明 盈，孫豪飛，湯達(dá)禎，徐 亮，張本健，陳 驍，徐 唱，王嘉先，陳世達(dá)

(1.中國(guó)石油西南油氣田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，四川 成都 610041；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083)

全球能源格局深刻變化、能源結(jié)構(gòu)加快調(diào)整、國(guó)內(nèi)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)下，清潔能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迎來(lái)重要戰(zhàn)略機(jī)遇期[1]。加快煤層氣等非常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)力度，對(duì)強(qiáng)化國(guó)家能源戰(zhàn)略安全保障、夯實(shí)資源保供基礎(chǔ)意義重大[2]。經(jīng)過(guò)近幾十年的探索，我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展已初具規(guī)模，準(zhǔn)南、沁水盆地南部(沁南)、鄂爾多斯盆地東緣(鄂東)、二連、黔西-滇東等盆地或地區(qū)先后部署近20 000 口生產(chǎn)井，但85%以上地面井產(chǎn)量來(lái)自沁南、鄂東兩大生產(chǎn)基地，目的煤層埋深總體小于1 000 m[3-5]。

深部煤層氣資源是我國(guó)煤層氣資源的重要組成部分，2 000 m 以淺煤層氣資源量約六成以上賦存深度超1 000 m，2 000～3 000 m 埋深的煤層氣資源約18.47×1012m3[6-8]。深部煤層氣在含氣性、地層能量及供氣能力等方面普遍優(yōu)于淺部，具備支持國(guó)家天然氣“增儲(chǔ)上產(chǎn)”發(fā)展戰(zhàn)略的強(qiáng)大潛力[9]。近年來(lái)，鄂東延川南、大寧-吉縣、臨興，準(zhǔn)噶爾盆地白家海、阜康，沁南鄭莊、柿莊北等區(qū)塊，部分目的層在1 000～2 500 m 埋深的煤層氣井先后實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)氣流突破。2020 年以來(lái)，儲(chǔ)層改造工藝的探索升級(jí)(例如，有效支撐壓裂[10]、極限壓裂[11]等)，極大提升了深部煤層氣的產(chǎn)出效率，實(shí)現(xiàn)了延川南區(qū)塊1 000～1 600 m 和大寧-吉縣區(qū)塊2 000～2 500 m 埋深煤層氣單井日產(chǎn)量由數(shù)百或數(shù)千立方米到數(shù)萬(wàn)甚至超十萬(wàn)立方米的大幅增加，顛覆了關(guān)于煤層氣勘探開(kāi)發(fā)深度禁區(qū)的固有認(rèn)識(shí)，極大提振了業(yè)內(nèi)對(duì)深部煤層氣開(kāi)發(fā)的信心和力度。

四川盆地發(fā)育有多套區(qū)域性烴源巖層系，天然氣資源儲(chǔ)量巨大[12]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，盆地內(nèi)有340 余口井鉆遇龍?zhí)督M，316 口井見(jiàn)油氣顯示1 018 次，顯示段主要以煤層為主。然而，盆地內(nèi)先期煤層氣勘探開(kāi)發(fā)投入工作量較少，工程部署主要集中于盆緣筠連、古敘等一帶[13]。2016 年川高參1 井的高產(chǎn)突破(峰值日產(chǎn)8 300 m3[14])進(jìn)一步落實(shí)了盆地內(nèi)淺部煤層氣的資源基礎(chǔ)與商業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值，但川中深-超深部煤層氣地質(zhì)資源特征及開(kāi)發(fā)潛力尚處于起步探索階段。

據(jù)此，筆者基于國(guó)內(nèi)關(guān)于深部煤層氣地質(zhì)理論認(rèn)識(shí)，通過(guò)盆地內(nèi)老井復(fù)查、測(cè)井解釋、鉆井取心、實(shí)驗(yàn)表征等手段，系統(tǒng)梳理了川中-蜀南龍?zhí)督M深部煤層氣成藏地質(zhì)條件，從含煤性、含氣性、地層能量、儲(chǔ)層物性、構(gòu)造特征等方面綜合剖析煤層氣成藏潛力和資源特征，初步提出了超深部煤層氣開(kāi)發(fā)有利區(qū)和目標(biāo)層段，以期為西南地區(qū)煤層群背景下深部煤層氣的勘探開(kāi)發(fā)提供借鑒與指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

