤田和煤层气钻井资料，区内含气量分布呈现一定的规律性：煤层含气性在平面上基本呈现轴部含量较高，向两翼逐渐减低的特征；垂向上，随煤层埋深的增加含气量呈现减少—增加、减少—增加频繁波动变化的趋势，但煤层含气量随着埋
深线性增大的离散性较大，亦说明其他地质因素对煤层的含气性有较大的影响[10]。

3.2.2 等温吸附特征
主要煤层兰氏体积12.14～22.53m3/t，平均为17.75m3/t；兰氏压力介于
0.79～1.62MPa，平均为1.15MPa。

煤层瓦斯放散初速度介于12.7～29.2mL/s，平均为17.52mL/s。

临界解吸压力介于2.64～4.99MPa，临储比介于0.51～0.89，理论含气饱和度介于61.2%～98.7%，平均为83.2%，反映出区内较高的含气饱
和度、临界解吸压力、临储比，有利于煤层气开发。

等温吸附实验结果：5号、7号、13号煤的含气饱和度为96.33%、89.71%及85.19%，含气饱和度较高，对煤层气开发较为有利。

7号煤临储层比较低，对煤
层气开发有一定影响。

3.2.3 围岩封盖性能
煤层气的保存除与上覆盖层(顶板)有关外，下伏隔层(底板)对煤层气的保存也不可
忽视，具有封盖性好的上覆盖层和下隔层的煤层有利于煤层气的富集[8]。

表2 等温吸附实验数据表Table 2 Data sheet of isothermal adsorption experiment results煤层煤厚/m含气量/m3·t-1VL/m3·t-1PL/MPa含气饱和度/%临界解吸压力/MPa临储比51.99.6912.140.8296.334.330.6272.511.4716.74～
17.230.7989.914.710.75～0.88133.814.5～21.3415.66～
22.531.6285.194.990.84151.49.38～
18.2416.410.7679.514.180.68231.75.81～9.8117.140.7572.324.020.53
研究区域内主要可采煤层直接顶板岩性略有差异，但含煤地层岩性组合基本相同：煤层直接顶板多为泥质粉砂岩，局部为粉砂质泥岩或泥岩；直接底板为0.20～5.00m厚的泥岩或粉砂质泥岩、泥质粉砂岩。

孔隙度介于1.30%～2.91%，平均为2.24%，隔水性较好，封闭性较强[6]。

研究区煤层顶、底板以及含煤地层上覆地层均为良好的区域性盖层，加之主采煤层厚度大，区域性分布稳定[1]，纵向上起到良好的封盖作用；侧向，下倾水流及高含水饱和度的低孔隙岩石产生的高毛细管压力形成水封圈闭，保存条件良好[9]。

综上认为，研究区内围岩封盖性能较好，同时围岩的弱含水性一定的整体上有利于该地区煤层气的保存和富集。

3.3 渗透率
煤储层渗透率是进行煤层气渗流分析的主要参数，在煤层气资源已查明的前提条件下，煤储层渗透率是制约煤层气资源开发成败的关键因素之一。

DC-1井和黔水参1井试井结果表明：井区主要煤层渗透率为(0.066～0.350)×10-3μm2，平均为0.299×10-3μm2，属于中孔中渗煤层[6]。

主要煤储层渗透性在六盘水煤田内渗透率较高(表2)。

从垂向上不同煤层的对比来看，井区龙潭组煤系下煤组渗透率高于测试的7、13煤层渗透率分别为0.066
6mD和0.250 9mD，属于低和中等渗透率煤层[10]。

根据10余件主采煤层煤岩样品的实验室测定，煤岩渗透率普遍较低，多小于
0.1mD，最高为0.61mD。

煤层渗透率较低的原因，可能是裂隙部分被方解石充填，阻塞了其连通性所致[1]。

根据以上数据，认为研究区渗透率中等，在进行储层改造措施后，具备进行煤层气
商业开发的潜力。

3.4 煤储层压力
煤储层压力是控制煤层吸附气量的最关键因素。

煤储层压力受地质构造演化、生气阶段、水文地质条件(水位、矿化度、温度)、埋深、含气量、大地构造位置、地应力等诸多因素的影响，其中埋深和地应力是最主要的控制因素[11]。

根据水头高度换算资料，水城矿区内煤储层压力梯度在0.4～1.2MPa/100m，多数处于欠压—正常储层压力状态[1]。

杨梅树向斜7号煤层为正常压力储层系统，13-2号煤层为欠压储层系统。

同时，研究区破裂压力梯度及闭合压力梯度具有一致的变化性，并随埋深的增加而增加。

储层压力梯度、压力系数呈波状变化，表明该区应存在多套压力系统，煤储层受不同压力系统控制，导致了煤储层含气量等参数垂向上波折变化[6] 。

分析认为主要原因由于区内煤层垂向上阻水隔水性好，煤层间连通性差。

相关数据见表3。

4 煤层气资源开发潜力
4.1 资源条件
由于勘探程度的原因，以往认为杨梅树向斜煤层气资源开发潜力较低：地质资源量仅50.3亿 m3，地质丰度0.66亿m3/km2，可采资源量28.14亿m3，可采资源丰度(0.37～1.64)亿m3/km2[4,9]。

