高和群 韋重韜 曹佳 潘海洋

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院,江蘇 221008;2.煤層氣資源與成藏過(guò)程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 221008)

沁水盆地南部含氣飽和度特征

高和群1,2韋重韜1,2曹佳1,2潘海洋1,2

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院,江蘇 221008;2.煤層氣資源與成藏過(guò)程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 221008)

以沁水盆地南部3#煤層和15#煤層為對(duì)象,采用類比法、內(nèi)插法等方法對(duì)該區(qū)含氣飽和度的空間分布規(guī)律及其控制因素進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,含氣飽和度值由東向西、由南向北遞增;含氣飽和度與煤儲(chǔ)層埋深具有良好的負(fù)相關(guān)性,即含氣飽和度隨煤層埋深的增加而降低。3#煤層含氣飽和度總體上高于15#煤層。通過(guò)對(duì)含氣飽和度影響因素分析,得出含氣量和埋深對(duì)含氣飽和度影響最大,煤厚影響顯著。并根據(jù)含氣飽和度特征,將沁水盆地南部劃分為三個(gè)區(qū),其中,Ⅰ區(qū)為煤層氣開(kāi)發(fā)前景最好的區(qū)塊,Ⅱ區(qū)塊次之,Ⅲ區(qū)塊最差。

含氣飽和度 儲(chǔ)層壓力 飽和含氣量 實(shí)測(cè)含氣量 沁水盆地南部

Abstract:Spatial distribution regularities of gas saturation and their controlling factors have been studied by geological analogy and interpolation for No.3 and 15 coal seams in the south of Qinshui basin.The results show that the value of gas saturation increases from east to west and south to north;there is a good negative correlation between gas saturation and reservoir depth.And the value of No.3 coal seam is generally higher than that of No.15 coal seam.Through analyzing on controlling factors of gas saturation,the most significant factors are gas content and burial depth;the coal thickness is second.At last,in accordance with gas saturation,3 blocks are divided into the whole south of Qinshui basin.By compared with each other,it has been found that the best block is blockⅠ,the second for blockⅡ,and the worst BlockⅢ.

Keywords:Gas saturation;reservoir pressure;saturated with gas;measured gas content;the south of Qinshui basin

1 引言

含氣飽和度是煤層氣選區(qū)評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)的重要參數(shù),更是反映煤層氣開(kāi)發(fā)難易程度和煤層氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo),而沁煤層氣田[1-4]?；诖?本文對(duì)沁水盆地南部主煤層含氣飽和度特征及其控制機(jī)理進(jìn)行研究。

2 理論依據(jù)及方法

本文以沁水盆地南部3#煤層和15#煤層為研究對(duì)象,收集和整理了117個(gè)煤層氣井和煤田勘探鉆孔資料,其中包括20余個(gè)煤層氣井和10余個(gè)煤層瓦斯測(cè)試井,遍布整個(gè)研究區(qū)。

含氣飽和度,即實(shí)測(cè)含氣飽和度,是指實(shí)測(cè)含氣量與實(shí)測(cè)儲(chǔ)層壓力投影到吸附等溫線上所對(duì)應(yīng)的飽和含氣量的比值[5-6]。由如下式求得:

式中 Sm——實(shí)測(cè)飽和度,%;

P——實(shí)測(cè)儲(chǔ)層壓力,MPa;

V——實(shí)測(cè)儲(chǔ)層壓力投影到吸附等溫線上所對(duì)應(yīng)的飽和含氣量,m3/t;

VL——朗氏體積,m3/t;

PL——朗氏壓力,MPa。

含氣飽和度的值由等溫吸附線結(jié)合上式得到。朗繆爾參數(shù)(VL,PL)的選用,煤層氣井的朗繆爾參數(shù)選用由吸附等溫實(shí)驗(yàn)得出的參數(shù),煤田勘探鉆孔選用本鉆孔所在研究區(qū)數(shù)口煤層氣井通過(guò)插值法而得出的朗繆爾參數(shù)。

儲(chǔ)層壓力(P)的選用分兩種情況:

