摘" 要：鄂爾多斯盆地上古生界煤層廣泛發(fā)育，深部煤層氣資源十分豐富。

為明確鄂爾多斯盆地深部煤儲(chǔ)層的地質(zhì)特征以及含氣規(guī)律，優(yōu)選煤層氣富集有利區(qū)，以鄂爾多斯盆地中東部8號(hào)煤為研究對(duì)象，綜合利用地質(zhì)、分析測(cè)試以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)等資料，分析了深部煤巖儲(chǔ)層地質(zhì)特征和含氣性特征。結(jié)果表明：8號(hào)煤在中-東部地區(qū)發(fā)育厚度大、西部和南部厚度小，煤巖類(lèi)型以光亮煤和半亮煤為主，顯微組分以鏡質(zhì)組含量處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，有利于煤層氣的生成和儲(chǔ)集；蓋層以泥巖和灰?guī)r為主，保存條件較好；煤巖孔隙成因類(lèi)型包括植物組織孔、氣泡孔和晶間孔，局部發(fā)育張性裂隙，孔隙大小以微孔和大孔為主；煤儲(chǔ)層含氣量具有中東部高、西部地區(qū)低的特征，煤層含氣量隨埋深增大呈現(xiàn)“先增大后減小”的趨勢(shì)，深部煤層游離氣占比超過(guò)30%；構(gòu)建了包括含氣量、煤層厚度、埋深、宏觀煤巖類(lèi)型、泥質(zhì)含量以及煤體結(jié)構(gòu)6參數(shù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，在3個(gè)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)劃分出Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)煤層氣富集有利區(qū)。研究成果可為深層煤層氣有利區(qū)優(yōu)選和高效開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：深層煤層氣；地質(zhì)特征；有利區(qū)；鄂爾多斯盆地

中圖分類(lèi)號(hào)：TE 121

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-9315（2024）06-1165-11

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2024.0614開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

收稿日期：

2024-07-

18

基金項(xiàng)目：

中國(guó)石油天然氣股份有限公司攻關(guān)性應(yīng)用性科技項(xiàng)目（2023ZZ1804）;國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)（2016ZX05050）

第一作者：

張道鋒，男，江西萍鄉(xiāng)人，高級(jí)工程師，E-mail：zhangdaofeng_cq@petrochina.com.cn

通信作者：王冰，男，山東菏澤人，工程師，E-mail：

wbing01_cq@petrochina.com.cn

Enrichment law of deep coalbed methane accumulation

in central and eastern Ordos Basin

ZHANG Daofeng1，WANG Bing1，WANG Hua1，2，ZHENG Xiaopeng1，HUANG Jinxiu3

（1.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi’an 710018，China;

2.National Engineering Laboratory of Low-Permeability Oil amp; Gas Exploration and Development，Xi’an 710018，China;

3.Development Department of Gas Field，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi’an 710018，China）

Abstract：

The Upper Paleozoic coal seams are widely developed in Ordos Basin，and deep coalbed methane（CBM）resources are very rich.

To clarify the geological characteristics and gas bearing laws of deep coal reservoirs in Ordos Basin，and to select favorable areas for coalbed methane enrichment，the study focuses on the No.8 coal seam in the central and eastern Ordos Basin.By comprehensively utilizing geological，analytical and production data，the geological characteristics and gas bearing characteristics of deep coal reservoirs were analyzed.The results show that No.8 coal seam is characterized by larger deposition thickness in the middle and east，and smaller deposition thickness in the west and south.Coal rocks are mainly composed of bright coal and semi-bright coal.Cap rocks are mainly composed of mudstones and limestones，with good preservation conditions.The genetic types of coal pores include plant tissue pore，bubble pore and intercrystalline pore.Tensile fractures are developed locally，and the pore size is mainly micropores and macropores.The CBM content is high in central and eastern regions and low in western regions.The gas content shows a trend of “first increasing and then decreasing” with increasing burial depth.The higher formation temperature promotes the conversion of adsorbed gas to free gas，resulting in more than 30% for free gas in coal reservoir.The evaluation system，composed of such six parameters as" gas content，thickness of coal seam，buried depth，macroscopic coal-rock type，shale content and coal body structure，has been established.The favorable areas of CBM in Type Ⅰ and Ⅱ have been classified in the three pilot test areas.The research can provide guidance for the optimization of favorable areas and efficient development of deep CBM.

