古交煤層氣項(xiàng)目勘探開發(fā)現(xiàn)狀及前景

莫日和 趙軍 王艷芳

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100011)

古交煤層氣項(xiàng)目勘探開發(fā)現(xiàn)狀及前景

莫日和 趙軍 王艷芳

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100011)

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、含煤地層、煤質(zhì)及項(xiàng)目施工的煤層氣鉆井、生產(chǎn)試驗(yàn)井等方面的分析研究，總結(jié)了古交區(qū)塊儲(chǔ)層含氣性、滲透性、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等方面的成果，指出古交煤層氣勘探目標(biāo)和前景。

古交區(qū)塊 煤層氣勘探 含氣量

Abstract:The paper summarizes the research results in aspects of gassiness of reservoir，permeability，and production data，etc．in Gujiao block based on investigation on regional geological tectonics，coalbearing strata，coal quality and drilling operation and production testing of CBM wells of the project．It points out the target and prospect of CBM exploration in Gujiao．

Keywords:Gujiao block;exploration of CBM;gas content

1 概括

古交區(qū)塊位于山西省太原市西部約15km的西山煤田，隸屬山西省太原市、交城縣和文水縣。南北長(zhǎng)約38km，東西寬約32km，面積為789.808km2，其中合作區(qū)面積565.557km2。古交地區(qū)勘探及開發(fā)程度相當(dāng)高(圖1)，是我國(guó)大型的優(yōu)質(zhì)煉焦煤基地之一，以盛產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的煉焦用煤聞名于世，其煤炭資源非常豐富，根據(jù)煤田地質(zhì)勘探及煤礦生產(chǎn)資料，其煤層氣資源也非常豐富，古交礦區(qū)地質(zhì)報(bào)告提供的煤炭資源量(即探明儲(chǔ)量)為82億t，按10m3/t計(jì)算，古交礦區(qū)煤層氣儲(chǔ)量為820億m3。

圖1 山西省古交煤層氣區(qū)塊勘探形勢(shì)圖

2 地質(zhì)特征

2.1 構(gòu)造

總體構(gòu)造為一復(fù)式向斜，同時(shí)發(fā)育次一級(jí)的褶皺及斷裂。

主要構(gòu)造形態(tài)有:馬蘭向斜、石千峰向斜、云夢(mèng)山褶皺群及北東向的高角度斷裂帶。

地層走向?yàn)楸北蔽?，傾角3°～10°。間距一般在10km左右。已經(jīng)取得的煤田勘探資料，其地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，以寬緩的褶曲為主，斷層發(fā)育較少。這種相對(duì)簡(jiǎn)單的單斜構(gòu)造有利于煤層氣的勘探開發(fā)。

2.2 地層

普查區(qū)煤系基底為古生界奧陶系，之上主要地層由老至新為:古生界石炭系、二疊系、中生界三疊系、新生界第三系和第四系(表1)。

含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組。

表1 古交地區(qū)地層簡(jiǎn)表

3 儲(chǔ)層特征

含煤地層為石炭系中統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組。山西組:三角洲－濱海平原沉積，含煤5～8層，煤層總厚2.1～7.78m，平均4.27m，含煤系數(shù)8%左右。由下而上分為北岔溝段、下石村段兩個(gè)巖性段;太原組:濱海－三角洲沉積，含煤4～8層，煤層總厚0.74～9.74m，平均6.50m，含煤系數(shù)8%左右。由下而上分為三個(gè)巖性段，即晉祠段、毛兒溝段、東大窯段。

3.1 煤巖、煤質(zhì)特征

古交區(qū)塊煤層分布表現(xiàn)為層數(shù)多、單層厚度薄，2#、4#、6#、8#、9#煤都可為主力煤層，但厚度大多在2m以下，其薄煤層多段分布的特征代表了我國(guó)一種煤層發(fā)育的類型，對(duì)這種類型進(jìn)行勘探探索對(duì)我國(guó)其它地區(qū)具有示范作用。

主力煤層總厚度達(dá)20m，埋深大多淺于1000m，有利于煤層氣的勘探開發(fā)。

太原組為一套濱海－三角洲環(huán)境下沉積的海陸交互相地層，其底界為晉祠砂巖(k1)底，頂界至北岔溝砂巖(k3)底，厚度約102m。含煤10層，煤層總厚11.96m，含煤系數(shù)為11.7%。全區(qū)穩(wěn)定的8#、9#煤位于其中下部。

