韦二煤矿煤储层物性特征及煤层气资源前景.pdf
第 4 2卷第 8期能 源 与 环 保 V o l 4 2 N o 8 2 0 2 0年8月 C h i n aE n e r g ya n dE n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o nA u g . 2 0 2 0 收稿日期 2 0 2 0- 0 6- 0 9 ; 责任编辑 郭海霞 D O I 1 0 . 1 9 3 8 9 / j . c n k i . 1 0 0 3- 0 5 0 6 . 2 0 2 0 . 0 8 . 0 3 3 基金项目 中煤科工集团西安研究院有限公司科技创新基金项目( 2 0 1 9 X A Y M S 4 1 ) 作者简介 张旭峰( 1 9 8 2 ) , 男, 陕西阎良人, 工程师, 2 0 1 5年毕业于西安科技大学, 现从事煤层气开发与瓦斯防治技术咨询等方面工作。 通讯作者 李 林( 1 9 8 4 ) , 男, 陕西澄城人, 副研究员, 硕士, 2 0 0 9年毕业于中国矿业大学, 主要从事煤层气地质及开发工程等方面工作。 引用格式 张旭峰, 李林, 武兴杰, 等. 韦二煤矿煤储层物性特征及煤层气资源前景[ J ] . 能源与环保, 2 0 2 0 , 4 2 ( 8 ) 1 5 5 1 5 8 . Z h a n gX u f e n g , L i L i n , WuX i n g j i e , e t a l . P h y s i c a l p r o p e r t yc h a r a c t e r i s t i c s o f c o a l r e s e r v o i r a n dp r o s p e c t o f C B Mr e s o u r c e s i nWe i e r C o a l M i n e [ J ] . C h i n aE n e r g ya n dE n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n , 2 0 2 0 , 4 2 ( 8 ) 1 5 5 1 5 8 . 韦二煤矿煤储层物性特征及煤层气资源前景 张旭峰1, 李 林1, 武兴杰2, 巩泽文1 ( 1 . 中煤科工集团西安研究院有限公司, 陕西 西安 7 1 0 0 5 4 ; 2 . 宁夏庆华煤化集团有限公司, 宁夏 吴忠 7 5 1 1 0 0 ) 摘要 依据韦州矿区煤炭勘探煤层资料、 煤层气参数井获取的储层资料, 通过对煤层气开发地质信息 的有效提取, 对韦二煤矿煤储层物性进行深入分析、 研究, 对煤层气资源量进行了计算, 并采用数模方 法预测了煤层气抽采率, 确定了地面煤层气抽采相对有利区。研究认为 区内煤层含气性整体偏低, 煤层甲烷含量在0 2 0 ~ 1 1 7 3m 3/ t , 气含量高值区仅出现在部分煤层、 局部区域。多期次构造运动致 使裂隙发育复杂化, 硬度变小, 煤体结构多为碎粒糜棱结构, 渗透率降低。主要可采煤层煤层气资 源量为5 5 5 1 0 8m3 , 资源丰度为1 5 1 1 0 8m3/ k m2 , 属中等丰度、 小型煤层气藏。各煤层煤层气采收 率较低, 约为1 5 %, 可采潜力较差。资源量在煤层分布上相对集中, 1 2 、 1 4 、 1 5煤层气含量 4m 3/ t 以上 重叠区域为煤层气地面抽采相对有利区块。 关键词 煤层气; 渗透率; 资源量; 有利区块 中图分类号 P 6 1 8 . 1 1 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3- 0 5 0 6 ( 2 0 2 0 ) 0 8- 0 1 5 5- 0 4 P h y s i c a l p r o p e r t yc h a r a c t e r i s t i c s o f c o a l r e s e r v o i ra n dp r o s p e c t o f C B M r e s o u r c e s i nWe i e rC o a l Mi n e Z h a n gX u f e n g 1, L i L i n1, WuX i n g j i e2, G o n gZ e w e n1 ( 1 . X i ′ a nB r a n c h , C h i n aC o a l R e s e a r c hI n s t i t u t e , X i ′ a n 7 1 0 0 5 4 , C h i n a ; 2 . N i n g x i aQ i n g h u aC o a l C h e m i c a l G r o u pC o . , L t d . , W u z h o n g 7 5 1 1 0 0 , C h i n a ) A b s t r a c t B a s e do nt h e c o a l s e a md a t a o f c o a l e x p l o r a t i o ni nWe i z h o uM