Key words：deep coalbed methane;geological characteristics;favorable area;Ordos Basin

0" 引" 言

天然氣作為一種重要的清潔能源，在全面實(shí)現(xiàn)國(guó)家“雙碳目標(biāo)”和保障國(guó)家能源安全中占有重要戰(zhàn)略地位［1］。隨著天然氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程的不斷深入，深層煤層氣在中國(guó)能源供給結(jié)構(gòu)中的地位顯得愈發(fā)重要，煤層氣勘探向深層進(jìn)軍的趨勢(shì)日益顯現(xiàn)［2］。在中國(guó)早期關(guān)于煤層氣的研究中，普遍以1 000 m作為“淺層”與“深層”煤層氣的埋深臨界值，而新的地礦行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤層氣資源評(píng)價(jià)規(guī)范：DZ/T 0378—2021》

將1 200 m以深的煤層氣定義為深層煤層氣資源。美國(guó)波森斯盆地和落基山地區(qū)的3個(gè)盆地中煤層埋深普遍超過(guò)1 300 m，加拿大西部阿爾伯塔盆地、美國(guó)懷俄明州的漢納盆地以及猶他州的尤尼塔盆地均開(kāi)展了深層煤層氣的先導(dǎo)試驗(yàn)工作［3-5］。中國(guó)深層煤層氣規(guī)模開(kāi)發(fā)起步較晚，目前中國(guó)深層煤層氣可采資源量占總可采資源量的28.76%，深層探明率僅2.01%［2］。隨著鄂爾多斯盆地東南緣的大寧-吉縣區(qū)塊吉深6-7平01井獲得10×104 m3的工業(yè)氣流，標(biāo)志著中國(guó)深層煤層氣勘探取得重大進(jìn)展［6］。準(zhǔn)噶爾盆地白家海凸起的彩探1H井試采獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，拉開(kāi)了準(zhǔn)噶爾盆地深層煤層氣開(kāi)發(fā)的序幕［7］?，F(xiàn)有的勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐打破了國(guó)外學(xué)者提出的“1 786 m以深為煤層氣工業(yè)開(kāi)發(fā)禁區(qū)”的認(rèn)識(shí)，表明中國(guó)深部煤層氣勘探開(kāi)發(fā)前景廣闊。

煤儲(chǔ)層自身特征和頂?shù)装逄卣魇强刂泼簩託獬刹刈钪饕膬蓚€(gè)因素［8］，其中煤巖自身特征包括煤層厚度、煤巖組成和類(lèi)型、巖石物性和成熟度等，頂?shù)装鍘r性組合及分布決定了氣體的保存條件［9-11］。與中淺層煤巖相比，深層煤巖在上覆載荷的作用下受到更強(qiáng)的機(jī)械壓實(shí)作用而表現(xiàn)出更小的孔隙度特征，沁水盆地南部埋深小于800 m的煤巖孔隙度為1%～13%，埋深大于800 m時(shí)煤巖孔隙度小于6.5%，且孔隙度與埋深的變化關(guān)系隨煤階的不同而有所差異［12-13］。煤層在深埋過(guò)程中由于遭受更加強(qiáng)烈的應(yīng)力和溫壓條件，深部煤層裂隙發(fā)育較淺層更為復(fù)雜［5］。深層煤巖在較高溫度作用下變質(zhì)程度較高，較強(qiáng)的生氣和凝膠化作用致使氣孔和割理十分發(fā)育［2］。深部煤層和中淺層煤層在氣體賦存狀態(tài)和儲(chǔ)層特征等方面存在顯著差異，中淺層煤層中的天然氣以吸附態(tài)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，游離氣含量較少；深部煤儲(chǔ)層吸附氣與游離氣并存，二者含量的相對(duì)比例主要取決于煤巖組分和地層溫壓條件［14］。隨著埋深的增加和上覆靜巖壓力的快速增大，煤儲(chǔ)層滲透率總體呈減小趨勢(shì)。深部復(fù)雜的地應(yīng)力和地層溫壓條件可能導(dǎo)致煤巖因塑性變形而產(chǎn)生新的裂隙，進(jìn)而在一定程度上改善滲透條件［5］，深層煤巖滲透率演化更為復(fù)雜。以煤層氣成藏認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，以含氣性和氣井產(chǎn)能為核心優(yōu)選有利區(qū)是深部煤層氣高效開(kāi)發(fā)的先決條件［6］。已有的煤層氣有利區(qū)評(píng)價(jià)方法包括灰色類(lèi)聚法、模糊數(shù)學(xué)法、加權(quán)平均法和模糊物元法等［15-18］，常見(jiàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)有資源豐度、含氣量、儲(chǔ)層厚度、煤巖組分以及頂?shù)装鍘r性等［19-20］。

鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)深層煤層氣勘探開(kāi)發(fā)處于起步階段，煤層氣成藏地質(zhì)特征和富集規(guī)律缺乏系統(tǒng)研究。結(jié)合深層煤層氣已有的地質(zhì)理論認(rèn)識(shí)，綜合地質(zhì)勘探、分析測(cè)試以及生產(chǎn)資料，探討煤儲(chǔ)層地質(zhì)特征、煤巖組成以及孔隙結(jié)構(gòu)，預(yù)測(cè)鄂爾多斯盆地中東部深層煤層氣富集有利區(qū)，為盆地深層煤層氣勘探開(kāi)發(fā)提供理論支持。

1" 區(qū)域地質(zhì)特征

鄂爾多斯盆地是在華北克拉通晚古生代陸表海沉積基礎(chǔ)上形成的中生代內(nèi)陸河湖相多旋回沉積盆地［21］。盆地在晚奧陶世受加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響而表現(xiàn)為主體抬升，經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)120 Ma的剝蝕［22］。之后受海西構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制，盆地持續(xù)沉降，晚石炭世本溪組沉積期盆地東西兩側(cè)均有海水侵入，其中盆地中東部受古華北海控制，地層厚度相比于西部較薄。早二疊世太原組沉積期，盆地具有北高南低的古地形特征，形成潟湖-潮坪-三角洲沉積體系［23］。中、晚二疊世盆地北部的抬升導(dǎo)致海水由北向南逐漸退出，中東部發(fā)育一套陸相湖泊-三角洲沉積地層［24］。

鄂爾多斯盆地中東部北至烏審旗，南到清澗，西鄰蘇里格、東接吳堡，主體位于伊陜斜坡二級(jí)構(gòu)造帶（圖1），構(gòu)造活動(dòng)十分微弱，構(gòu)造發(fā)育簡(jiǎn)單，整體為一平緩的西傾單斜構(gòu)造，地層傾角不大于3°；煤儲(chǔ)層和頂?shù)装鍞鄬訕O不發(fā)育，為煤層氣后期保存提供了較為有利的構(gòu)造條件。受沉積環(huán)境控制，盆地中東部煤層主要發(fā)育在石炭-二疊系的本溪組、太原組以及山西組，煤層發(fā)育廣泛且分布穩(wěn)定，總厚度達(dá)35 m，自上而下可細(xì)分為1～10號(hào)煤層。8號(hào)煤位于本溪組頂部，在盆地東部埋深介于1 500～3 500 m，厚度最大約15 m，呈西深東淺、西南薄東北厚的分布特征。深部8號(hào)煤層位于承壓水區(qū)域，較弱的水動(dòng)力環(huán)境為煤層氣側(cè)向封堵提供良好的水文地質(zhì)條件［10］。

2" 成藏地質(zhì)特征

2.1" 儲(chǔ)層地質(zhì)特征

鄂爾多斯盆地中東部本溪組發(fā)育在障壁島海岸沉積背景下，可進(jìn)一步劃分為障壁島

-潟湖-潮坪沉積相［25-26］。障壁島為灰白色砂巖，在波浪作用下砂巖的結(jié)構(gòu)和成分成熟度較高。潟湖是由障壁島砂體所圍繞的半封閉或封閉淺水區(qū)域，發(fā)育灰黑色泥巖和煤層，夾薄層粉砂巖，局部有灰?guī)r沉積。潮坪沉積體系受周期性潮汐作用控制，以粉、細(xì)砂巖為主［27］。

