鄂尔多斯盆地东缘煤层气有利区块优选_李贵红.pdf

第43卷第2期 2015年4月 文章编号1001-1986201502-0028-05 煤田地质与勘探 COAL GEOLOGY secondly, the corresponding critical uation value was determined. The above 9归” rameters are set as the uation index aggregate, uation unit as the object aggregate, favorable, sub-favorable and unfavorable as rating level aggregate. Then by using the fuzzy mathematics comprehensive uation , the membership degree to the uation grades of the uation parameters for each uation unit was obtained, and by using hierarchy analytic process, the relative weight of every index was obtained. Finally, the membership degrees to the uation rating was obtained. According to the maximum membership degree principle, Wubao-Liulin was so口edas favorable缸ea,Daning-Jixian and Hancheng as sub-favorable areas, and Zhungeer, Fugu, Hequ-LinXian as unfavorable areas, the CBM recovery in Wubao-Liulin is higher than that in Daning-Jixian and Hancheng, and Wubao-Liulin, Dan- ing-Jixian and Hancheng were proposed as CBM priority development blocks in eastern Ordos basin. Key words coalbed methane; eastern Ordos basin; selection of favorable blocks; fuzzy mathematics comprehensive uation; hierarchy analytic process 一般来说，盆地各个区域煤储层的资源基础及 可采性并不相同，煤层气“甜点”区一般不到盆地 面积的10。一个经济可行的煤层气项目必须综合 考虑各类地质及工程因素，进行区块优选。鄂尔多 收稿日期2013-07-31 基金项目国家科技重大专项课题（2011ZX05040-003 斯盆地东缘是基于早期的地质选区标准，在类比了 美国圣胡安盆地地质条件后，国内最早提出有开发 前景的区域。在过去20a间，煤层气地质研究和勘 探虽取得重要进展（1-4］，但产业化开发没有取得实质 作者简介李贵红（1976一），女，山西怀仁人，博士，副研究员，从事煤层气、页岩气地质研究及资源评价． E-mail liguihong 引用格式李贵红．鄂尔多斯盆地东缘煤层气有利区块优选［J］.煤田地质与勘探，2015,432 28-32. ChaoXing 第2期李贵红鄂尔多斯盆地东缘煤层气有利区块优选 29 性突破，探明储量与实际资源量差距很大，很多试 验区煤层气井日产气量比较低，多在几百立方米到 1 000 m3，有的甚至不产气。除了工程技术原因外， 可能也存在开发有利区块选择不当的问题。本文运 用模糊数学综合评判和层次分析法对鄂尔多斯盆地 东缘煤层气有利区块进行优选，并提出了优先开发 区块，以期为该区煤层气勘探选区提供借鉴。 1 研究区概况 鄂尔多斯盆地东缘煤储层展布形态为向西缓倾 的单斜，北部榴曲带构造变形微弱，构造形迹稀疏， 南部榴曲带的构造变形较强烈，构造形迹相对密集［匀， 两者之间的离石－柳林东西向构造带的主体是一个 向西倾伏的鼻状构造；东西方向上，由东部边缘向 盆内过渡，地质构造特点也明显不同，主要表现为 东部边缘以断裂及派生挠榴为主，向西代以宽缓的 榴皱，然后过渡为比较平缓的单斜构造。 