崔德廣 姜春露

(1.新疆煤田地質(zhì)局一五六煤田地質(zhì)勘探隊(duì)，新疆 830009;2.安徽大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 230601)

新疆阜康白楊河礦區(qū)產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量與流體勢(shì)的關(guān)系

崔德廣1姜春露2

(1.新疆煤田地質(zhì)局一五六煤田地質(zhì)勘探隊(duì)，新疆 830009;2.安徽大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 230601)

煤層氣排采首要條件是要使煤儲(chǔ)層壓力降下來(lái)，選擇合適的排采工藝技術(shù)可以把煤層中的水合理地排出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)降壓目的，在排采過(guò)程中分析產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量以及流體勢(shì)之間的關(guān)系，證實(shí)三者之間存在一定的相關(guān)性，對(duì)將來(lái)煤層氣水文地質(zhì)選區(qū)有一定的指導(dǎo)意義。

產(chǎn)水量 產(chǎn)氣量 流體勢(shì) 儲(chǔ)層壓力

阜康白楊河礦區(qū)煤炭資源豐富，煤變質(zhì)程度中等，煤層氣含量高，同時(shí)，煤儲(chǔ)層物性較好，有利于煤層氣的賦存和開(kāi)發(fā)。示范區(qū)西距阜康市和烏魯木齊分別為40km和100km，進(jìn)行煤層氣開(kāi)發(fā)利用，可以就近為兩個(gè)城市生產(chǎn)生活供氣，緩解目前天然氣緊缺狀況。通過(guò)示范區(qū)煤層氣的開(kāi)發(fā)利用，對(duì)阜康煤層氣的開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)行研究，以示范區(qū)開(kāi)發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn)，引導(dǎo)和推動(dòng)快新疆低煤階煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。通過(guò)示范區(qū)煤層氣的生產(chǎn)與煤礦開(kāi)采的有機(jī)結(jié)合，充分體現(xiàn)先采氣后采煤的理念。

示范區(qū)主要含煤地層為八道灣組下段(J1b1)和八道灣組中段(J1b2)。開(kāi)發(fā)的3套主力煤層39號(hào)、41號(hào)、42號(hào)全部位于八道灣組下段。

1 煤層氣藏封閉保存條件

煤層氣藏的封閉不同于常規(guī)游離天然氣的封閉。新疆阜康地區(qū)煤層氣藏封閉類型為：非含煤巖系對(duì)整個(gè)八道灣含煤巖系的一級(jí)封閉，與八道灣含煤巖系呈整合接觸的上覆下侏羅統(tǒng)三工河組合下伏三疊系黃山街組是受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，地層擠壓變形、抬升剝蝕嚴(yán)重，對(duì)氣藏的封閉性較弱；含煤巖系內(nèi)部圍巖對(duì)煤儲(chǔ)層直接頂?shù)装搴兔簩訙\部的燒變巖潛水層封閉構(gòu)成的二級(jí)封閉且為該氣藏的主要封閉，八道灣上段、中段地層以及下段內(nèi)非含煤巖層發(fā)育穩(wěn)定對(duì)八道灣下段主要含煤氣藏起到了很好的封閉作用，同時(shí)主要含煤層在地表形成的燒變巖層即是良好的透水層也是良好的貯水層，對(duì)氣體的逸散起到了很好的封堵作用；由于煤層直接頂?shù)装鍑鷰r受構(gòu)造應(yīng)力作用破壞明顯，它對(duì)氣藏的三級(jí)封閉作用較弱。只有不同級(jí)別封閉聯(lián)合作用，才能緩解煤層氣藏成藏過(guò)程中熱力學(xué)條件變化引起的流體變化對(duì)封閉的沖擊作用，尤其本區(qū)受燕山和喜山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)破壞作用明顯，二級(jí)封閉含煤巖系中含承壓巖層和燒變巖潛水層對(duì)氣藏的破壞起到了良好的封閉作用。