同时，诸多研究表明：水城矿区煤层气可采资源丰度0.98亿m3km2，埋深1 000m以浅的平均资源丰度亦达到0.61亿m3/km2[1]。

以往研究中对杨梅树向斜煤层气资源开发潜力存在一定的误差，影响了该区域的煤层气资源的勘探和开发工作。

表3 注入/压降试井数据表Table 3 Data sheet of injection/falloff well test results煤层埋深/m渗透率/mD储层压力/MPa压力系数破裂压力/MPa闭合压力/MPa测试井7557.000.3505.360.969.0048.94QSC-
17628.810.1736.2470.9910.29010.848DC-
17807.890.0676.430.8111.099.56FE-
113614.810.3105.9100.9615.0713.88QSC-
113869.480.2517.050.8313.9513.33FE-1
根据杨梅树向斜已经施工的DC-1井、杨煤参1井和黔水参1井获得的煤层数据，杨梅树向斜含煤区域面积为76.31km2，加权含气量取12.22 m3/t，煤层厚度计30.59m，体积法估计杨梅树向斜地质资源量为285.14亿m3，地质资源丰度为3.73亿m3/km2，可采资源丰度为2.16亿m3/km2，可采资源量为
165.05×108m3。

杨梅树向斜煤层气地质资源丰富，地质资源丰度高于水城矿区
平均水平，资源开发潜力大。

4.2 抽采试验
在对相关地质和开发条件进行研究后，中国地质调查局油气资源调查中心在杨梅树向斜施工了多口煤层气参数及抽采试验井。

获取了相关地质及储层资料后，采用活性水+石英砂，光套管泵注技术对多个煤储层进行了压裂施工。

排采期间，杨煤参1井稳定期长达7个月，稳产期期间产气量4 000m3/d，最高达5 011m3/d，创下西南地区煤层气直井单井日产量新高和稳产日产气量新高。

5 结论
①水城矿区杨梅树向斜构造相对简单，煤层赋存较为稳定。

含煤地层厚度较大、可采煤层层数多、煤层可采总厚度大，对于煤层气开发较为有利。

②煤储层含气量较高，平均含气量达到15 m3/t，含气饱和度、渗透率等参数高
于预期。

向斜内煤层顶底板岩性以泥岩及砂泥岩为主，封盖条件好；向斜煤层气储层条件有利于煤层气开发；
③杨梅树向斜煤层气可采资源丰度为2.16亿m3/km2，可采资源量为165.05亿
m3。

杨梅树向斜煤层气地质资源丰富，地质资源丰度高于水城矿区平均水平，资
源开发潜力大
④加强储层特征研究，合理选择储层，采用常规煤层气压裂增产措施，对多煤层分层压裂合层排采可以得较为理想的产气效果。

从现有资料及工程实践分析认为，杨梅树向斜储层条件较好，产气潜力较大，在适当的储层改造条件下，可以取得较好的开发效果。

参考文献:
【相关文献】
[1]王宝文,秦勇,高第,等.贵州水城矿区煤层气地质条件与可采潜力分析[J].中国煤炭地质，2010，
22(10)：28-31.
[2]秦勇,高弟.贵州省煤层气资源潜力预测与评价[M].江苏徐州：中国矿业大学，2012.
[3]毕彩芹,迟焕鹏,单衍胜,等.水城矿区煤层气储层特征及压裂改造工艺研究[J].煤炭科学技术，2017，45(9)：182-187.
[4]张春鹏.六盘水煤田煤层气资源特征与有利区优选[D].江苏徐州：中国矿业大学，2017.
[5]唐书恒，蔡超，朱宝存，等.煤编制程度对煤储层物性的控制作用[J].天然气工业，2008，28(12)：30-34.
[6]单衍胜,毕彩芹,迟焕鹏,等.六盘水地区杨梅树向斜煤层气地质特征与有力开发层段优选[J].天然气
地球科学，2018，29(1)：122-128.
[7]李明,姜波,兰凤娟,等.黔西发耳煤矿煤层气成藏特征研究[C].//叶建平，傅小康，李可忠.中国煤层气技术进展：2011年煤层气学术研讨会论文集.北京：地质出版社，2011：114-122.
[8]洪峰,宋岩,赵孟军，柳少波.沁水盆地盖层对煤层气富集的影响[J].天然气工业，2005，25(12)：34-36.
[9]赵黔荣.六盘水煤层气选取评价参数及勘探开发模式[J].贵州地质，2000，17(4)：226-235.
[10]黄鑫.贵州水城县发耳二矿井田煤层气赋存特征分析[J].内蒙古煤炭经济，2017，(15).
[11]傅雪海,高弟.煤层气地质学[M].江苏徐州：中国矿业大学，2007.。