首先,有抽水試驗(yàn)的鉆孔,根據(jù)流體力學(xué)理論結(jié)合煤儲(chǔ)層壓力的求取方法,由于本區(qū)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單,水平方向上的構(gòu)造應(yīng)力較為均勻,可以使用其等效儲(chǔ)層壓力代替[5,7],如下式:

式中 h1,h2——抽水試段起始深度、終止深度,

m,m;

h——靜止水位,m;

g——重力加速度,0.098N/kg;

ρ——水的密度,10-3kg/m3。

圖1 沁水盆地南部主煤層埋深與儲(chǔ)層壓力的關(guān)系

其次,無(wú)儲(chǔ)層壓力、無(wú)抽水實(shí)驗(yàn)的鉆孔。對(duì)研究區(qū)主煤層用已知資料進(jìn)行了擬合(圖1)儲(chǔ)層壓力與煤層埋深有著較好的正相關(guān)性,同時(shí),圖1中也給出了儲(chǔ)層壓力的計(jì)算式。

3 含氣飽和度分布特征

根據(jù)上一小節(jié)的理論方法,求算出沁水盆地南部主煤層的實(shí)測(cè)飽和度。

圖2 主煤層含氣飽和度等值線圖

3#煤層含氣飽和度的值在12.60%～168.29%,一般在20.6%～128.01%,變化幅度較大。其值整體上較高,局部存在低值區(qū),在區(qū)域上由東向西、由南向北遞增(圖2a)。含氣飽和度的值明顯分為三個(gè)區(qū)域。Ⅰ區(qū),潘莊勘查區(qū),由寺河礦整個(gè)礦區(qū)和成莊礦的一部分組成。本區(qū)含氣飽和度的值普遍高于100%,并在北部出現(xiàn)兩個(gè)高值區(qū),煤儲(chǔ)層已過(guò)飽和,這意味著該區(qū)存在著較多的游離氣和水溶氣;Ⅱ區(qū),樊莊勘查區(qū),含氣飽和度中等;Ⅲ區(qū),王坡-下村以東、尉遲以南的區(qū)域,含氣飽和度最低。

15#煤層含氣飽和度值在11.09%～132.42%之間變化,主要集中在21.39%～98.7%之間,分布相對(duì)集中。在橫向上的變化規(guī)律與3#煤層相似,即飽和度由東向西、由南向北遞增,但在Ⅱ區(qū)北部飽和度的值普遍較高,出現(xiàn)過(guò)飽和儲(chǔ)層。

4 主控因素分析

造成本區(qū)含氣飽和度差異的因素,主要有煤層含氣量、埋深、煤厚、煤的有機(jī)質(zhì)成熟度、水文地質(zhì)條件等因素。

圖4 含氣飽和度與煤層埋深的關(guān)系

為了進(jìn)一步研究含氣量對(duì)含氣飽和度的影響,對(duì)沁水盆地南部含氣量的分布做了研究,通過(guò)地質(zhì)類比法分析圖2、3,發(fā)現(xiàn)含氣飽和度的分布趨勢(shì)與實(shí)測(cè)含氣量一致,即隨實(shí)測(cè)含氣量的升高而增大。圖3表明含氣飽和度與含氣量之間具有較高的相關(guān)性,并且數(shù)據(jù)點(diǎn)分布較為集中,所以沁水盆地南部含氣量是決定含氣飽和度的重要因素之一。

圖3 研究區(qū)主煤層煤含氣飽和度與含氣量關(guān)系圖

考察三個(gè)區(qū)域含氣飽和度與煤層埋深的關(guān)系(圖4)。結(jié)果顯示,含氣飽和度與煤層埋深有良好的負(fù)相關(guān)性,即隨煤層埋深的升高而降低。其中,Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的值分布較為集中,但Ⅰ區(qū)的值在埋深650m以深含氣飽和度略有分散,Ⅲ區(qū)的含氣飽和度值比較離散。

含氣飽和度與煤層埋深的負(fù)相關(guān)性可用圖5結(jié)合式1、2來(lái)解釋。圖5中,圖的上方為飽和含氣量與相應(yīng)煤層埋深的擬合式,下方為實(shí)測(cè)含氣量與埋深的擬合式。由式2可推出飽和含氣量:

由式4,可知飽和含氣量V隨儲(chǔ)層壓力P的升高而增大,而圖1中的擬合式表明儲(chǔ)層壓力(P)隨埋深的升高而升高,所以飽和含氣量亦隨埋深的升高而升高。由圖5,實(shí)測(cè)含氣量總體上隨埋深的升高而升高。而圖5中的擬合式說(shuō)明飽和含氣量隨埋深增加的速度大于實(shí)測(cè)含氣量,即實(shí)測(cè)飽和度的變化取決于飽和含氣量的大小,所以實(shí)測(cè)含氣飽和度隨煤層埋深的升高而降低。

煤厚對(duì)含氣飽和度的影響較小,僅15#煤含氣飽和度與煤厚有一定的相關(guān)性(圖2b、圖6),但其數(shù)據(jù)較為離散,而3#煤層的含氣飽和度與煤厚關(guān)系不甚顯著。通過(guò)圖2、6,煤厚度大的區(qū)域,其含氣飽和度也較高;同時(shí)也說(shuō)明3#煤層厚度不是決定其含氣飽和度大小的因素,而15#煤受厚度的變化卻非常顯著。

煤級(jí)對(duì)含氣飽和度也有一定的影響,特別是Ⅰ區(qū),其含氣飽和度在各區(qū)塊中最高,其煤級(jí)也是沁水盆地南部最高的[8],說(shuō)明Ⅰ區(qū)煤級(jí)是影響含氣飽和度的一個(gè)因素。

圖5 飽和含氣量、實(shí)測(cè)含氣量與煤埋深關(guān)系

圖6 15#煤層含氣飽和度與煤厚關(guān)系

據(jù)本區(qū)水文地質(zhì)資料分析[9],在樊莊勘查區(qū)中部大致在高村-南莊一線存在一條地下分水嶺,從而在潘莊勘查區(qū)正好形成一個(gè)地下水局部“低洼”滯流區(qū),深部地下水徑流條件很弱,煤層氣側(cè)向和垂向運(yùn)移微弱,形成地下水圈閉,提高了煤儲(chǔ)層的含氣飽和度。

5 結(jié)論

(1)沁水盆地南部主煤儲(chǔ)層含氣飽和度,3#煤層一般為20.6%～128.01%,平均70.53%;15#煤層一般為21.39%～98.70%,平均59.47%。

(2)含氣飽和度由東向西、由南向北遞增;其值明顯分為三個(gè)區(qū),各區(qū)差異顯著。Ⅰ區(qū),潘莊勘查區(qū),由寺河礦整個(gè)礦區(qū)和成莊礦的一部分組成。本區(qū)含氣飽和度的值普遍高于100%,并在北部出現(xiàn)兩個(gè)高區(qū),煤儲(chǔ)層已過(guò)飽和,這意味著該區(qū)存在著較多的游離氣和水溶氣;Ⅱ區(qū),樊莊勘查區(qū),含氣飽和度中等;Ⅲ區(qū),王坡-下村以東、尉遲以南的區(qū)域,含氣飽和度最低。

(3)含氣飽和度與煤儲(chǔ)層埋深具有良好的負(fù)相關(guān)性,即含氣飽和度隨煤層埋深的增加而降低,3#煤層含氣飽和度總體上高于15#煤層。

(4)含氣量和埋深對(duì)含氣飽和度的影響顯著,煤厚影響到局部煤層的含氣飽和度大小,煤級(jí)和水文地質(zhì)因素對(duì)含氣飽和度也有一定的影響。

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Characteristics of Gas Saturation in South of Qinshui Basin

Gao Hequn1,2,Wei Chongtao1,2,Cao Jia1,2,Pan Haiyang1,2,Sesay Santigie Kekuda1,2
(1.College of Mineral Resource and Geoscience,CUMT,Jiangsu 221008;2.Key Laboratory of Ministry of Education of CBM resources and Accumulation Process,Jiangsu 221008)

國(guó)家P730項(xiàng)目(課題編號(hào):2009CB219605);國(guó)家油氣重大專項(xiàng)(項(xiàng)目編號(hào):2008ZX05034-04)

高和群,男,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)碩士研究生,煤層氣勘探開(kāi)發(fā)研究方向。

(責(zé)任編輯 黃 嵐)