8號(hào)煤發(fā)育在本溪組頂部，受物源方向和沉積環(huán)境控制，煤層呈北東-南西向展布（圖2）。鉆錄井和測(cè)井解釋數(shù)據(jù)顯示，中部煤層最為發(fā)育，沉積厚度為6～15 m，平均約8.6 m，尤其沿Q35-M172一線，煤層厚度超過(guò)10 m；東部厚度為4～12 m，平均7.0 m，厚度總體小于中部地區(qū)，但在SD1H井區(qū)附近也形成了厚度大于10 m的富煤中心；西部煤厚4～10 m，平均厚度5.4 m；南部煤層厚度僅0～4 m。煤儲(chǔ)層中的夾矸層數(shù)及分布對(duì)煤巖含氣

量和鉆井開(kāi)發(fā)帶來(lái)不利影響，依據(jù)煤層與夾矸的匹配關(guān)系，將煤巖結(jié)構(gòu)分為兩種類(lèi)型：煤層中無(wú)明顯夾矸層視之為Ⅰ分型，煤層中發(fā)育一套穩(wěn)定夾矸層視之為Ⅱ分型（圖3）。中部地區(qū)煤層表現(xiàn)為

Ⅰ分型結(jié)構(gòu)（SH115井和M42井），東部煤體結(jié)構(gòu)

以Ⅰ分型為主，Ⅱ分型次之（Y75井和Y133井），西部Ⅱ分型比較發(fā)育（SH144井和T119井）。

煤巖取芯實(shí)測(cè)含氣量顯示，含氣量與煤層厚度有正相關(guān)關(guān)系。中部煤層厚度較大地區(qū)的含氣量介于17～27.6 m3/t，西部和南部地區(qū)含氣量較小，約9.8～21.8 m3/t，東部地區(qū)M115

井含氣量為11.1 m3/t，但在局部富煤中心SD1H

井的含氣量卻高達(dá)24.3 m3/t（圖2）。

2.2" 煤巖類(lèi)型和組分

煤巖類(lèi)型和演化程度控制著煤層的生氣能力、孔縫結(jié)構(gòu)以及儲(chǔ)集能力［28-29］。盆地中東部8號(hào)煤以光亮型和半亮型原生結(jié)構(gòu)煤為主。煤巖

不同組分的生烴能力存在顯著差異，其中鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組以生氣為主，殼質(zhì)組以生油為主。不同顯微組分發(fā)育不同類(lèi)型和孔徑的孔隙，例如微孔在鏡質(zhì)組中較為發(fā)育，惰質(zhì)組中通常中孔和大孔發(fā)育，這決定了各組分的相對(duì)含量會(huì)影響煤儲(chǔ)層的整體吸附潛力［30］。此外，煤巖中的灰分和水分通過(guò)占據(jù)氣體存儲(chǔ)空間以及與氣體形成競(jìng)爭(zhēng)吸附而減少煤層含氣量［31］。典型井樣品分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，

煤巖有機(jī)顯微組分以鏡質(zhì)組為主，惰質(zhì)組次

之，

殼質(zhì)組含量較低。取自于中部M172井和Q35井的煤巖樣品鏡質(zhì)體含量分別為76.8%～86.1%和47.7%～97.7%（平均含量分別為80.4%和83.1%），東部的Y160H井的鏡質(zhì)體含量為66.5%～75.5%（平均含量為70.6%），西部的J26井為48.6%～82.1%（平均含量為67.4%），與中東部地區(qū)相比鏡質(zhì)體含量較低（表1）。煤巖工業(yè)組分分析數(shù)據(jù)顯示中部煤質(zhì)較好，向東西兩側(cè)逐漸變差。M172井和Q35井固定碳和灰分含量分別為69.8%、16.9%和79.7%、10.5%，Y160H井

和J26井分別為62.7%、29.6%和61.9%、26.1%。

2.3" 煤儲(chǔ)層的孔裂隙結(jié)構(gòu)

