低煤级煤储层游离气含量计算：以准噶尔盆地东南缘为例_贾秉义.pdf

第43卷第2期 2015年4月 煤田地质与勘探 COAL GEOLOGY free gas; gas content; Junggar basin; gas equation 我国煤层气资源丰富，陆上垂深2000 m以浅 的煤层气资源量为36.81012m3，其中，褐煤、长焰 煤为161012m3，占43.5[I-Z］。低煤级煤层气是未 来煤层气产业发展的主要能源之一，主要分布在我 国的东北、西北、西南地区。近年来，低煤级煤层 气勘探开发进展迅速，在鄂尔多斯盆地、准噶尔盆 地等已有煤层气开发井。但是，低煤级煤层的含气 收稿日期2014-04-20 性预测一直是国内外相关学者关注的重点。由于低 煤级煤煤化作用较弱，植物原生结构保存较完整， 孔隙度较高，赋存一定量的游离气。而目前的解吸 气含量测试方法是基于“煤层气以吸附状态赋存为 主”的方式建立的，游离气在目前煤层气含量测试中 难以测试［匀，导致低煤级煤储层含气量测试结果偏 低，与实际情况不符。 基金项目国家科技重大专项课题（2011ZX05033-002; 2011 ZX05040-003 作者简介贾秉义1988一），男，山西朔州人，硕士研究生，从事煤与煤层气地质研究.E-mail 601804255 引用格式贾秉义，晋香兰，李建武，等．低煤级煤储层游离气含量计算一以准噶尔盆地东南缘为例［J］.煤田地质与 勘探，2015,432 33一36. ChaoXing 34 煤田地质与勘探第43卷 基于此，笔者以准噶尔盆地东南缘为研究对象， 进行煤中游离气含量预测。准噶尔盆地虽有煤层气 的开发，但勘探程度不均，主要集中在煤层气资源 与开发前景［川］、煤层气地质特征［町、富集条件与主 控因素［7］、选区评价［町等方面。对于准噶尔盆地低煤 级煤层气盆地而言，煤层气资源评价中，往往忽略 游离气的含量，这必然会对低煤级煤层气的勘探开 发带来一定影响。本文以准噶尔盆地的煤层气含量、 等温吸附、煤储层孔隙特征为基础，采用气体方程 预测煤中游离气含量，旨在为准噶尔盆地东南缘煤 层气选区精细评价提供更加详实可靠的基础数据， 以指导该区今后的煤层气勘探开发。 1 低煤级煤储层特征 1.1 煤储层吸附特征 准噶尔盆地南缘煤的等温吸附试验数据表明 （图1），不同地区不同煤层的吸附性能有一定差异， 这与煤本身的物理化学性质有密切联系。空气干燥 基Langmuir体积VL）为8.75～30.85旷It,Langmuir 压力（PL为2.60～5.27MPa。其中，乌鲁木齐、碱沟 一带，煤的吸附能力较强，VL分别为21.95m3/t、 251 I t一昌吉4一呼图壁 －－－＋－硫磺沟咱－乌鲁木齐 20 』4一碱沟 1J 15 忽必 董10 5 2 4 6 8 压力／MPa 10 12 图l准噶尔盆地商缘西山窑组煤储层等温吸附曲线 Fig. I The isothermal adsorption curve of coal reservoir of Xishanyao ation in the southern margin of Junggar basin 30.85旷It,PL分别为3.75MPa、4.58MPa。从煤 层气富集角度分析，在保存条件较好的情况下，该 区煤层气较为富集。昌吉一带的煤层气吸附能力较 差。呼图壁、硫磺沟一带煤的吸附能力介于上述地 区之间。 1.2 煤储层孔隙与裂隙特征 煤储层的储集空间主要有煤基质孔隙空间和裂 隙空间，而煤中的裂隙孔隙度较小，且经常被水充 填，因而对煤层中游离气含量影响较小。 相对于中、高煤级煤储层而言，低煤级煤层由 于煤级低、煤岩演化程度较低，压实作用弱，基质 孔隙度较高，以大孔和中孔为主，小孔和微孔所占 比例较小［弘II］。吸附气主要通过物理作用吸附在煤 储层的小孔和微孔的内表面，而游离气则主要赋存 在煤储层的大孔、中孔中。 重点采集准噶尔盆地东南缘碱沟（西山窑组）、 阜康（八道湾组）等地样品，进行了煤中裂隙观测、 压柔试验。碱沟煤样以半暗煤为主，煤体坚硬，见 擦痕，局部见侵染状黄铁矿。镜煤条带中裂隙发育， 充填勃土、碳酸盐类矿物，裂隙密度50条／5cm, 长度2～5cm。 阜康煤样以原生结构煤为主，线理状～条带状 结构，层状构造，煤体坚硬；主、次裂隙近直角相 交，裂隙走向大体一致，近垂直层理。主裂隙密度 9条／5cm，长度1-6cm；次裂隙密度7条／5cm, 长度受主裂隙控制。 显微镜下，阜康煤样中不同宏观煤样中煤的裂 隙发育程度不一。总体上，半亮煤与光亮煤中，煤 的主裂隙平均长度0.26-0.41cm，高度0.25-0.49cm, 宽度10.7～16m，密度7.03～13.6条／cm，连通性中 等一好，裂隙发育一极发育（表1）。 