本區(qū)煤層氣藏主要生成期是深成變質(zhì)期，在煤層氣生成到一定數(shù)量以后，煤系地層被抬升剝蝕，不同的是本區(qū)煤層受構(gòu)造擠壓作用明顯形成于向斜的一翼，煤層傾角發(fā)生急傾斜變化，越往向斜軸部煤層氣藏保存越好，煤層水的封閉作用越顯著。通過(guò)對(duì)示范區(qū)煤系地層的分布特征、煤層氣控氣地質(zhì)條件和富集規(guī)律的研究，煤層氣資源主要分布在八道灣組下段的39號(hào)煤層、41號(hào)煤層及42號(hào)煤層(表1)，三套主力煤層在全區(qū)分布穩(wěn)定，厚度大、含氣量高，煤層分別控制了一定的儲(chǔ)量規(guī)模，試采成果也已證實(shí)了這三套煤層具有較好的產(chǎn)能潛力。

表1 示范區(qū)39號(hào)、41號(hào)及42號(hào)煤層氣藏特征匯總表

2 煤層流體性質(zhì)

煤層中流體包括煤層水和煤層氣兩種流體，對(duì)于氣體組分，樣品采自試氣階段井口的氣樣和取心井水樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析。

2.1 氣體成分

在研究區(qū)內(nèi)施工煤層氣井的測(cè)試表面，煤層氣含氣量在6～15m3/t，平均8m3/t；甲烷含量64%～89%，平均82%；含氣飽和度在42%～65%之間，平均56%；各個(gè)煤層略有不同。研究區(qū)地層傾角約45°左右，隨著埋深的增加，含氣量也會(huì)增大，含氣飽和度也逐步增大，甲烷的含量也會(huì)增大?？傮w上，阜康白楊河煤區(qū)各煤層含氣性特征相似，上部煤層為火燒區(qū)，含氣飽和度降低，越往深部煤層含氣量越高。煤儲(chǔ)層物性好，滲透性較好，排水降壓效果明顯，煤層氣解吸運(yùn)移容易，游離氣含量相對(duì)較大。

2.2 吸附特征

研究區(qū)39號(hào)煤儲(chǔ)層鏡質(zhì)組最大反射率為0.65%～0.71%，41號(hào)煤儲(chǔ)層為0.74%～0.78%，42號(hào)煤儲(chǔ)層為0.76%～0.80%。39號(hào)煤儲(chǔ)層的蘭氏體積為26.54～31.21m3/t，蘭氏壓力為2.12～2.31MPa；41號(hào)煤儲(chǔ)層的蘭氏體積為28.69～33.45m3/t，蘭氏壓力為2.43～2.48MPa；42號(hào)煤儲(chǔ)層的蘭氏體積為33.37～34.60m3/t，蘭氏壓力為2.27～2.52MPa。

2.3 地層水性質(zhì)

通過(guò)測(cè)試，示范區(qū)煤層水礦化度11778～13295mg/L，硬度170.64～346.78mg/L，PH值在7.7～8.2，因此，煤層水型屬弱堿性，NaHCO3型，煤層壓裂是采用活性水(2%KCl)。

3 產(chǎn)氣量與流體勢(shì)的關(guān)系

示范區(qū)流體勢(shì)總體上呈東西兩邊高，中間轉(zhuǎn)折部位低的特點(diǎn)。另外，從示范區(qū)煤層氣井產(chǎn)氣現(xiàn)狀與儲(chǔ)層流體勢(shì)的疊合關(guān)系可以看出，本區(qū)流體勢(shì)相對(duì)較高部位井的產(chǎn)氣效果比較好，而在流體勢(shì)低部位的井，產(chǎn)氣效果都不太好，甚至不產(chǎn)氣。分析認(rèn)為，地層流體流動(dòng)的趨勢(shì)是從流體勢(shì)高的地方向流體勢(shì)低的地方流動(dòng)，高勢(shì)區(qū)的井容易降壓，因此產(chǎn)氣效果好，而低勢(shì)區(qū)的井不容易降壓，因此產(chǎn)氣效果不好。

4 產(chǎn)水量與流體勢(shì)的關(guān)系

總體上，處于流體勢(shì)低部位的井產(chǎn)水量較大，而處于流體勢(shì)高部位的井則產(chǎn)水量較小。分析認(rèn)為，由于本區(qū)流體勢(shì)呈現(xiàn)東西兩邊高，中間部位低的特點(diǎn)，因此地層流體的流動(dòng)趨勢(shì)是由東西兩邊向中間轉(zhuǎn)折部位匯集，所以導(dǎo)致地層中間轉(zhuǎn)折部位的FS-25、FS-26和FS-27井產(chǎn)水量特別大。這也說(shuō)明本區(qū)井的產(chǎn)水量受流體勢(shì)控制的影響。