煤儲(chǔ)層具有孔隙和裂隙組成的雙重孔隙結(jié)構(gòu)特征，孔隙是煤層氣賦存的主要空間，裂隙是氣體在煤儲(chǔ)層運(yùn)移的主要疏導(dǎo)通道［32］。不同成因類(lèi)型的煤巖孔隙是煤層生氣、儲(chǔ)氣及滲透性能的直接反映。通過(guò)光學(xué)顯微鏡及掃描電鏡觀察，盆地中東部8號(hào)煤孔隙成因類(lèi)型包括植物組織孔、氣泡孔和晶間孔（圖4）。植物組織孔保存較好，部分被滲出瀝青體充填（圖4（a）和（b））。氣泡孔發(fā)育密集，表現(xiàn)出成群分布特征，單個(gè)氣孔直徑通常為數(shù)十至數(shù)百納米，有時(shí)與微裂隙伴生（圖4（e））。晶間孔發(fā)育在煤儲(chǔ)層自生無(wú)機(jī)礦物晶體之間，孔隙形態(tài)取決于礦物種類(lèi)和晶體排列關(guān)系（圖4（f））。由于鏡質(zhì)體的均勻致密特性，煤化過(guò)程中易產(chǎn)生

裂隙，已發(fā)現(xiàn)的裂隙類(lèi)型主要為張性裂隙（圖4（c）），

為天然氣在煤層中的運(yùn)移提供優(yōu)勢(shì)通道。

孔徑分布很大程度上決定了氣體的賦存狀態(tài)和相對(duì)比例，依據(jù)國(guó)際理論與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）的孔徑劃分標(biāo)準(zhǔn)［33］，將煤孔隙分為微孔（lt;2 nm）、中孔（2～50 nm）和大孔（gt;50 nm）。CO2-低溫液氮吸附以及高壓壓汞聯(lián)合表征技術(shù)顯示，8號(hào)煤巖孔隙以微孔和大孔為主，中孔所占比例較小（圖5）。M172井微孔和大孔在總孔隙度中的比例分別為56.85%和39.26%，中孔占比只有3.79%；Q36井微孔和大孔比例分別為57.77%和40.99%，中孔占1.25%。煤巖樣品核磁共振T2圖譜表現(xiàn)為明顯的兩端雙峰特征，說(shuō)明煤巖微孔和大孔體積占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，中孔最不發(fā)育。左側(cè)峰比右側(cè)峰面積大，表明微孔比大孔更為發(fā)育。以上孔徑分布特征表明鄂爾多斯盆地中東部深層煤巖在具有較強(qiáng)氣體吸附能力的同時(shí)，也為游離氣的存儲(chǔ)提供了較大空間。

2.4" 儲(chǔ)蓋層組合

煤層氣能否大面積連片成藏不僅取決于儲(chǔ)層特征，還受蓋層封閉能力的控制，后者主要取決于其巖性和厚度。蓋層厚度越大，對(duì)煤層氣垂向散失的抑制能力越強(qiáng)；在厚度相同時(shí)，與巖性有關(guān)的孔滲性越差，流體突破壓力就越大，其封閉能力也就越強(qiáng)。蓋層封閉能力由強(qiáng)到弱依次為泥頁(yè)巖、灰?guī)r、泥巖-粉砂巖互層、細(xì)砂巖和砂巖［34］。依據(jù)盆地中東部太原組和本溪組鉆井資料，劃分出煤-泥、煤-灰以及煤-砂3種儲(chǔ)蓋組合關(guān)系（圖6）。受控于太原組潟湖-潮坪-三角洲古混合沉積體系，煤-泥儲(chǔ)蓋組合分布在研究區(qū)西部、北部以及南部邊緣地區(qū)，泥巖厚度為4～12 m；煤-灰儲(chǔ)蓋組合主要發(fā)育在中南部，灰?guī)r厚度為6～20 m。泥巖和灰?guī)r蓋層整體發(fā)育厚度較大且分布穩(wěn)定，有利于煤層氣保存。例如T4井發(fā)育厚層泥巖蓋層，煤層氣測(cè)峰值為92%，密閉取芯含氣量為24 m3/t，蓋層與煤層的應(yīng)力差為7 MPa；LT1井發(fā)育巨厚灰?guī)r蓋層，氣測(cè)峰值85%，密閉取芯含氣量為27 m3/t，蓋層與煤層應(yīng)力差高達(dá)22 MPa；S100井的蓋層巖性為砂巖，氣測(cè)峰值為28%，含氣量約18 m3/t。其中泥巖和灰?guī)r蓋層與煤層的地應(yīng)力差較大，約

