吳定泉 張建國 閆 玲 崔新瑞 張 聰 郭玉廣

(1.華北油田山西煤層氣分公司，山西 048000;2.中國石油大學(xué)(北京)，北京 102249)

樊莊-鄭莊區(qū)塊斷層規(guī)模對煤層氣開發(fā)的影響研究

吳定泉1,2張建國1閆 玲1崔新瑞1張 聰1郭玉廣1

(1.華北油田山西煤層氣分公司，山西 048000;2.中國石油大學(xué)(北京)，北京 102249)

沁水盆地樊莊-鄭莊區(qū)塊是華北油田開發(fā)最早的區(qū)塊，區(qū)域內(nèi)斷層附近井產(chǎn)氣效果差異大，低產(chǎn)井多，產(chǎn)氣量低。本文通過梳理樊莊-鄭莊區(qū)塊斷裂結(jié)構(gòu)，按照斷距大小將斷層分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級，分析不同斷層規(guī)模對解吸壓力的影響，明析了不同類型斷層對開發(fā)的影響，提出了井位規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)對策，對煤層氣后期開發(fā)具有較好的指導(dǎo)作用。

煤層氣 斷裂結(jié)構(gòu) 斷層規(guī)模 開發(fā)效果

1 地質(zhì)概況

圖1 樊莊-鄭莊區(qū)塊構(gòu)造綱要圖

樊莊-鄭莊區(qū)塊位于沁水盆地南部晉城斜坡帶，區(qū)塊總體呈東南高，北西低的構(gòu)造特征，北東向斷層較發(fā)育，褶皺構(gòu)造呈現(xiàn)背斜、向斜相間發(fā)育的特征(圖1)。寺頭斷層將區(qū)塊分為樊莊、鄭莊兩個(gè)構(gòu)造單元。樊莊埋深300～800m，構(gòu)造簡單，局部發(fā)育小斷層，地層?xùn)|南高西北低；鄭莊埋深600～1000m，構(gòu)造較為簡單，區(qū)內(nèi)發(fā)育后城腰斷層，地層呈現(xiàn)西南高東北低。區(qū)內(nèi)其他斷裂一般為正斷層，受斷層、斷距的影響，煤層氣井生產(chǎn)差異明顯。

樊莊-鄭莊區(qū)塊主要生產(chǎn)煤層為山西組3號煤層，Ro介于2.9%～3.1%，屬于無煙煤Ⅲ號。煤層厚度分布穩(wěn)定，一般為5.0～6.0m，煤體結(jié)構(gòu)以原生結(jié)構(gòu)為主。區(qū)內(nèi)3號煤評價(jià)井實(shí)測含氣量18.0～26.7m3/t，滲透率0.01～0.8mD。總體來看，區(qū)內(nèi)3號煤層構(gòu)造較為簡單，厚度穩(wěn)定，含氣量高，物性好，適合煤層氣規(guī)模開發(fā)。

2 樊莊-鄭莊區(qū)塊斷層規(guī)模劃分

2.1 樊莊-鄭莊區(qū)塊構(gòu)造演化史

受華北地臺構(gòu)造演化影響，沁水盆地的形成演化時(shí)代分為中晚元古代、早古生待、晚古生代、三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)和新生代6個(gè)階段。沁水盆地整體上為一個(gè)北北東向復(fù)式向斜構(gòu)造，主要定型于燕山期，在喜山期構(gòu)造應(yīng)力作用下，其形態(tài)又得到了加強(qiáng)及一定程度的改造。

現(xiàn)今的基本構(gòu)造特征主要可以概括為以下三個(gè)方面。

(1)基本面貌為寬緩復(fù)式向斜。沁水盆地與山西北部的大同-靜樂凹陷帶組成一個(gè)雁行排列的巨型復(fù)式向斜帶(中央坳陷帶)，夾持于呂梁山與太行山兩隆起帶之間。主向斜軸位于榆社-北寨-沁縣-王必一線，走向北北東，東西兩翼傾角平均分別為4.2°和4°。塊坳南、北兩端稍寬，中部略窄。其西部邊緣帶因喜山期斷裂及斷陷活動影響受到了一定扭曲。