5 開(kāi)發(fā)井的井型類型

示范區(qū)煤層氣分布受重力分異作用明顯，下部煤層水多，上部游離氣相對(duì)較多，儲(chǔ)層壓力表現(xiàn)為煤層水壓力顯著，排水降壓的效果明顯，上部煤層水排掉儲(chǔ)層就會(huì)開(kāi)始解析產(chǎn)氣，與水平煤層存在較大區(qū)別。煤層水分布賦存特征受儲(chǔ)層裂隙系統(tǒng)制約，由于煤層的傾角較大，煤層水存儲(chǔ)及滲流的優(yōu)勢(shì)方向是垂直向下的方向，井型的選擇需要逐步排水采氣，壓降范圍在水平方向連通擴(kuò)展，解析面積更大，能夠提高單井產(chǎn)量和采收率，因此開(kāi)發(fā)井型增加順煤層傾向鉆機(jī)。

6 結(jié)論

煤巖含水性和產(chǎn)氣量分布規(guī)律跟儲(chǔ)層流體勢(shì)有直接關(guān)系，煤巖含水層的補(bǔ)給條件是通過(guò)煤儲(chǔ)層壓力間接對(duì)煤層氣產(chǎn)率產(chǎn)生影響。首先，煤巖含水層的補(bǔ)給條件影響煤巖含水層的初始儲(chǔ)層壓力狀態(tài);其次，煤層氣開(kāi)采時(shí)，補(bǔ)給條件影響了儲(chǔ)層壓力降低的快慢。當(dāng)煤巖含水層的補(bǔ)給量大時(shí)，排水產(chǎn)生壓力降的速度就慢。所以，在煤層氣水文地質(zhì)評(píng)價(jià)選區(qū)時(shí)，弄清楚煤系地層與地表水及相鄰含水層之間的水力聯(lián)系是非常重要的一項(xiàng)工作。

[1] 桑樹(shù)勛,秦勇,傅雪海,等.陸相沉積煤層氣地質(zhì)-以準(zhǔn)格爾、吐哈盆地為例[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2001.147-151.

[2] 《新疆阜康市白楊河礦區(qū)煤層氣開(kāi)發(fā)利用先導(dǎo)性示范工程排采技術(shù)研究報(bào)告》[R],新疆煤田地質(zhì)局一五六煤田地質(zhì)勘探隊(duì)，中聯(lián)煤層氣國(guó)家工程研究中心有限責(zé)任公司.2015.

[3] 尹淮新.淺析阜康煤礦區(qū)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)[J].陜西煤炭,2009(3):24-26.

[4] 林良俊.煤層氣儲(chǔ)層工程的地下水行為研究[D].中科院地質(zhì)及地球物理所,北京:2001.

(責(zé)任編輯 王一然)

Relationship between Gas Production, Water Production and Fluid Potential in Baiyanghe Area in Fukang

CUI Deguang1, JIANG Chunlu2

(1.No.156 Coalfield Geological Exploration Team of Xinjiang Coalfield Geology Bureau, Xinjiang 8300092; 2. School of Resources and Environmental Engineering,Anhui University,Anhui 230601)

Coalbed methane is a prerequisite to make the coal reservoir pressure drop down, select the appropriate drainage technology can be put in the coal seam water reasonably discharged, so as to achieve the purpose of decompression drainage, to analysis of the relationship between gas and water production and fluid potential in the process, there is a certain correlation between the three confirmed，it has a certain guiding significance for the future coalbed methane hydrogeology district.

Water production; gas production; fluid potential; reservoir pressure

新疆自治區(qū)地質(zhì)勘查基金資助項(xiàng)目(N14-4-XJ01)國(guó)家科技重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2016ZX05043-003)

崔德廣，男，水文地質(zhì)工程師，工作單位新疆煤田地質(zhì)局一五六煤田地質(zhì)勘探隊(duì)。