0 引言
1 煤岩气概述
表1 煤岩气、煤层气特征对比 |
| 类型 | 气藏地质特征 | |||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 气源 | 分布 | 埋深/m | 储层物性 | 割理裂缝 | 运移方式 | 聚集动力 | 盖层条件 | 圈闭类型 | 保存条件 | 储层温度/℃ | ||||||||||||
| 煤岩气 | 自源或他源 | 盆地内部平缓区、构造带 | 2 000~ 4 000 | 孔隙度0.1%~16.0%,渗透率(0.001~15.000)× 10-3 μm2 | 开度大于5 μm裂隙10~19 条/ 9 cm2, 开度小于5 μm的裂隙94~308 条/ 9 cm2 | 初次运移 (扩散流)、二次运移 (达西流) | 游离、吸附(浮力、范德华力) | 盖层岩性影响大,存在泥岩、灰岩、致密砂岩3类盖层 | 地层岩性,局部微幅度构造 | 圈闭与压力封闭并存;埋藏深,水动力弱 | 65~ 135 | |||||||||||
| 煤层气 | 自源 | 盆地周缘构造带、隆起区 | 几百到 1 500 | 孔隙度0.1%~8.0%,渗透率(0.001~0.500)× 10-3 μm2 | 浅层煤割理裂缝 发育 | 初次运移为主(扩散流) | 吸附为主 (范德华力) | 盖层岩性 影响小 | 地层岩性,局部微幅度构造,水动力 | 压力封闭,埋藏浅,水动力强,受大气淡水渗入影响 | 约40 | |||||||||||
| 类型 | 气藏地质特征 | 开发特征 | ||||||||||||||||||||
| 储层 压力/MPa | 原位气体 密度/(kg•m-3) | 含气 饱和度 | 含气量/ ( m3•t-1) | 游离气含量 | 气测峰值 | 碳同位素 | 开采工艺 | 排采特征 | 预测最终采收量/104 m3 | |||||||||||||
| 煤岩气 | 22~ 33 | 130~ 210 | 高,可达98.6% | 可达34.0, 平均21.8 | 游离气占比可达45%,平均24.48% | 全烃气测峰值大于90%,高者可达100% | δ13C1:−37.6‰~−16.0‰,δ13C2:−21.7‰~−14.3‰ | 直井、水平井、大斜度水平井体积压裂 | 开井即见气,“双峰接力”产气[6] | 4 000~ 6 000 | ||||||||||||
| 煤层气 | 4~8 | 约60 | 变化较大 | 8~12 | 游离气含量低 | 相对较低 | δ13C1偏轻:−70.50‰~−36.19‰[14] | 排采时间较长,单峰曲线[6] | 一般小于 2 500 | |||||||||||||
2 地质背景与煤岩特征
2.1 地质背景
2.2 本溪组煤岩分布与煤质特征
2.2.1 煤岩沉积与分布特征
2.2.2 煤质特征
3 本溪组煤岩气富集条件
3.1 高煤阶的煤岩生气能力强
3.2 煤岩储层发育
3.2.1 煤岩储层储集空间类型
图4 鄂尔多斯盆地本溪组煤岩储层微观特征(Cl—黏土矿物;DC—基质镜质体;F—丝质体;Sf—半丝质体)(a)QI85井,2 629.23 m,张裂隙开度363 nm,气孔直径为680~788 nm,扫描电镜;(b)QI85井,2 631.40 m,高岭石粒内孔发育,孔径270~280 nm,扫描电镜;(c)QI85井,2 629.34 m,气孔发育,孔径几十至几百纳米,扫描电镜;(d)QI85井,2 629.15 m,黏土充填丝质体孔隙,基质镜质体发育割理和微裂隙;(e)MI115井,2 901.40 m,黏土充填丝质体胞腔孔,扫描电镜;(f)JIN26井,3 101.24 m,树枝状割理裂隙发育;(g)JIN26井,3 103.40 m,煤岩镜质体为主,微裂隙发育,扫描电镜;(h)JIN26井,3 103.40 m,微裂隙和气孔发育,扫描电镜;(i)JIN26井,3 103.40 m,局部放大,气孔发育,孔径几纳米至几百纳米,扫描电镜 |
3.2.2 煤岩储层物性特征
表2 本溪组煤岩储层物性数据表 |
| 序号 | 井号 | 深度/m | 孔隙度/% | 渗透率/10-3 μm2 | 样品类型 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | MI115 | 2 087.78 | 0.540 | 0.001 | 柱塞样 |
| 2 | MI115 | 2 090.32 | 1.610 | 0.001 | 柱塞样 |
| 3 | MI115 | 2 105.32 | 3.570 | 0.155 | 柱塞样 |
| 4 | MI172 | 2 425.20 | 10.670 | 3.470 | 柱塞样 |
| 5 | MI172 | 2 425.45 | 4.770 | 0.802 | 柱塞样 |
| 6 | MI172 | 2 427.64 | 8.480 | 0.673 | 柱塞样 |
| 7 | MI172 | 2 427.89 | 7.700 | 1.537 | 柱塞样 |
| 8 | MI172 | 2 428.39 | 5.630 | 0.743 | 柱塞样 |
| 9 | MI172 | 2 428.65 | 6.610 | 1.162 | 柱塞样 |
| 10 | MI172 | 2 428.99 | 1.200 | 0.001 | 柱塞样 |