四川盆地位于揚(yáng)子地臺(tái)西北部，上二疊統(tǒng)自下而上劃分為龍?zhí)峨A和長(zhǎng)興階：川西南部地區(qū)上二疊統(tǒng)為峨眉山玄武巖和陸相宣威組；川南-川中發(fā)育龍?zhí)督M和長(zhǎng)興組；川北-川東地區(qū)龍?zhí)督M相變?yōu)閰羌移航M，開(kāi)江-梁平海槽內(nèi)長(zhǎng)興組相變成大隆組。龍?zhí)督M地層厚度60～160 m(局部可達(dá)200 m)，為一套海陸過(guò)渡相含煤層系，由深灰-灰黑色的泥頁(yè)巖、粉砂巖夾煤層組成(圖1)。龍?zhí)督M、宣威組(陸相地層)下部和吳家坪組(海相地層)屬于盆地內(nèi)的同期異相沉積：宣威組與下伏茅口組呈不整合接觸，與上覆飛仙關(guān)組呈整合接觸，巖性為灰、灰綠色及紫紅色泥頁(yè)巖、粉砂巖夾砂質(zhì)鐵質(zhì)巖及煤層；吳家坪組與下伏茅口組呈不整合接觸，與上覆大隆組/長(zhǎng)興組呈整合接觸，主要為石灰?guī)r、含硅質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)頁(yè)巖及鈣質(zhì)頁(yè)巖，底部發(fā)育鋁土質(zhì)黏土巖，局部地區(qū)見(jiàn)炭質(zhì)頁(yè)巖夾薄煤層。

四川盆地雛形生成于印支期，經(jīng)喜馬拉雅期強(qiáng)烈壓扭性斷褶運(yùn)動(dòng)而定型。盆地現(xiàn)今構(gòu)造分布樣式整體上可劃分為川東南斜坡高陡構(gòu)造區(qū)、川中平緩構(gòu)造區(qū)和川西坳陷低陡構(gòu)造區(qū)，包括六個(gè)次一級(jí)構(gòu)造區(qū)：川北低平、川西低陡、川中低平、川西南陡緩、川東高陡和川南低陡構(gòu)造區(qū)(圖1)。川南以低陡構(gòu)造為主，川中整體為寬緩的北傾斜坡，局部發(fā)育低幅隆起，深大斷裂不發(fā)育，煤層氣藏保存條件優(yōu)越。

2 成藏地質(zhì)基礎(chǔ)

2.1 煤層幾何分布特征

川中-蜀南一帶龍?zhí)镀趶V泛發(fā)育海陸過(guò)渡沉積環(huán)境，以西部康滇古陸為主要物源區(qū)，自西向東依次發(fā)育沖積平原、潮坪-潟湖、混積臺(tái)地、開(kāi)闊臺(tái)地沉積環(huán)境[15]。龍?zhí)镀诿簬r層主要沿海岸線發(fā)育，龍?zhí)对缙谥镣砥?，海岸線持續(xù)向西遷移，海侵不斷加劇，聚煤中心不斷西遷、范圍縮小。根據(jù)老井資料分析，龍?zhí)督M煤層分布面積約4.52×104km2，煤層累厚2～17 m，累厚≥6 m 面積2.80×104km2，遂寧-合江一帶為聚煤中心(圖1)；垂向上，煤層幾何分布表現(xiàn)為層數(shù)多(7～15 層)、成群賦存、間距小、單一煤層薄(0.1～4.5 m)、尖滅分岔現(xiàn)象顯著等特點(diǎn)(圖2)。龍二段水深增長(zhǎng)緩慢，海岸線相比于龍一段時(shí)期無(wú)明顯遷移，長(zhǎng)期處于水體深度適中的潮上帶-潮間帶泥炭沼澤沉積環(huán)境，為主要的聚煤期，穩(wěn)定煤層厚度最大、層數(shù)最多、間距最小，是勘探開(kāi)發(fā)的有利煤組。

圖2 四川盆地龍?zhí)督M煤層連井剖面Fig.2 Well cross section correlation of Longtan Formation coal seams in the Sichuan Basin

后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致龍?zhí)督M煤層埋深范圍較廣，最大埋深可達(dá)4 500 m，自南向北逐漸變深(圖1)。其中，埋深2 000～3 000 m 煤層主要分布在川南低陡構(gòu)造區(qū)，面積約1.06×104km2；埋深3 000～4 500 m 煤層主要分布在川中低平構(gòu)造區(qū)，面積3.46×104km2。