煤系为石炭－二叠系太原组和山西组，煤层气主 要目标煤层为山西组3号、5号煤层和太原组8号 煤层［町，倾角一般小于5。。3号煤层在研究区自东 向西变薄，厚度一般l～3.5m，最大达Sm以上；5 号煤层全区均有发育，自北向南变薄，厚度0.8～ 15 m; 8号煤层厚度2～20m，北纬38。以南煤厚一 般小于Sm，以北一般大于Sm，富煤区位于兴县以 北到研究区东北缘，厚度Sm以上，准格尔旗厚度 最大超过20m。煤层埋深由东向西逐渐增大，5号 煤层顶面埋深由东部露头向西增大到2500m,8号 比5号煤层埋深大100m左右。 研究区煤级分布呈现北部低、中部居中、南部 高、东低西高的特点，煤种齐全，从长焰煤到无烟 煤均有分布［7剖，煤级控制了煤层气分布的基本格 局。本区含气量l～27旷It，随煤级增大由北向南、 由东向西呈增大趋势；煤储层含气饱和度一般为 4～98，平均56，储层处于欠饱和状态。煤储 层渗透率测值的分布极不均衡，从0.0110-Jm2 到233103m2不等，63个数据中，其中O～1x 10-3m2的值占65，大于1x 10-3m2的占35, 渗透率值总体变化特征是北部和中部渗透率高，南 部相对较低，与地应力的负相关性明显。储层压力 梯度为0.63～1.7MPa/hm，超压区、过灌区和欠压 区在东缘从西向东、近南北走向呈条带状分布，埋 深小于1500 m区域基本上位于欠压区和过渡区。 2 评价单元划分原则 研究区煤层气评价单元的划分主要考虑到研究 区的构造分区特点、储层参数分布规律及地域管辖 等因素。另外，煤层气属于低压气藏，目前国内煤 层气开发深度一般小于1500 m，考虑到可采性问 题，鄂尔多斯盆地东缘埋深大于1500 m的区域不 参与有利区块优选。 基于以上因素的考虑，本次煤层气有利区块优 选将研究区划分为6个评价单元，从北向南分别为 准格尔单元、府谷单元、河曲一临县单元、吴堡－柳 林单元、大宁－吉县单元和韩城单元（图1）。 3 评价参数优选及取值 煤层气区块优选考虑的主要因素有资源丰度及 资源规模、储层开发条件和气体保存条件。其中衡 量资源丰度及规模的主要指标有面积、含气量和厚 度，衡量储层开发条件的主要指标有埋藏深度、含 气饱和度、临界解吸压力与储层压力比（简称临储压 力比）、压力梯度、渗透率和地应力条件，衡量保存 条件考虑的因素有储层盖层封盖性、构造条件和水 动力条件”－11）。上述因素有些是相互关联和影响的， 对于这些因素，只需选择其中关键的因素即可。基 于这样的原则，本次煤层气区块优选的主要考虑因 素有9个，分别是煤层厚度、含气量、构造条件、 水文条件、煤体结构、含气饱和度、储层压力梯度、 渗透率和临储压力比（表1）。本章节中结合国内外及 研究区的实际情况制定了相应的评价临界值。 4 优选方法与结果 本次采用模糊数学综合评判方法［12］来进行区 块优选。现将详细过程叙述如下。 设对象集X{x1，巧，巧，X4，巧，x6｝，其中X1、Xz、X3、 狗、X5、X6分别代表准格尔、府谷、河曲一临县、吴堡 柳林、大宁－吉县和韩城。设论域U＝｛屿，屿，屿，问， 屿，问，屿，问，均｝，u为评价指标的集合，U1、U2 、U3、 U4、U5、u6、U7、Ug、U9分别代表煤层厚度、含气量、 构造条件、水文条件、煤体结构、含气饱和度、储 层压力梯度、渗透率和临储压力比。设V{v1,v2, v3} 为评价等级的集合，其中V1、V2、V3分别代表最有 利区块、较有利区块和不利区块。 4.1 确定因素隶属度 每一个被时阻块需要确定从评价指标集合U到 评价等级集合Y的模糊关系，将它定为一个矩阵 ｜叫l气2民｜ Ir, 严刊 严、I B rijnxm i γ｝ ChaoXing 第43卷 无 的评价均以指标U中的各评价指标进行，为方便表 述，将模糊关系矩阵R列于表2。 4.2 权重的确定一层次分析法 层次分析法是一种有效的确定权重系数的方 法，该方法把复杂问题的各因素划分为相互联系的 有序层，使问题条理化，就每一层次的相对重要性 给出定量表示，再用数学方法确定全部因素相对重 要性的权系数。 以Uij表示论域中评价指标因素U；对u/j为l～9 的相对重要性，其取值依据表3进行。 