| 11 | MI172 | 2 429.29 | 8.470 | 2.096 | 柱塞样 |
| 12 | JIN26 | 3 101.33 | 5.333 | 14.600 | 柱塞样 |
| 13 | JIN26 | 3 102.46 | 6.551 | 12.000 | 柱塞样 |
| 14 | JIN26 | 3 103.48 | 4.992 | 10.900 | 柱塞样 |
| 15 | MI109 | 2 373.93 | 5.947 | 0.048 | 块样 |
| 16 | MI109 | 2 374.80 | 3.708 | 0.005 | 块样 |
| 17 | MI109 | 2 375.80 | 1.937 | 0.020 | 块样 |
| 18 | MI109 | 2 376.30 | 2.491 | 0.158 | 块样 |
| 19 | QI36 | 2 805.34 | 6.370 | 0.942 | 块样 |
| 20 | QI36 | 2 806.78 | 9.116 | 0.096 | 块样 |
| 21 | QI36 | 2 807.62 | 7.929 | 0.338 | 块样 |
| 22 | QI36 | 2 808.57 | 5.136 | 1.192 | 块样 |
| 平均 | 5.398 | 2.315 | |||
表3 煤岩显微割理裂隙统计表 |
| 样品号 | 显微割理裂隙/[条·(9 cm2)-1] | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| A型 | B型 | C型 | D型 | 合计 | |
| JIN26-2 | 3 | 10 | 62 | 160 | 235 |
| JIN26-5 | 2 | 10 | 20 | 74 | 106 |
| JIN26-8 | 7 | 12 | 52 | 92 | 163 |
| QI85-1 | 3 | 12 | 48 | 260 | 323 |
| QI85-5 | 2 | 14 | 32 | 220 | 268 |
| QI85-8 | 2 | 8 | 30 | 214 | 254 |
3.3 煤岩气聚散组合
3.4 煤岩气聚集过程与富集模式
3.4.1 煤岩气聚集过程
3.4.2 煤岩气富集模式
4 综合评价与目标选择
4.1 资源评价与勘探潜力
表4 鄂尔多斯盆地本溪组煤岩气区带划分及资源量数据表 |
| 区带 | 区带编号 | Ro/% | 煤阶 | 埋深/m | 面积/km2 | 加权煤厚/m | 地质资源量/108 m3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 榆林 | Ⅰ-A | 1.2~1.6 | 中阶煤 | 2 000~3 000 | 7 322.4 | 8.02 | 15 010.4 |
| 乌审旗 | Ⅰ-B | 1.6~2.4 | 中高阶煤 | 3 000~3 800 | 9 386.0 | 4.85 | 13 574.7 |
| 米脂—绥德 | Ⅱ-A | 1.6~2.4 | 中高阶煤 | 2 000~3 000 | 6 841.1 | 6.87 | 14 014.8 |
| 横山 | Ⅱ-B | 1.8~2.4 | 中高阶煤 | 3 000~3 500 | 3 522.1 | 5.19 | 5 451.0 |
| 鄂尔多斯 | Ⅲ-A | 0.8~1.2 | 中低阶 | 1 000~2 500 | 9 811.9 | 8.57 | 11 940.5 |
| 乌审召 | Ⅲ-B | 1.0~2.0 | 中阶煤 | 2 500~3 700 | 8 361.7 | 6.83 | 16 219.3 |
| 定边—华池—志丹 | Ⅳ-A | 1.4~2.8 | 中高阶煤 | 3 500~4 000 | 27 800.0 | 4.00 | 28 422.7 |
| 安塞—清涧—黄龙 | Ⅳ-B | 1.8~3.0 | 中高阶煤 | 1 500~4 000 | 18 300.0 | 4.00 | 18 709.9 |
| 合计/平均 | 91 345.0 | 6.04 | 123 343.3 |
4.2 区带评价与风险目标优选
表5 鄂尔多斯盆地本溪组煤岩气综合评价表 |
| 区带评价类型 | 区带 | 沉积环境 | 盖层厚度/m | 煤层厚度/m | 组合类型 | 全烃气测峰值/% | 目标部署 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ⅰ-A | 榆林 | 三角洲前缘 | 2~13 | 4~14 | 煤岩-泥岩聚气组合 | 91 | JN1H井 |
| Ⅰ-B | 乌审旗 | 2~19 | 80 | NL1H井 | |||
| Ⅱ-A | 米脂—绥德 | 三角洲前缘障壁—潟湖 | 30~50 | 4~16 | 煤岩-灰岩聚气组合 | 100 | SD1H井 |
| Ⅱ-B | 横山 | 2~10 | 80 | ||||
| Ⅲ-A | 鄂尔多斯 | 三角洲平原 | 8~26 | 4~20 | 煤岩-砂岩聚气、散气 组合 | 30 | |
| Ⅲ-B | 乌审召 | 2~12 | 48 | ||||
| Ⅳ-A | 定边—华池—志丹 | 三角洲前缘浅海—潟湖 | 8~15 | 2~6 | 煤岩-泥岩聚气组合 | 40 | |
| Ⅳ-B | 安塞—清涧—黄龙 | 2~6 | 煤岩-灰岩聚气组合 | 58 |