7～22 MPa，滿足大規(guī)模壓裂改造的應(yīng)力封隔條件。

2.5" 深部煤層氣含氣特征

不同于常規(guī)油氣藏，煤層氣生成以后一般未經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離運(yùn)移，而是在原位以吸附態(tài)和游離態(tài)形式儲(chǔ)存，表現(xiàn)為自生自儲(chǔ)和大面積連片分布的成藏特征，因此儲(chǔ)層含氣性是反映煤層氣富集和氣井產(chǎn)能的重要指標(biāo)［35-36］。煤巖變質(zhì)程度影響煤的生氣量和孔隙結(jié)構(gòu)，進(jìn)而決定了煤層整體的含氣特征［37-41］。煤巖成熟度數(shù)據(jù)顯示，中東部區(qū)塊的Q85井、M172井8號(hào)煤實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率Ro分別為2.07%和1.78%，對(duì)應(yīng)的平均實(shí)測(cè)含氣量分別為25.7 m3/t和19.5 m3/t，西部的J26井煤巖Ro為1.73%，巖樣含氣量為18.5 m3/t。

與淺部煤層相比，深部煤層經(jīng)歷了較高的地層溫度和壓力，呈現(xiàn)不同的煤層氣吸附特征和賦存狀態(tài)。一方面，較高的地層壓力可降低氣體吸附所需的吸附勢(shì)能，使得煤基質(zhì)表面具有更多的吸附位，煤對(duì)氣體的吸附能力增強(qiáng)；另一方面，溫度的升高增強(qiáng)了氣體分子的熱活動(dòng)性，進(jìn)而增大氣體吸附所需的吸附勢(shì)能，煤基質(zhì)對(duì)氣體的吸附能力下降。煤層在埋深過(guò)程中存在某一深度（臨界深度）使得地層壓力的正效應(yīng)弱于溫度的負(fù)效應(yīng)，臨界深度以淺煤層吸附能力隨埋深快速增強(qiáng)，臨界深度以深煤層吸附能力逐漸減弱。因此煤層含氣量隨深度的變化是不同地質(zhì)因素耦合的結(jié)果。文中含氣量是通過(guò)將保壓或密閉取心獲取的煤樣放入解吸罐實(shí)測(cè)獲得，由損失氣、解吸氣和殘余氣量3部分組成。吸附氣量是在實(shí)驗(yàn)室等溫吸附試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將煤儲(chǔ)層實(shí)測(cè)溫度和壓力數(shù)據(jù)帶入Langmuir方程計(jì)算得到游離氣量即為實(shí)測(cè)含氣量與吸附氣量的差值，8號(hào)煤含氣量轉(zhuǎn)折深度約2 600 m，轉(zhuǎn)折深度以淺含氣量隨深度增加而迅速增大，轉(zhuǎn)折點(diǎn)最大含氣量超過(guò)35 m3/t，轉(zhuǎn)折深度以深煤層含氣量隨埋深逐漸降低（圖7）。鑒于目前煤巖含氣量測(cè)試樣本的數(shù)量較少，含氣量轉(zhuǎn)折深度分布規(guī)律有待進(jìn)一步研究。中淺層煤層氣主要以吸附氣的形式存在于煤層中，游離氣含量較少，但隨著埋深的增加，地層溫度升高和孔隙結(jié)構(gòu)變化，深部煤層中游離氣的比例逐漸增大，吸附氣含量占比降低［39］。M172井8號(hào)煤總含氣量為17～32 m3/t，其中游離氣占比為15.8%～58.4%，

平均含量為37%（圖8）。Q85井和Y106煤儲(chǔ)層游離氣含量分別為32%和31%，該數(shù)值遠(yuǎn)高于盆地淺部煤層10%左右的游離氣平均含氣量。

3" 深層煤層氣富集有利區(qū)

受晚古生代海陸交互相沉積環(huán)境控制，鄂爾多斯盆地煤系地層廣泛發(fā)育。深部煤層疊合分布面積約20.5×104 km2，利用體積法初步估算深部煤層氣資源量23.47×1012 m3，被視為天然氣勘探開(kāi)發(fā)重要的戰(zhàn)略接替領(lǐng)域?；谇笆雒簬r展布、成分、孔裂隙結(jié)構(gòu)以及含氣性分析，在鄂爾多斯盆地中東部劃分出3個(gè)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)，即納林1H、米脂北以及綏德3個(gè)區(qū)塊（圖9）。