依据上述9个煤层气评价指标的相对重要性， 得到如下的判断矩阵P。 U1 U2 U3 U4 Us U6 U1 U,“, I 1/2 7 S 3 2 3 3 4 u1 2 I S S 2 3 S I 7 u1 ν7 1/S I I 1/3 1/S 1/4 U7 1/3 U3 1/5 1/5 I I 1/5 1/S 1/3 1/8 1/2的 1/3 1/2 3 5 I 2 2 I 2的 1/2 1/3 5 5 1/2 I 9 ln 3的 1/3 1/S 4 3 1/2 1/9 1 1/7 1 的 1/3 I 7 8 I 7 7 1 8 u1 114 1 n 3 2 112 113 1 11s 1 u9 运用方根法求上述判断矩阵P的最大特征根所 对应的特征向量，所求特征向量即为U中各评价因 素的重要性排序，亦即权数分配。运用方根法求得 上述判断矩阵的特征向量为 W{2.497 5 2.797 7 0.304 8 0.318 I 1.395 0 1.260 5 0.570 0 2.687 6 0.548 I} 归一化处理后即得到各评价因素的分配权重， 归一化后的特征向量以A表示如下 A { 0.201 7 0.226 0 0.024 6 0.025 7 0.112 7 0.1018 0.046 0 0.2171 0.044 3} 计算最大特征根如下 λmax l艺（PW ＝－）－一＝10.1390 n』dW; 下面对判断矩阵进行一致性检验，来验证权数 分配的合理性。验证公式如下 CRCl/ RI 其中CR为判断矩阵的随机一致’性比率；CI为判断 煤田地质与勘探 P Cl＝毛（仙－n;M为 n-1 判断矩阵的平均随机一致性指标，对于9阶判断矩 阵，RI取值1.45。将上述求到的数据带入 CRCl／虹，得CR0.09819。CR值小于0.10，认 为判断矩阵具有满意的一致性，说明分配的权数是 合理的，可以用于区块优选。 矩阵的一般一致性指标， 30 fdjVLU 俨 ／／篝罐单 4 ’ 可／元 /_i . . ”\ i飞 i;.、．飞 -’ , 单 元兽’ 石‘ 神木 I SOOm 级. . 于 米庸 ’串 越Ill . 源 组 大 注l一单元边界；2一煤层露头；3-1500m等深线 图1鄂尔多斯盆地东缘煤层气资源量估算单元划分 Fig. l Resource assessment units of coalbed methane in eastern Ordos basin 其中riJ代表从因素U；着眼，各区块能被评为冉 的隶属度，il,2, 3，，时，jl,2, 3，，叫，各区块 ChaoXing 第2期李贵红鄂尔多斯盆地东缘煤层气有利区块优选 31 表1主要评价指标列表 Tablel The main assessment inds 煤层厚度含气量 优选指标, , 构造条件 Im /mC 最有利 较有利 不利 nx006 lkF / 4 主主 15简单 水文条件 滞留区 煤体结构 原生结构保存好 含气饱和度储层压力梯度渗透率 /MPahm一1/10-3m2 80 ；主0.9I 815 中等径流区轻度破坏 0.5 0.1 到 064MW005 0000 民 υl46 巧 l83l t [ 000000 。8.61 8.67 气J A吨7’QJ。。ζυ94 － AU 句’’－ 0000000 28 臼 621148 ; 000000000 0 0.2 0 0.1 0.1 0 0.1 0 0 评价指标（Rrijnm AY句，＆气 ，＆ AUAU A U AVAUnu 90.3 1.03 0.5 χs大宁－吉县b韩城 指标值ν1最有和jn较有利ν3不利指标值v，最有利ν2较有利均不利 0.7 u，煤层厚度Im 的含气量／（m3t1 的构造条件 均水文条件 Us煤体结构 问含气饱和度／ 的储层压力梯度／（MPahm-1 Ug渗透率110-3旷 U9l临储压力比 7.56 13.63 2 2 89 0.91 0.51 0.43 句3 句，＆εJ 句，句 30 。