山西組是在三角洲－濱海平原環(huán)境下沉積的一套過渡相巖性組合，底界為北岔溝砂巖底，頂界至駱駝脖子砂巖(k4)底，是西山煤田另一主要含煤地層，厚約47m，共含煤9層，煤層總厚8.67m，含煤系數(shù)為18.4%。

2#煤層產(chǎn)于山西組中部，以瘦煤為主，只在西北部為焦煤和肥煤，平均厚度為2.30m，全區(qū)穩(wěn)定，2#煤以半暗煤為主，層面為半亮煤，暗煤中裂隙不發(fā)育，亮煤中裂隙發(fā)育，裂隙多為近網(wǎng)格狀，裂隙與層理70°～90°度交角，主、次裂隙近直角相交，裂隙走向大體一致;局部發(fā)育順層裂隙;裂隙無礦物充填。

8#煤產(chǎn)于太原組中部，廟溝灰?guī)r(L1)之下，以貧煤為主，西北部為瘦煤和焦煤。其為主要穩(wěn)定煤層之一，平均厚度在3.90m，為區(qū)內(nèi)厚度最大的煤層。沿狐偃山分布有環(huán)形薄煤帶，煤厚1～3m。在邢家社附近，有2m左右的薄煤帶，呈北西向展布。黑灰色，強(qiáng)玻璃光澤，總體光澤較暗。煤巖成分以暗煤為主，夾極少量線理狀～細(xì)條帶狀鏡煤和亮煤;參差狀斷口;稀疏線理狀～細(xì)條帶狀結(jié)構(gòu)。層狀構(gòu)造，煤體較堅(jiān)硬。局部可見鏡煤、亮煤中裂隙較發(fā)育。裂隙中充填極少量的黃鐵礦薄膜，8#煤視密度1.42g/cm3，孔隙度為6.58%，鏡質(zhì)體反射率為1.2%～1.85%。

9#煤位于8#煤之下0～32m，平均間距為6m，以貧煤為主，西北部為瘦煤和焦煤。煤層厚度平均為2.2m，全區(qū)穩(wěn)定。區(qū)內(nèi)有東厚西薄、北厚南薄的趨勢(shì)，局部出現(xiàn)薄煤點(diǎn)，在東社礦區(qū)的東南部，常與8#煤合并。9#煤視密度1.48g/cm3，鏡質(zhì)體最大反射率為1.98%。

可見，本區(qū)煤類以焦煤、瘦煤等中等變質(zhì)程度的煤為主，是實(shí)施中煤階煤層氣大井組勘探的理想地區(qū)。

3.2 含氣量、等溫吸附特征(圖2)

GJ－03井為區(qū)塊內(nèi)施工的一口煤層氣參數(shù)+生產(chǎn)試驗(yàn)井，該井與其相關(guān)的300m井間距的生產(chǎn)試驗(yàn)井組已于2011年進(jìn)行煤層氣排采試驗(yàn)。因此采用該井?dāng)?shù)據(jù)來分析更具有現(xiàn)實(shí)意義。2#煤1個(gè)解吸樣品的空氣干燥基氣含量10.22cm3/g;干燥無灰基氣含量11.67cm3/g;空氣干燥基甲烷含量9.54cm3/g;干燥無灰基甲烷含量10.89cm3/g，吸附時(shí)間為12.17天。

等溫吸附試驗(yàn)表明，2#煤空氣干燥基Langmuir體積22.74cm3/g;干燥無灰基Langmuir體積25.94cm3/g;空氣干燥基及干燥無灰基Langmuir壓力1.73MPa。

4#煤1個(gè)解吸樣品的空氣干燥基氣含量12.53cm3/g;干燥無灰基氣含量15.08cm3/g;空氣干燥基甲烷含量12.09cm3/g;干燥無灰基甲烷含量14.55cm3/g，吸附時(shí)間為5.39天。

6#煤2個(gè)解吸樣(其中兩個(gè)均為快速樣)，樣品空氣干燥基氣含量12.08～14.11cm3/g，平均13.10cm3/g;干燥無灰基氣含量14.10～15.77cm3/g，平均14.94cm3/g;空氣干燥基甲烷含量10.91～12.97cm3/g，平均為11.94cm3/g;干燥無灰基甲烷含量12.73～14.50cm3/g，平均13.62cm3/g。