在3個(gè)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，通過(guò)地質(zhì)評(píng)價(jià)方法優(yōu)選富集有利區(qū)是目前盆地中東部深層煤層氣產(chǎn)能建設(shè)亟待解決的問(wèn)題。評(píng)價(jià)參數(shù)是煤層氣富集地質(zhì)評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)，研究區(qū)深部煤層氣目前處于勘探開(kāi)發(fā)初級(jí)階段，已獲取了一定量的包括含氣性在內(nèi)的靜態(tài)數(shù)據(jù)和產(chǎn)能動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)?；谇笆雒簩託鈨?chǔ)層地質(zhì)特征和含氣規(guī)律的認(rèn)識(shí)，以煤層氣井產(chǎn)能為刻度，針對(duì)所有可能影響煤層氣富集高產(chǎn)的因素，采用數(shù)學(xué)相關(guān)性分析法得到產(chǎn)能與各因素的關(guān)系，進(jìn)而確定了6種地質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)：含氣量、煤層厚度、埋深、宏觀煤巖類(lèi)型、泥質(zhì)含量以及煤體結(jié)構(gòu)。對(duì)已有的產(chǎn)能數(shù)據(jù)和各評(píng)價(jià)參數(shù)疊合分析，確定各參數(shù)的閾值其中含氣量為20 m3·t-1，煤層厚度為8 m，埋深為2 300 m，煤巖泥質(zhì)含量為20%（見(jiàn)表2）。

米脂北區(qū)塊的Ⅰ類(lèi)富集有利區(qū)位于其中部，總體呈北東-南西向展布，納林1H和綏德區(qū)塊的Ⅰ類(lèi)富集有利區(qū)均位于區(qū)塊中東部，該區(qū)域煤層厚度較大，煤質(zhì)純度較高；Ⅱ類(lèi)富集有利區(qū)位于環(huán)繞Ⅰ類(lèi)富集區(qū)的周邊地區(qū)，受沉積環(huán)境控制，煤層厚度較薄，不利于煤層氣規(guī)模聚集（圖9）。

M172H井為率先在Ⅰ類(lèi)富集有利區(qū)8號(hào)煤層實(shí)施壓裂試氣的水平井，完鉆井深4 006 m，水平段長(zhǎng)度1 314 m，煤巖鉆遇率94.3%，平均氣測(cè)值65.28%。采用15段46簇實(shí)施CO2減水和高強(qiáng)度體積壓裂改造，加砂量為6 100 m3，注入CO2量為2 800 m3。試氣火焰長(zhǎng)9～10 m，日產(chǎn)煤層氣量13.51×104 m3。

4" 結(jié)" 論

1）8號(hào)煤巖類(lèi)型以光亮煤和半亮煤為主，鏡質(zhì)體平均含量高于80%，鏡質(zhì)體反射率高于1.7%，煤巖熱演化程度達(dá)到中高變質(zhì)階段。受晚古生代海陸交互相沉積體系影響，蓋層以厚層的泥巖和灰?guī)r為主，砂巖蓋層僅分布在東北部，表明研究區(qū)煤層氣總體封閉條件較好。

2）煤巖孔隙成因類(lèi)型包括植物組織孔、氣泡孔和晶間孔，局部發(fā)育張性裂隙。CO2-低溫液氮吸附、高壓壓汞以及核磁共振聯(lián)合試驗(yàn)表明，煤巖孔隙以微孔和大孔為主，較高比例的大孔為游離氣提供了有利的儲(chǔ)存空間。

3）煤儲(chǔ)層含氣量整體表現(xiàn)為中東部地區(qū)高、西部地區(qū)低的特征。在地層溫度和壓力的耦合作用下，煤層含氣量隨埋深增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。相比于中淺部煤層，深部煤層中的游離氣含量高于淺部。

4）基于煤儲(chǔ)層地質(zhì)特征和含氣性，在盆地中東部劃分出納林1H、米脂北以及綏德3個(gè)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)。建立了深層煤層氣富集區(qū)地質(zhì)評(píng)價(jià)方法，并在先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)劃分出Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)煤層氣富集有利區(qū)。

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（責(zé)任編輯：李克永）