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        高階煤含氣及可采性影響因素分析

        2015-06-02 23:54:47祁彥
        科技與創(chuàng)新 2015年9期

        祁彥

        摘 要:煤層氣是指賦存在煤層中以甲烷為主要成分,以吸附在煤基質(zhì)顆粒表面為主并部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體。煤儲層的含氣性是指煤層本身在目前地質(zhì)條件下儲集煤層氣的能力和數(shù)量,由煤層氣的生產(chǎn)、保存條件和地質(zhì)控制因素決定。煤層含氣性是評價煤層氣勘探開發(fā)前景的決定因素之一,是煤層氣遠景評價和選區(qū)的重要基礎(chǔ)。沁水盆地南部為本次研究區(qū),作為當(dāng)前煤層氣儲量最豐富的區(qū)域,從煤儲層埋深、煤厚、變質(zhì)程度、灰分產(chǎn)率、顯微組分和滲透率等方面討論了煤層氣含氣性、可采性的影響因素。

        關(guān)鍵詞:煤層氣;甲烷;沁水盆地;地層溫度

        中圖分類號:TD823 文獻標(biāo)識碼:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2015.09.120

        1 煤儲層埋深和煤厚

        煤儲層埋深直接影響著煤儲層的地層壓力、地層溫度、煤層氣的吸附量和臨界解吸壓力等。因此,煤儲層的埋深對煤層氣的保存、富集和開采技術(shù)條件有著非常重要的意義。

        研究區(qū)煤儲層埋深:3號煤儲層為130~1 060 m,平均約516 m,最薄點位于研究區(qū)西南角,約為130 m,最厚點位于研究區(qū)東北部,約為1 060 m;15號煤儲層埋深為205~1 150 m,平均約610 m,最薄點位于研究區(qū)西南角,約為205 m,最厚點位于研究區(qū)東北部,約為1 150 m。

        根據(jù)以往的研究資料證實,通常情況下,煤層所受壓力是埋藏深度的函數(shù),隨著煤層埋藏深度的增加,一方面,煤層所受的壓力、靜水壓力、地應(yīng)力,儲層壓力、有利含氣量都會增加;另一方面,隨著煤層埋藏深度的增加,儲層溫度會越高,吸附量越小。因此,在一定的深度范圍內(nèi),煤層含氣量將隨煤層埋藏深度的增加而增大,該規(guī)律在本區(qū)表現(xiàn)較為明顯。同一層煤在本區(qū)的埋藏深度由南西向北東逐漸加大,煤層的含氣量也逐漸增大,東部埋深大于西部,東部的含氣量大于西部。西南部3號煤儲層的埋深約為290 m,含氣量約為3 m3/t,而東北部3號煤儲層的埋深為950 m,含氣量約為20 m3/t,埋深增加了660 m,含氣量增加了17.00 m3/t。經(jīng)過統(tǒng)計,3號煤儲層的含氣量梯度為2.0 m3/100 m左右,15號煤儲層的含氣量梯度為1.5 m3/100 m左右。

        煤層厚度與含氣量有直接的因果關(guān)系——煤層越厚,供氣能力越強,產(chǎn)量越大。美國主要開采煤層氣盆地單井累積厚度為6~91 m,比如美國圣胡安盆地,煤層氣高產(chǎn)區(qū)煤層累積厚度主要分布在9~30 m之間。因煤層氣主要是吸附在煤層中,只有少部分游離在煤層中,所以,在同一區(qū)域、同一層煤中,在吸附力和圍巖相同的情況下,厚煤層要比薄煤層吸附得多;在同一區(qū)域、同一煤層中,割理、裂隙發(fā)育相同的情況下,厚煤層中的空間更大,因此,厚煤層中要比薄煤層中游離的煤層氣多。比如MB-007井,3號煤儲層純煤厚3.6 m,含氣量約為3 m3/t;MB-017井,3號煤煤儲層純煤厚5.4 m,含氣量約為17 m3/t。MB-017井煤厚是MB-007井的1.5倍,而含氣量是5.7倍。因此,厚煤帶也是含氣量高的部位。