i n i n g A r e a a n dt h e r e s e r v o i r d a t a o b t a i n e df r o mC B Mp a r a m e t e r w e l l s , t h ep h y s i c a l p r o p e r t i e s o f c o a l r e s e r v o i r i nWe i e r C o a l M i n ew e r ed e e p l ya n a l y z e da n ds t u d i e dt h r o u g ht h ee f f e c t i v ee x t r a c t i o no f g e o l o g i c a l i n f o r m a t i o no f C B Md e v e l o p m e n t . T h e C B Mr e s o u r c e q u a n t i t y w a s c a l c u l a t e d , a n dC B Me x t r a c t i o nr a t e w a s p r e d i c t e db y u s i n g m a t h e m a t i c a l m o d e l m e t h o d , a n dr e l a t i v e l yf a v o r a b l ea r e a f o r s u r f a c e C B Me x t r a c t i o nw a s d e t e r m i n e d . T h e r e s u l t s s h o w e dt h a t g a s b e a r i n gc a p a c i t y o f c o a l s e a m s i nt h e a r e a i s g e n e r a l l y l o w , a n dt h e m e t h a n e c o n t e n t i nc o a l s e a m s r a n g e df r o m0 2 0t o 1 1 7 3m 3/ t , a n dt h e a r e a s w i t hh i g hg a s c o n t e n t o n l y a p p e a r i ns o m e c o a l s e a m s a n dl o c a l a r e a s . T h e m u l t i s t a g e t e c t o n i c m o v e m e n t m a d e t h e f r a c t u r e d e v e l o p m e n t c o m p l i c a t e d , t h eh a r d n e s s b e c o m e s s m a l l e r , t h ec o a l s t r u c t u r ew a s m o s t l yb r o k e ng r a i nm y l o n i t es t r u c t u r e , a n dt h ep e r m e a b i l i t y w a s r e d u c e d . T h e m a i nr e c o v e r a b l e c o a l b e dm e t h a n e r e s o u r c e w a s 5 5 5 1 0 8m3, a n dt h e r e s o u r c e a b u n d a n c e w a s 1 5 1 1 08m3/ k m2, w h i c hb e l o n g e dt om e d i u ma b u n d a n c e a n ds m a l l s c a l e c o a l b e dm e t h a n e r e s e r v o i r . T h e r e c o v e r y r a t e o f C B Mi ne a c hc o a l s e a mw a s l o w , a b o u t 1 5 %, a n dt h er e c o v e r a b l ep o t e n t i a l w a s p o o r . T h er e s o u r c e s w e r er e l a t i v e l y c o n c e n t r a t e di nt h e c o a l s e a md i s t r i b u t i o n , a n dt h e o v e r l a p p e da r e a s o f 1 2 , 1 4a n d1 5c o a l b e dm e t h a n ec o n t e n t a b o v e 4m 3/ t w e r er e l a t i v e l yf a v o r a b l ea r e a s f o r C B Ms u r f a c ee x t r a c t i o n . K e y w o r d s C B M; p e r m e a b i l i t y ; r e s o u r c e ; f a v o r a b l eb l o c k 0 引言 国内实践证明, 煤矿区煤层气地面抽采一定程 度上可以有效缓解瓦斯消突危险, 具有安全和资源 双重意义。