坷，， AUAU nUAUAUAυAUAUAU 句’06εJ句3εJ句，＆句 ，＆ rOAAT -- nUAUAUAUHUAUAUAUAU I4 ,b AUAUAUAυ AυnUAU 7.9 16.24 2 2 3 65 1.7 0.5 0.87 句3 rhv zJ06 E - AUAUAU - hυnUAUAUAUAU 74 的 525242 0υOUAUAUnuoununUAU 00 的 08505 AVAυAU 4.3 模糊评判结果 引人评价等级集合Y上的一个评价模糊子集B, BA。R，该算子符号采用普通矩阵乘法，即 BAR。得到如下的判断矩阵，以表4表示。 根据最大隶属度原则，区块优选结果如下吴 堡－柳林属于有利区；大宁－吉县、韩城属于较有利 区；准格尔、府谷、河曲－临县属于不利区。建议吴 堡－柳林、大宁－吉县和韩城作为研究区煤层气优先 开发区块。 吴堡柳林地区是鄂尔多斯盆地东缘的煤层气 ChaoXing 32 煤田地质与勘探第43卷 表3判断矩阵标度及其含义1121 Table 3 Judgment matrix scale and meaning 标度含义 表示因素u，与Uj相比，具有同等重要性。 3 表示因素u，与Uj相比.u，比Uj稍微重要。 5 表示因素u，与的相比，u，比Uj明显重要。 7 表示因素u，与约相比，u，比Uj强烈重要。 9 表示因素u，与Uj相比.u，比Uj极端重要。 2人6,8分别表示相邻判断1-3、3～5、5～7、7～9的中值。 倒数表示因素u，与Uj比较得Uij，则Uj与u，比较得1/uij。 表4研究区各区块诸因子评价等级隶属度表 Table 4 Membership degree of estimation scale of different factors in different blocks of the study area 区块ν1最有利等级Y2较有利等级Y3不利等级 Xt准格尔0.34 0.22 0.44 Xi府谷0.30 0.26 0.44 XJ河曲－临县0.25 0.33 0.41 X吴堡－柳林0.54 0.40 0.06 Xs大宁－吉县0.28 0.58 。14 X6韩城0.30 0.43 0.26 “甜点”（13）区域，煤层气成藏条件中，Langmiur体积 平均为19.96旷It，煤对气体吸附能力强；含气饱和 度高，为70～90；临界解吸压力为1.07～3.75MPa, 平均2.56MPa，临储比为0.7。煤层气易于开采， 据本次储层模拟结果，典型单井稳产期为8a，稳产 期内平均日产气量2400 旷Id，气体采收率为58, 气体可采性较好。 大宁一吉县基本上与韩城的成藏地质模型类似， 但该区受东部逆冲推覆构造带的影响比韩城小，煤 体结构保存程度比韩城要好，扫描电镜下可见大量 气孔和显微裂隙，渗透率实测值（0.01-83） 10-3 m2，可采性较好。大宁－吉县地区煤的Langmiur 体积为21.91～28旷It，平均25.95旷It，煤对气体吸 附能力强。含气饱和度达73～118，平均89。 据本次储层模拟结果，气井稳产期为7 a，稳产期内 平均气产量为2000 旷Id，气体采收率为52。 韩城煤的Langmiur体积平均为20.57旷It，煤 对气体吸附能力强，本区含气量高；构造煤发育， 渗透率低。根据储层模拟结果，韩城气井稳产期为 5 a，稳产期内平均气产量为l700 旷Id，气体采收 率为45。 5结论 鄂尔多斯盆地东缘煤层气储层分区性非常明 显，煤级、含气量、含气饱和度分布均呈现北低南 高的趋势，大部分储层处于欠饱和状态，地层能量 低严重制约煤层气开发。渗透率值总体变化特征为 北部和中部渗透率高，南部相对较低，与地应力的 负相关性明显。 运用模糊数学综合评判法和层次分析法对鄂尔 多斯盆地东缘煤层气有利区块进行了优选。结果表 明吴堡－柳林属于有利区；大宁－吉县、韩城属于 较有利区；准格尔、府谷、河曲一临县属于不利区。 建议将吴堡－柳林、大宁－吉县和韩城定为研究区煤 层气优先开发区块。 结合煤层气可采性分析，吴堡柳林地区的可采 性最好，大宁－吉县次之，韩城北部较差。 参考文献 川张胜利．鄂尔多斯盆地东缘石炭二叠系煤层气地质特征研 究[DJ.北京中国地质大学，1996. 2）赵庆波，孙斌，李五忠，鄂尔多斯盆地东部大型煤层气田形成 条件及勘探目标（J］.石油勘探与开发，1998,252 4--7. 3 JENKn叶SC D, BOYER II C M , HOLDITCH S A. 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