        2 煤變質(zhì)程度

        3號和15號煤儲層的變質(zhì)程度均為無煙煤,屬高變質(zhì)階段,此階段煤對甲烷的吸附量高。煤級直接影響煤中的含氣量和煤儲層中孔隙—裂隙的發(fā)育狀況。煤級太低,往往含氣量低,不利于煤層氣藏的形成;中煤階煤較有利煤層氣藏的形成;高煤階煤對煤層氣富集成藏有利有弊,如果變質(zhì)程度太高,煤層已失去儲層氣能力,則基本不吸附煤層氣,孔隙度降低,儲氣能力有限,無法形成煤層氣藏。此外,由于構(gòu)造運動影響和基質(zhì)收縮會產(chǎn)生一定量的裂隙,這對煤層滲透性有很大改善,如果構(gòu)造環(huán)境穩(wěn)定、煤層封閉條件好,則有可能形成煤層氣藏。經(jīng)過多年的研究和資料證明,沁水煤田的煤層氣藏就是在這種條件下形成的。

        3 灰分產(chǎn)率

        灰分是煤燃燒后的殘渣,在煤層其他條件相同的情況下,該參數(shù)可直接反映煤層含氣量。煤層氣在煤中主要以吸附狀態(tài)存儲于煤中,煤中的灰分主要來源于煤中的無機物,而無機物質(zhì)表面與甲烷之間沒有親合力,因此,無機物質(zhì)不吸附甲烷氣體。由于煤中無機物質(zhì)含量增高,勢必會代替有機物質(zhì)占據(jù)的空間,從而縮小有機物質(zhì)吸附氣體的總表面積。因此,在同一煤階的煤層中,其煤層氣的含量隨著灰分產(chǎn)率的增加而減小,即灰分含量越低,煤層氣含氣量相對越高。

        4 煤顯微組分含量

        煤的含氣量與煤本身的煤巖特征有很大的關(guān)系,研究區(qū)內(nèi)的3號和15號煤儲層變質(zhì)程度高,煤中內(nèi)在水分少,煤的疏水性大,接觸角大,煤層中的水在氣的驅(qū)使下進入煤儲層的大裂隙系統(tǒng)。在良好的封閉條件下,這些煤層水被保存在煤層氣藏內(nèi)的大裂隙中。

        不同的成煤環(huán)境會生成不同的顯微組分,不同的顯微組分含不同類型和級別的孔隙,比如鏡質(zhì)組中的基質(zhì)鏡質(zhì)體多含一些小孔或微孔,因此,煤的顯微特征對煤層氣的吸附有較大的影響。

        5 煤儲層滲透率

        煤層的滲透率取決于煤中裂隙系統(tǒng)的發(fā)育程度,煤層滲透率直接決定著煤層氣的運移和產(chǎn)出。一直以來,人們都認為煤層的滲透率是影響煤層氣產(chǎn)出的重要因素之一,這是因為煤層氣的產(chǎn)出要經(jīng)歷從煤層中解吸出來的過程,煤層氣的解吸量是煤層壓力的函數(shù),而煤層氣的儲層壓力與滲透率有關(guān),同時,也與煤層的孔隙度有關(guān),與孔隙度是正相關(guān)關(guān)系,總趨勢為孔隙度越大,滲率越高,但也不完全是直線形式的關(guān)系。

        煤層滲透率也與地層最小主應(yīng)力有關(guān),應(yīng)力松馳地區(qū)的滲透率高,隨深度增加的變化幅度不大,儲層產(chǎn)氣量也較高;高應(yīng)力地區(qū)的滲透率較低。

        煤儲層滲透率對煤層氣井的產(chǎn)量起著決定性作用。滲透率過低,煤儲層卸壓速率和煤層氣解吸速率將會過低,導(dǎo)致壓降漏斗(抽排)范圍有限。滲透率過高,表明滲流通道發(fā)育,一方面,當(dāng)氣藏邊界有充足的壓力補給時,會形成穩(wěn)定流,即氣藏中各點壓力不隨時間改變,如果此時井底壓力尚未降至臨界解吸壓力以下,則氣藏?zé)o法產(chǎn)氣;另一方面,會導(dǎo)致產(chǎn)水量過大,使煤儲層泄壓困難,不但需增加排水設(shè)備,還需花費很大的精力進行水處理,也不利于煤層氣井的生產(chǎn)。

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