(2)低緩平行褶皺發(fā)育普遍，線形構(gòu)造為主。沁水盆地內(nèi)褶皺構(gòu)造發(fā)育十分普遍，構(gòu)造性質(zhì)基本均屬平行褶皺，且大多數(shù)為典型的長軸線性褶皺，但褶皺的幅度、面積一般均較小。背斜中有80%翼部傾角小于10°，有70%以上構(gòu)造幅度在50m以下，面積80%以上小于5km2。背、向斜褶皺構(gòu)造在分布上具有一定的等間距性，較為均勻、廣泛地布滿整個(gè)塊坳區(qū)，表明是在較均勻、緩慢的擠壓作用下形成的產(chǎn)物。

(3)斷層多，以小型為主。沁水盆地內(nèi)大的斷層不十分發(fā)育，但小規(guī)模的斷裂構(gòu)造卻廣泛分布。斷層組系多；從斷層性質(zhì)上看有高角度逆斷層、平移斷層、高角度正斷層、中低角度逆斷層等，且在演化過程中斷層大多經(jīng)歷過性質(zhì)反轉(zhuǎn)。盆地內(nèi)部的斷層一般斷距小，延伸短，西部及南部邊緣地帶斷裂相對較發(fā)育。

2.2 斷層規(guī)模劃分

按照斷距大小，可將樊莊-鄭莊區(qū)塊斷層劃分為三級。

Ⅰ級斷層為寺頭斷層及后城腰斷層，斷距大于50m。地震剖面上看(圖2)，該類斷層在沁水盆地呈現(xiàn)出垂直形態(tài)，斷層類型為牽引走滑斷層，煤層落差一般大于50m。以寺頭斷層為例，斷層局部落差大，位于寺頭一帶最大超過了360m。

Ⅱ級斷層為寺頭斷層及后城腰斷層所產(chǎn)生的派生斷層，斷距一般在20～50m。從地震剖面上看(圖3)，煤層兩盤發(fā)生較為明顯的位移，斷層規(guī)模明顯減小，由于煤層頂?shù)装鍨槟鄮r，相對于I類斷層來說，煤層的含氣量能夠較好的得以保存。

圖3 Ⅱ級斷層地震剖面及斷裂示意圖

Ⅲ級斷層發(fā)育褶皺形成區(qū)及斷裂構(gòu)造影響，斷距5～20m。從地震剖面上看(圖4)，該類斷層無法較為明顯的反應(yīng)出，一般通過生產(chǎn)過程中壓力曲線、生產(chǎn)解吸壓力進(jìn)行結(jié)合判斷。由于樊莊-鄭莊區(qū)塊主要以正斷層為主，小型斷層往往能使得煤層的滲透率得到改善，易形成局部高產(chǎn)區(qū)。

圖4 Ⅲ級斷層地震剖面

按照斷層分級標(biāo)準(zhǔn)，對樊莊-鄭莊區(qū)塊進(jìn)行地震資料的精細(xì)解釋劃分(圖5)，共劃分出一級斷層2條，二級斷層142條，三級斷層數(shù)量216條，有效指導(dǎo)了該區(qū)內(nèi)煤層氣的開發(fā)。

圖5 樊莊-鄭莊區(qū)塊斷層劃分分布圖

3 斷層規(guī)模對煤層氣開發(fā)的影響

開發(fā)實(shí)踐表明，斷層對煤層氣能起到封堵作用，但受斷層頂?shù)装宸忾]性的影響，不同規(guī)模的斷層對煤儲層含氣量影響不同。當(dāng)斷層規(guī)模越大時(shí)，煤層易與兩側(cè)的砂巖接觸，不利于含氣量的保存，對儲層含氣量影響越大。

統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)35口生產(chǎn)井解吸壓力，斷層規(guī)模對含氣量影響變化明顯(圖6)。由于I類斷層為垂直斷層，當(dāng)生產(chǎn)井距離Ⅰ級斷層小于1000m時(shí)，解吸壓力一般小于0.5MPa，含氣量低，氣井不產(chǎn)氣。當(dāng)生產(chǎn)井距離Ⅰ級斷層大于1000m時(shí)，解吸壓力高，含氣量不受影響。 當(dāng)Ⅱ級斷層小于150m時(shí)，解吸壓力低，對含氣量影響明顯。當(dāng)Ⅱ級斷層大于150m時(shí)，解吸壓力明顯增加，對含氣量影響小。Ⅲ級斷層影響區(qū)解吸壓力整體較高，對含氣量基本無影響。