矿区内西翼韦四、 韦五煤矿地勘时期煤 层气参数井有较好的气显示, 评价有较好抽采潜力。 551 2 0 2 0年第 8期 能 源 与 环 保第 4 2卷 韦二煤矿位于韦州矿区东翼, 同属韦州向斜, 煤田勘 查程度高, 煤炭总资源量 4 6 8 5亿 t 。地勘时期煤储 层及煤层气系统评价工作薄弱, 不足以满足地面抽 采对于煤储层物性认知、 有利区选择及在现有技术 条件下能否实现“ 先抽后建” 。因此, 有必要深入研 究区内煤储层物性特征, 计算煤层气资源量, 优选有 利区块, 评估可采潜力[ 1 5 ]。 1 煤层及其物质组成 韦二煤矿位于吴忠市韦州矿区中南部, 为韦州 矿区重要赋煤单元, 长约 1 1 2k m , 倾向宽 2 5~ 5 5 k m , 面积 3 6 0 7 81k m 2。煤矿为一西倾单斜, 在其 基础上, 发育 N N W 和 N N E向( 近 S N向) “ X ” 形断 层和 N W向断层, 含煤地层连续性遭受了破坏。韦 州矿区构造纲要及目标区分布如图 1所示。 图 1 韦州矿区构造纲要及目标区分布 F i g 1 S t r u c t u r eo u t l i n ea n dt a r g e t a r e ad i s t r i b u t i o n o f We i z h o umi n i n ga r e a 1 1 煤层分布特征 区内主要含煤地层为太原组( C 2P1t ) 和山西 组( P 1s ) 。太原组厚度 3 7 1m , 含煤 1 7层, 煤层累计 厚度 1 3 1 4m , 含煤系数 3 5 4 %; 可采煤层编号 1 2 、 1 4 、 1 5 、 1 6 、 1 7 、 2 0煤 6层, 为大部全区可采, 总平 均厚度 8 9 5m , 含煤系数 2 4 1 %。山西组厚度 1 1 9 m , 含煤 5层, 煤层累计厚度 8 0 7m , 含煤系数 6 8 1 %; 可采煤层编号 2 、 3 、 4煤 3层, 为大部全区 可采, 平均累厚 5 5 7m , 可采含煤系数 4 7 2 %。 1 2 煤岩特征 宏观上, 煤岩组分以亮煤为主, 暗煤次之, 夹镜 煤、 丝炭条带及透镜体。煤岩类型以半亮型煤为主, 光亮型及半暗型煤次之。微观上, 煤岩组分以镜质 组为主, 含量 6 3 2 % ~8 1 5 %, 惰质组次之, 含量 1 7 4 % ~ 3 5 0 %, 壳质组少见。显微煤岩类型属微 镜惰 煤。镜 质 组 反 射 率 ( R m a x)为 0 9 1 6 % ~ 0 9 7 9 %, 煤类为肥煤。区内煤层镜质组含量较高, 变质程度中等, 具有一定程度的生烃能力。 2 煤层裂隙特征及渗透性 区内煤层内生、 外生裂隙较为发育。但多期次 构造运动, 致使原有裂隙发育情况进一步复杂化煤 层硬度变小, 煤体结构多存在碎粒糜棱结构, 致使 煤层渗透率降低, 不利于地面煤层气抽采。同时裂 隙中存在的薄膜状方解石或黄铁矿充填现象进一步 加剧该状况。勘探线剖面如图 2所示。 区内邻近韦四、 韦五煤矿煤炭勘探注入/ 压降试 井测试数据见表 1 。各煤层渗透率变化范围很大, 为 0 0 0 05~ 2 9 2 00m D , 但以 < 0 1m D为主, 渗透 性普遍较差。且煤层渗透率与埋深呈明显的负相关 性, 即随埋深的加大, 渗透率值逐渐变小。韦二煤矿 同属韦州向斜, 且构造发育程度更为复杂, 预测各煤 层渗透率差, 与煤岩裂隙观测一致。 3 煤层吸附性能及抽采参数特征 区内邻近韦四、 韦五煤矿煤层等温吸附试验表 明, 煤层吸附性能一般。高变质程度条件下, L a n g m u i r 体积 V L在 2 1 3 5~ 3 5 5 4m 3/ t , L a n g m u i r 压力 P L在 1 4 3~ 3 4 2M P a ( 表 2 ) , 低于国内同煤阶煤。 煤层储层压力在 1 2 4~ 1 1 4 6M P a , 以欠压储层为 主; 煤层含气饱和度在 2 5 5 % ~8 4 3 1 %, 且以 < 6 0 %为主; 临储比在 0 0 1~ 0 6 4 , 且以 < 0 5 0为主。 调研国内已有煤层气井生产现状, 在现有技术 经济条件下, 不利于地面抽采。 