圖2 古交煤層氣區(qū)塊GJ－03井煤芯樣品等溫吸附曲線

8#煤3個(gè)解吸樣(其中一個(gè)為快速樣)，樣品的空氣干燥基氣含量10.44～12.64cm3/g，平均11.46cm3/g;干燥無灰基氣含量12.62～14.76cm3/g，平均13.39cm3/g;空氣干燥基甲烷含量9.71～11.48cm3/g，平均為10.35cm3/g;干燥無灰基甲烷含量11.01～13.41cm3/g，平均12.10cm3/g，，吸附時(shí)間變化7.93～11.24天，平均9.58天。

等溫吸附試驗(yàn)表明，8#煤空氣干燥基Langmuir體積27.91cm3/g;干燥無灰基Langmuir體積31.14cm3/g;空氣干燥基及干燥無灰基Langmuir壓力1.63MPa。

9#煤2個(gè)解吸樣(其中一個(gè)為快速樣)，樣品的空氣干燥基氣含量6.85～7.60cm3/g，平均7.22cm3/g(GJ－02井為12.68cm3/g);干燥無灰基氣含量10.37～13.37cm3/g，平均11.87cm3/g;空氣干燥基甲烷含量5.31～6.83cm3/g，平均為6.07cm3/g;干燥無灰基甲烷含量8.04～12.01cm3/g，平均10.02cm3/g，吸附時(shí)間13.98天。

等溫吸附試驗(yàn)表明，9#煤空氣干燥基Langmuir體積22.51cm3/g;干燥無灰基Langmuir體積33.98cm3/g;空氣干燥基及干燥無灰基Langmuir壓力2.17MPa。

3.3 水文地質(zhì)特征

普查區(qū)內(nèi)總體水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。與煤層發(fā)生直接水力聯(lián)系的只有山西組和下石盒子組砂巖及太原組k2灰?guī)r裂隙含水層，一般為煤層的直接頂板，但由于厚度不大、水的儲(chǔ)存量小，含水層含水性微弱至中等，地下水徑流緩慢趨于滯流狀態(tài)。

3.4 生產(chǎn)條件分析

從鉆井取心和煤礦礦井觀察，煤的割理較為發(fā)育，滲透性較好，滲透率一般為0.1至0.2mD(見表2)，煤層壓力梯度一般為0.55至0.65。

表2 古交煤層參數(shù)

煤層頂?shù)装宸馍w性能較好，煤層頂板巖性多為泥巖、粉砂巖或細(xì)砂巖，底板巖性為炭質(zhì)泥巖、泥巖及粉砂巖或細(xì)砂巖。

4 煤層氣勘探現(xiàn)狀

4.1 地質(zhì)勘探和研究程度高

區(qū)塊位于西山煤田，西山煤田的地質(zhì)勘探工作始于1956年，目前已有80%的地區(qū)進(jìn)行了不同程度的煤炭資源勘探工作。累計(jì)施工鉆孔1400余個(gè)，探明煤炭?jī)?chǔ)量200多億t。在和泛亞合作的區(qū)域內(nèi)，沒有勘探空白區(qū)，已有的煤田地質(zhì)勘探資料已經(jīng)對(duì)煤層的分布、構(gòu)造、煤質(zhì)等有了較好的控制，完成煤田精查區(qū)11個(gè)，詳查區(qū)1個(gè)、普查區(qū)1個(gè);馬蘭、屯蘭、東曲、杜兒坪、西銘、官地礦為高瓦斯礦井，為煤層氣的勘探奠定了良好的基礎(chǔ)。

4.2 煤層氣勘探現(xiàn)狀

該區(qū)煤層氣勘探實(shí)施較早，于1996年施工了第一口煤層氣鉆孔XG1井，隨后陸續(xù)鉆井7口(XG2－4、GJ1－4)。

2007年合作方泛亞大陸公司完成了3口(GJ－01、GJ－02、GJ－03)煤層氣參數(shù)井和生產(chǎn)試驗(yàn)井的作業(yè)，并對(duì)3口井進(jìn)行了錄井、測(cè)井、試井、取心、煤樣解吸和等溫吸附試驗(yàn);同時(shí)進(jìn)行區(qū)塊內(nèi)的煤層氣地質(zhì)評(píng)價(jià)和高滲富集區(qū)的優(yōu)選，分別對(duì)GJ－01、GJ－03井的8#、9#壓裂并進(jìn)行排采作業(yè)，其中GJ－01井最高產(chǎn)氣量達(dá)1200m3/d;獲取了非常重要的煤層氣儲(chǔ)層參數(shù)資料。