可以看出，该区煤储层渗透率相对较高。较高 的渗透率有助于煤储层中游离气的运移、聚集成藏， 游离气的运移造成含气饱和度的变化，影响游离气 含量的计算。 表1阜康（八道湾组）煤样中显微裂隙特征 Tablel The microscopic fracture characteristics of FukangBadaowan ationcoal samples 宏观 主裂隙次裂隙 裂隙 煤岩类型 长度高度宽度 密度 长度高度宽度 密度连通性 发育程度 /cm /cm /m ／（条cm-1/cm /cm /m ／（条cm1 光亮煤 。.05～3.20.083.0 8100 13.6 0.083.0 0.082.5 850 5.53 中等一好发育一极发育 0.41 0.49 10.7 0.33 0.50 13 半亮煤 0.013.0 0.073.2 l180 7.03 0.0牛0.350.051.6 l50 9.94 好极发育 0.26 0.25 16 0.20 0.29 10 半暗煤0.20 0.08-0.3 830 6.2 0.083.0 0.083.0 15.7 差较发育 。.5414 0.16 0.20 注（0.05-3.2/0.41为（最小值～最大值）／平均值。 ChaoXing 第2期贾秉义等低煤级煤储层游离气含量计算 35 压隶试验分析表明，准噶尔盆地东南缘煤储层85.5，平均62.8。大孔和中孔所占比例居中， 孔隙结构比较复杂，不同地区孔隙类型差别较大；约占总孔容积的40～50。相对于中、高煤级煤 即使同一地区不同样品的孔隙度测试结果也有一储层而言，其大孔、中孔隙体积百分比含量较高。 定的差异，如碱沟煤样宏观煤岩类型不同，导致测相对发育的大、中孔隙为游离气的赋存提供了必要 试结果有一定的差异（表2）。总体上，该区煤中孔的场所。因此有必要对该区煤储层中的游离气含量 隙以微孔和小孔占优势，约占总孔容积的40.1～进行计算。 表2煤中孔隙压柔法测定结果 Table 2 The measurement results from pores in coal by mercury intrusion 地区层位样号 孔隙度 I 000 nm 乌鲁木齐 8.22 8.5 Jix 2 7.50 12.8 碱沟 3 11.07 14.30 Jzx 4 6.96 10.73 硫磺沟 5 7.23 14.59 Jzx 6 7.01 11.58 7 8.09 8.38 8 4.33 13.83 阜康J,b 9 3.85 44.21 JO 4.26 50.61 II 0.79 37.2 2 煤储层吸附气含量 准噶尔盆地南缘主要含煤地层为下保罗统八道 湾组和中保罗统西山窑组，其在不同地区分布情况 不同。西山窑组的煤层主要分布在霍尔果斯河四 工河一带，煤层分布相对比较稳定，厚度较大，富 煤中心主要位于乌鲁木齐一阜康、雀尔沟镇以西。 八道湾组的煤层除雀尔沟镇以外，其他地区均有分 布，但煤层分布不很稳定，煤层结构较复杂，富煤 中心在阜康一大黄山一带，而这一带则缺失西山窑 组。鉴于此，本文重点针对准噶尔盆地东南缘头屯 河一乌鲁木齐河一带的西山窑组B煤组的煤层含气 量进行预测。 准噶尔盆地东南缘煤层含气量测试数据分布不 均，主要集中在乌鲁木齐、昌吉、阜康、自杨河、 三工河等地。其中，西山窑组煤层含气量测试数据 主要分布在乌鲁木齐、昌吉等地（表匀，其空气干燥 基含气量2.70-8.60旷It，平均6.28m3/t。平面上， 自西向东煤层吸附气含量略呈增高趋势；其中，乌 鲁木齐矿区吸附气含量最高，达8.60m3/t。 3 煤中游离气含量估算 游离气是指赋存于煤储层孔隙空间的自由气 体。对于煤层中游离气含量的估算，目前尚无统一 各孔径段体积分数／ R。 备注 JOOI 000 nm 10JOO nm 2.0页岩厚度较大 4060 m）、埋深较浅（800～1600 m）、有机碳含量高 TOC5.0） 、热演化程度较高（R。为2.0～3.0） 、 含气量较大（l.10～l.49m3/t）。 致谢感谢国土资源部油气研究中心、贵州｜地 质矿产勘查局、成都地质矿产研究所和中国石油勘 探开发研究院等单位的有关专家在样品采集、资料 收集方面给予的支持和帮助中国矿业大学（北京） 煤炭资源与安全开采国家重点实验室、中国石油大 学（北京）油气资源与探测国家重点实验室、长江大 学油气资源与勘探技术教育部重点实验室承担了本 文样品的实验分析测试工作，在此表示谢意 参考文献 I] CURTIS J B. 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