4 含气性 空气干燥基条件下, 区内煤层甲烷含量0 2 0~ 651 2 0 2 0年第 8期张旭峰, 等 韦二煤矿煤储层物性特征及煤层气资源前景 第 4 2卷 图 2 勘探线剖面 F i g 2 E x p l o r a t i o nl i n ep r o f i l e 表 1 渗透率测试数据 T a b 1 P e r me a b i l i t yt e s t d a t a X 1井 煤层埋深/ m渗透率/ m D X 2井 煤层埋深/ m渗透率/ m D X 3井 煤层埋深/ m渗透率/ m D X 4井 煤层埋深/ m渗透率/ m D 43 7 0 3 00 3 2 0043 7 0 3 02 9 2 026 4 5 0 50 6 7 74 6 0 3 80 8 2 0036 6 2 9 81 0 4 1 26 0 4 8 30 0 9 001 23 6 8 3 51 6 5 01 24 4 0 9 00 0 1 846 8 4 4 30 2 4 1 56 7 8 4 50 0 1 001 54 4 6 6 80 0 5 01 55 0 5 0 80 2 2 057 6 7 9 50 1 9 1 77 5 3 2 80 0 0 051 75 4 6 6 30 0 2 01 65 6 2 6 50 0 6 078 1 8 7 20 3 6 1 88 0 2 5 50 0 3 501 85 5 8 1 80 0 3 81 75 7 9 2 30 0 2 01 09 1 1 1 3 1 98 5 5 6 50 0 3 401 96 2 7 5 80 0 2 42 06 3 7 4 30 2 2 0 表 2 煤层吸附及抽采参数 T a b 2 C o a l s e a ma d s o r p t i o na n de x t r a c t i o np a r a me t e r s 井号煤层 V L/ ( m 3 t - 1) P L/ M P a 储层压力/ M P a 理论气含量/ ( m 3 t - 1) 实测气含量/ ( m 3 t - 1) 含气饱 和度/ % 临界解吸 压力/ M P a 临储比 42 4 0 61 5 53 3 61 6 4 60 4 22 5 50 0 30 0 1 72 5 2 42 2 74 2 71 6 4 83 3 82 0 5 10 3 50 0 8 1 23 5 5 41 9 35 6 92 6 5 41 3 8 05 2 0 01 2 30 2 2 X 1井 1 52 5 2 91 6 37 8 42 0 9 41 2 4 95 9 6 61 5 90 2 0 1 73 0 8 81 7 26 4 12 4 3 51 8 7 27 6 8 92 6 50 4 1 1 83 0 9 11 9 05 4 32 2 9 01 8 9 58 2 7 63 0 10 5 5 1 92 6 0 81 8 25 0 01 9 1 21 3 9 67 3 0 12 1 00 4 2 1 23 0 8 11 4 32 7 62 0 2 95 9 82 9 4 70 3 40 1 2 1 53 2 9 41 8 63 5 12 1 5 31 0 0 34 6 5 80 8 10 2 3 X 2井 1 73 0 6 21 6 35 1 82 3 2 91 3 9 45 9 8 51 3 60 2 6 1 82 9 5 71 6 98 5 12 4 6 71 3 0 95 3 0 61 3 40 1 6 1 93 1 3 21 9 85 7 22 3 2 71 1 9 25 1 2 31 2 20 2 1 1 23 2 5 93 4 23 0 11 5 2 69 5 66 2 6 61 4 20 4 7 1 53 2 9 01 9 93 8 92 1 7 78 8 04 0 4 30 7 30 1 9 X 3井 1 62 9 9 62 1 03 9 41 9 5 49 7 04 9 6 31 0 10 2 6 1 73 3 9 02 1 24 2 52 2 6 21 9 0 78 4 3 12 7 30 6 4 2 03 5 1 92 2 64 6 92 3 7 51 3 1 05 5 1 71 3 40 2 9 22 6 3 11 9 06 3 12 0 2 21 3 8 76 8 5 92 1 20 3 4 X 4井 42 9 1 41 8 06 8 02 3 0 41 6 7 17 2 5 22 4 20 3 6 72 9 9 22 1 21 1 4 62 5 2 51 8 4 87 3 1 93 4 20 3 0 1 1 7 3m 3/ t 。含气性整体偏低, 含量高值区仅出现 在部分煤层、 局部区域。煤层气含量分布呈现出 2 种规律 ①气含量与煤层埋深呈现明显的正相关性, 气含量由东向西逐渐增大; ②气含量与聚煤规律呈 现明显正相关性, 气含量高值区与煤层富集区域吻 合。故构造、 埋深、 物源为区内气含量主控因素。 751 2 0 2 0年第 8期 能 源 与 环 保第 4 2卷 煤层自然瓦斯成分跨度很大, 但沼气带内气质 量较 好。山 西 组 瓦 斯 成 分 中 甲 烷 在 0 1 3 % ~ 9 5 2 3 %, 太原组瓦斯成分中甲烷在 0~ 9 6 8 7 %。 5 煤层气资源量及其可采潜力 5 1 煤层气资源量 采用体积法对韦二煤矿主要可采煤层煤层气资 源量进行计算。总资源量为 5 5 5 1 0 8m3, 资源丰 度为 1 5 1 1 0 8m3/ k m2( 图 3 ) 。煤层气资源属中等 丰度、 小型煤层气藏。