上二疊統(tǒng)含煤40 余層，可對(duì)比編號(hào)煤層25 層，包括長(zhǎng)興階8 層(1-8 號(hào)，C1-C8)和龍?zhí)峨A17 層(9-25 號(hào)，C9-C25)?；谂璧?8 口探井統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，16、17、19、22 和24 號(hào)煤層發(fā)育分布較廣且側(cè)向連續(xù)性較好，是潛在的優(yōu)質(zhì)可采煤層(圖2、圖3)。龍二段下部19 號(hào)煤埋深介于2 500～4 000 m，厚度主要集中于1.5～4.5 m(平均3.2 m)，單層厚度、區(qū)域穩(wěn)定性和可對(duì)比性顯著優(yōu)于其他煤層。其中，19 號(hào)煤層單層厚度大于3 m 的有利面積達(dá)2 900 km2，單厚大于4 m 有利面積約700 km2，具備良好的可采性，是盆地深部乃至超深部煤層氣勘探開(kāi)發(fā)的甜點(diǎn)目標(biāo)層段(圖2、圖3)。

圖3 龍?zhí)督M煤層厚度分布箱型圖及19 號(hào)煤厚度等值線Fig.3 Box plot of Longtan Formation coal seams and the isopach map of the No.19 coal seam

2.2 煤巖煤質(zhì)特征

四川盆地龍?zhí)督M煤層煤體結(jié)構(gòu)分布與構(gòu)造分區(qū)密切相關(guān)，川南盆緣一帶構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜且斷層發(fā)育，構(gòu)造煤占比相對(duì)較高，川中地區(qū)構(gòu)造類型簡(jiǎn)單，深大斷層不發(fā)育，以原生結(jié)構(gòu)煤為主，具備儲(chǔ)層壓裂改造基礎(chǔ)(圖4)。區(qū)內(nèi)上二疊統(tǒng)煤層變質(zhì)類型主要為深成變質(zhì)作用，熱演化程度整體較高，鏡質(zhì)體最大反射率Rmax普遍大于2.0%，貧煤、無(wú)煙煤均有發(fā)育。川南地區(qū)淺部煤層鏡質(zhì)組體積分?jǐn)?shù)介于22.80%～88.74%(平均58.34%)，惰質(zhì)組體積分?jǐn)?shù)平均20.79%；川中一帶巖心實(shí)測(cè)Rmax值為2.55%～3.50%，顯微組分以鏡質(zhì)組為主(68.21%～84.50%)，惰質(zhì)組平均10.46%，無(wú)機(jī)礦物體積分?jǐn)?shù)平均21.33%。其中，無(wú)機(jī)礦物組分以黏土礦物類(0.18%～36.90%，平均12.79%)、硫化物類(0.17%～5.41%，平均4.26%)、碳酸鹽類(0.18%～36.90%，平均12.79%)和氧化硅為主。整體上，龍?zhí)督M煤變質(zhì)程度與鄂東延川南(Rmax平均2.5 %)、大寧-吉縣(Rmax平均2.7%)等深部區(qū)塊基本相當(dāng)，略高于臨興區(qū)塊(Rmax平均1.8 %)，有利于熱成因氣的大量生成，為煤層氣富集成藏奠定了氣源基礎(chǔ)[16]。

圖4 川中地區(qū)深部煤心照片與宏觀割理Fig.4 Photographs of cores with macroscopic cleats from deep coal seams in the central Sichuan Basin

2.3 煤層儲(chǔ)滲條件

川中地區(qū)煤體結(jié)構(gòu)完整，割理系統(tǒng)呈網(wǎng)狀分布，面割理密度5～10 條/5 cm，端割理密度7～19 條/5 cm，部分割理被無(wú)機(jī)礦物填充(圖4)?？紫额愋桶饪?、鑄模孔、粒間孔、溶蝕孔、晶間孔等，其中尤以氣孔最為常見(jiàn)。深部煤樣進(jìn)汞曲線呈典型的兩段式分布，即壓力小于10 MPa 時(shí)呈現(xiàn)較陡的斜線段；當(dāng)壓力大于10 MPa后，曲線呈近水平直線段，進(jìn)汞飽和度快速增高。這類曲線形態(tài)表明煤層以微小孔發(fā)育為主，中、大孔相對(duì)不發(fā)育。壓汞結(jié)果與核磁共振結(jié)果基本一致，T2譜曲線在0.1～2.5 ms 和10～100 ms 處分別存在兩個(gè)主峰，滲流空間譜峰面積極小，煤層較為致密，微小孔占據(jù)主導(dǎo)(BET 比表面積1.7～2.0 m2/g)，相對(duì)不利于煤層氣的滲流產(chǎn)出。根據(jù)層心測(cè)定結(jié)果，川南地區(qū)1 000 m 以淺煤儲(chǔ)層孔隙率2.5%～17.9%(平均7.68%)；相對(duì)而言，川中2 000～3 000 m 埋深煤層孔隙率明顯降低(2.8%～6.89%，平均4.55%)，滲透率介于(0.012～0.483)×10-3μm2，平均僅0.097×10-3μm2，與大寧-吉縣區(qū)塊孔隙率基本相當(dāng)(圖5a)。