圖6 解吸壓力與斷層距離關(guān)系圖

圖7 鄭4-X井區(qū)井位解吸壓力與斷層距離關(guān)系圖

以鄭4-X井區(qū)為例(圖7)，該井區(qū)南部發(fā)育一條Ⅱ級斷層，通過生產(chǎn)井解吸壓力折算來看，隨距與斷層距離的增加，解吸壓力呈現(xiàn)上升的趨勢，即表明含氣量呈上升的趨勢。

4 井位部署風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避

研究表明，在地層錯(cuò)動以及斷層附近儲層應(yīng)力及滲透性發(fā)生變化，導(dǎo)致含氣量逸散；斷層附近容易形成導(dǎo)水通道(下層水)，水動力活躍區(qū)氣量逸散；上下盤受力情況及儲層巖性差異導(dǎo)致斷層影響范圍不同(見表1)。

表1 不同類型斷層影響范圍

5 結(jié)論與建議

(1)樊莊-鄭莊區(qū)塊斷層較為發(fā)育，一般為正斷層，按照斷距大小劃分后，可有效進(jìn)行煤層氣開發(fā)，規(guī)避低含氣區(qū)，提高開發(fā)成效。

(2)受斷層影響范圍內(nèi)的煤層氣含量明顯降低，含氣飽和度減小。因此在后期開發(fā)井位部署中，要充分考慮與斷層的距離。

[1] 王永,馮富成, 毛耀保，等. 沁水盆地南端煤層氣賦存的構(gòu)造條件分析[J].西北地質(zhì),1998,19(3):28-31.

[2] 黃孝波,趙佩，董澤亮,等. 沁水盆地煤層氣成藏主控因素與成藏模式分析[J].中國煤炭地質(zhì)，2014,26(2)：12-17.

[3] 李夢溪，劉慶昌，等. 構(gòu)造模式與煤層氣井產(chǎn)能的關(guān)系——以晉城煤區(qū)為例[J]. 天然氣工業(yè),2010,30(11):10-13.

[4] 林曉英，蘇現(xiàn)波，郭紅玉. 沁水盆地東南部寺頭斷層對煤層氣藏的封閉性評價(jià)[J]. 天然氣工業(yè),2010,30(4):20-23.

[5] 張培河，劉鈺輝，王正喜,等．基于生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析的沁水盆地南部煤層氣井產(chǎn)能控制地質(zhì)因素研究[J]．天然氣地球科學(xué)，2011，22(5)：909-914.

(責(zé)任編輯 劉 馨)

Study on Influence of the Fault Scale on CBM Development in Fanzhuang-Zhengzhuang Block

WU Dingquan1,2, ZHANG Jianguo1, YAN Ling1, CUI Xinrui1, ZHANG Cong1,GUO Yuguang1

(1.Shanxi CBM Exploration and Development Branch, PetroChina Huabei Oilfield Company, Shanxi 048000;2.China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249)

Fanzhuang-Zhengzhuang Block in Qinshui Basin is the earliest development blocks of Huabei Oilfield Company. The gas production effect of CBM wells near the fault is different, with more low production wells and low gas production volume. The paper combines the fracture structure of Fanzhuang-Zhengzhuang Block, and classifies the faults into Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ levels in accordance with the size of the fault displacement. It also analyzes the effect on the desorption pressure for different fault scales, clear the influence on the development for the different types of faults and proposes countermeasures to avoid the risks of well distribution, which will have a guidance for CBM development in the future.

CBM; fracture structure; fault scale; development effect

中石油華北油田年度科研課題《樊莊區(qū)塊開發(fā)生產(chǎn)規(guī)律及穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)技術(shù)研究》

吳定泉，男，工程師，主要從事煤層氣開發(fā)生產(chǎn)管理與研究工作。