表3 井組壓裂基本數(shù)據(jù)

2010年，勘探重點(diǎn)為試驗(yàn)落實(shí)井組產(chǎn)能，施工生產(chǎn)試驗(yàn)井組:GJ03－1、GJ03－2、GJ03－3、GJ03－4，并對(duì)該井組進(jìn)行了壓裂，GJ03－1、GJ03－3、GJ03－4井壓裂8#煤至9#煤層段，GJ03－2井壓裂2#煤至4#煤層段、8#煤至9#煤層段(分層壓裂)壓裂情況見表3。

隨后，對(duì)該井組進(jìn)行了排采作業(yè)，井組持續(xù)排采11個(gè)月，其中3口井實(shí)現(xiàn)單井連續(xù)6個(gè)月穩(wěn)產(chǎn)1000m3/d。GJ03－4井和GJ03－2井日產(chǎn)氣量于8月提高至1600m3/d，9月至12月中旬4口井平均連續(xù)3個(gè)月4000m3/d，顯示了該區(qū)良好的產(chǎn)氣前景(圖3)。

圖3 生產(chǎn)試驗(yàn)井組排采曲線

2011年鉆井施工GJ07、GJ08、GJ09、GJ10共3口井，其中GJ09井因鉆遇破碎帶無法繼續(xù)施工封井。對(duì)上述4口進(jìn)行了采樣解吸，并進(jìn)行了試井，獲取了煤層儲(chǔ)層參數(shù)。

壓裂4口井(GJ07、GJ02、GJ09、GJ10)，并于2011年12月進(jìn)行了排采。將根據(jù)測(cè)試資料和排采成果進(jìn)行本區(qū)煤層氣地質(zhì)評(píng)價(jià)和高滲富集區(qū)的優(yōu)選，評(píng)價(jià)煤層氣資源開發(fā)潛力和商業(yè)價(jià)值。

5 煤層氣勘探開發(fā)前景

(1)煤炭保有儲(chǔ)量豐富，可采煤層厚度大，分布廣，且埋藏深度適宜，是煤層氣開發(fā)的有利條件。

(2)煤層含氣量較高，地層能量較強(qiáng)，有進(jìn)行規(guī)模開發(fā)的價(jià)值。

(3)排采證明:2#、4#、8#、9#煤均屬弱含水層，排水難度較低，目前的排采設(shè)備能夠滿足生產(chǎn)要求。

(4)古交地區(qū)煤層氣成藏地質(zhì)條件優(yōu)越，具有較好的煤層氣勘探開發(fā)條件和可采性及形成大型煤層氣田的條件。煤層氣資源豐富，具有廣闊的勘探開發(fā)領(lǐng)域和商業(yè)化產(chǎn)氣能力以及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的良好前景。

(5)古交區(qū)塊離太原市近，交通便利。外部環(huán)境好，正值山西省開展“氣化山西”，積極支持煤層氣開發(fā)，市場(chǎng)前景廣闊。

綜上所述，古交地區(qū)應(yīng)加強(qiáng)煤層氣資料收集工作，精細(xì)化管理現(xiàn)有排采井，爭(zhēng)取儲(chǔ)量控制井早上產(chǎn)量，盡早提交煤層氣探明儲(chǔ)量報(bào)告。加快進(jìn)入煤層氣開發(fā)生產(chǎn)階段。

［1］中國(guó)主要煤礦資源圖集第三卷 ［M］.北京:中煤地質(zhì)總局，1996.

［2］汪志新.古交礦區(qū)煤層氣開發(fā)利用的可行性探討［J］.西山科技，2002年6月增刊，16－17.

［3］莫日和.貴州保田青山煤層氣勘探開發(fā)前景研究［J］.中國(guó)煤層氣，2007:43－47(2).

［4］吳昱.西山礦區(qū)煤層氣資源可采性評(píng)價(jià) ［J］.中國(guó)煤層氣，2010，7(4):27－30.

Current Status and Prospect of Exploration and Development of Gujiao CBM Project

Mo Rihe，Zhao Jun，Wang Yanfang
(China United CBM Ltd．Co．，Beijing 100011)

莫日和，男，碩士，高級(jí)工程師，任職于中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，從事鉆探、排采工程技術(shù)及管理工作。

(責(zé)任編輯 劉 馨)