其中太原组 4层煤( 1 2 、 1 4 、 1 5 、 2 0煤) 煤层气资源量为 4 9 2 9 2 1 0 6m3, 占区内 各煤层资源总量的 8 8 8 6 %。 图 3 煤层煤层气资源量分布 F i g 3 D i s t r i b u t i o nma po f C B M r e s o u r c e s o f c o a l s e a m 5 2 煤层气可采潜力 据区内煤层数据及煤层气储层参数数据, 采用 数模模拟方法对区内直井井网煤层气地面抽采率进 行了计算, 预测韦二煤矿煤层气采收率较低, 平均 1 5 %, 估算各煤层可采资源量共计为 0 8 3 28 1 0 8 m 3, 其中太原组可采资源量为 0 8 2 50 1 08m3 , 山 西组可采资源量为 0 0 0 78 1 0 8m3。煤层气可采 潜力较差。 5 3 煤层气区块优化 区内各煤层煤层气总资源量或可采资源量较 小, 但其中太原组 4层煤煤层气资源量为 4 9 2 9 2 1 0 6m3, 占资源总量 8 8 8 6 %, 资源量在煤层分布上 相对集中。其中, 2 0煤与其余 3层煤平面分布重叠 区域少, 故 1 2 、 1 4 、 1 5煤气含量 4m 3/ t 以上重叠区 域为煤层气地面抽采相对有利区块, 煤矿生产中需 要加大井下瓦斯抽采和监控工作区域。 6 结论 ( 1 ) 煤层内生、 外生裂隙较为发育。但多期次 构造运动, 致使裂隙发育进一步复杂化。煤层硬度 变小, 煤体结构多碎粒糜棱结构, 致使煤层渗透率 降低, 不利于地面煤层气抽采。 ( 2 ) 煤层含气性偏低, 煤层甲烷含量在 0 2 0~ 1 1 7 3m 3/ t , 气含量高值区仅出现在部分煤层、 局部 区域。①气含量与煤层埋深呈现明显的正相关性, 由东向西逐渐增大; ②气含量与聚煤规律呈现明显 正相关性, 气含量高值区与煤层富集区域吻合。 ( 3 ) 主要可采煤层煤层气资源量为 5 5 5 1 0 8 m 3, 资源丰度为 1 5 1 1 08m3/ k m2, 属中等丰度、 小 型煤层气藏。数值模拟预测各煤层采收率较低, 约 为 1 5 %, 可采潜力较差。 ( 4 ) 主要可采煤层资源量在煤层分布上相对集 中, 太原组 4层煤( 1 2 、 1 4 、 1 5 、 2 0煤) 煤层气资源量 为 4 9 2 9 21 0 6 m 3, 占区内各煤层资源总量的 8 8 8 6 %。确定1 2 、 1 4 、 1 5煤气含量4m 3/ t 以上重叠 区域为煤层气地面抽采相对有利区块。 参考文献( R e f e r e n c e s ) [ 1 ] 邓会娟, 夏浩东, 崔立伟, 等. 黔西地区煤储层物性差异及其成 因机制分析[ J ] . 煤炭科学技术, 2 0 1 4 , 4 2 ( 9 ) 1 2 6 1 2 9 . D e n g H u i j u a n , X i aH a o d o n g , C u i L i w e i , e t a l . A n a l y s i s o np h y s i c a l p r o p e r t i e s d i f f e r e n c e sa n do r i g i nm e c h a n i s m o f c o a l r e s e r v o i r si n Q i a n x i D i s t r i c t [ J ] . C o a l S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y , 2 0 1 4 , 4 2 ( 9 ) 1 2 6 1 2 9 . [ 2 ] 陈本金, 温春齐, 曹盛远. 贵州六盘水煤层气勘探开发有利目 标区优选[ J ] . 西南石油大学学报( 自然科学版) , 2 0 1 0 , 3 2 ( 3 ) 5 6 6 0 . C h e nB e n j i n , We nC h u n q i , C a o S h e n g y u a n . D e t e r m i n a t i o no f f a v o r a b l et a r g e t a r e a s o f c o a l b e dm e t h a n e e x p l o r a t i o na n dp r o d u c t i o ni n L i u p a n s h u i G u i z h o u [ J ] . J o u r n a l o f S o u t h w e s t P e t r o l e u mU n i v e r s i t y ( S c i e n c e&T e c h n o l o g y E d i t i o n ) , 2 0 1 0 , 3 2 ( 3 ) 5 6 6 0 . [ 3 ] 杨瑞东, 高军波, 滕子军, 等. 贵州织金牛场向斜煤层气资源分 布特征[ J ] . 天然气地球科学, 2 0 1 3 , 2 4 ( 4 ) 6 5 9 6 6 6 . 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