圖5 煤心試驗(yàn)及試井孔滲測(cè)定結(jié)果Fig.5 Coal porosity and permeability results determined through coring and well testing

值得注意的是，我國(guó)西南地區(qū)承受的現(xiàn)今地應(yīng)力強(qiáng)度較華北和西北地區(qū)明顯增高[17]，盆地內(nèi)1 200 m 以淺煤層試井滲透率均小于1.0×10-3μm2，絕大多數(shù)煤層(60%) 滲透率小于0.1×10-3μm2(圖5b)?？梢酝茰y(cè)，深部乃至超深部煤儲(chǔ)層多屬于極低滲儲(chǔ)層，加之高應(yīng)力梯度，對(duì)壓裂(特別是加砂強(qiáng)度)要求更高。

2.4 保存條件

四川盆地主要存在三類頂?shù)装褰M合樣式：I 型，煤-泥組合；II 型，煤-灰組合；III 型，煤-砂組合。其中，泥巖蓋層對(duì)下伏煤層氣保存最為有利，砂巖蓋層疏導(dǎo)能力強(qiáng)，不利于氣藏的保存。據(jù)統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)煤層泥巖頂板的厚度介于3.00～17.26 m，氣測(cè)全烴范圍31.58%～93.68%，平均65.43%；灰?guī)r頂板厚度介于1.75～2.90 m，氣測(cè)全烴范圍20.37%～86.59%，平均32.36%；頂板砂巖的厚度介于1.00～3.75 m，氣測(cè)全烴范圍12.36%～20.34%，平均14.68%(圖6)。

圖6 四川盆地煤層儲(chǔ)蓋組合類型及19 號(hào)泥巖頂板厚度等值線Fig.6 Reservoir-cap rock assemblage types of coal seams in the Sichuan Basin and the isopach map of the mudstone roof of the No.19 coal seam

平面上，巖性平面分布受沉積環(huán)境控制，盆地西部陸相環(huán)境砂巖以厚層河道砂為主，川南局部地區(qū)發(fā)育煤-砂儲(chǔ)蓋組合，川中以煤泥(含粉砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)粉砂巖)組合最為常見(jiàn)，分布面積達(dá)到33 300 km2。其中，19 號(hào)煤層頂板泥巖厚度普遍大于8 m，最厚可達(dá)14 m，為深部煤層氣的保存提供了優(yōu)良條件(圖6)。例如，川中MX202 井19 號(hào)煤巖泥巖頂板厚度為8 m，氣測(cè)峰值為96.36%；R201 井頂板泥巖厚度為12 m，氣測(cè)峰值高達(dá)99.99%。

3 成藏地質(zhì)特點(diǎn)

3.1 含氣特征

含氣特征是煤層氣地質(zhì)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。研究區(qū)淺部煤層實(shí)測(cè)含氣量平均值13.95 m3/t,深部煤層實(shí)測(cè)含氣量平均值15.27 m3/t(圖7)。2 000 m 以深煤層氣前期投入工作量較少，僅浙江油田分公司于2022 年在2 500 m埋深附近進(jìn)行了兩套煤層的取心及含氣量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試(保壓取心未成功，含氣量16.64～17.61 m3/t，圖8)。深部煤層吸附氣和游離氣并存，根據(jù)等溫吸附試驗(yàn)結(jié)果，原位溫度條件下煤層Langmuir 體積為12.4～14.4 m3/t，地層條件下最大吸附量介于11.0～12.8 m3/t，含氣飽和度達(dá)138%～151%，處于超飽和狀態(tài)，游離氣含量為4.84～5.60 m3/t。相對(duì)于其他含煤盆地的高階煤儲(chǔ)層，四川盆地深部煤層吸附能力略低，這可能與成煤環(huán)境制約下煤層的較高灰分產(chǎn)率(平均30%)有關(guān)。

圖7 實(shí)測(cè)含氣量垂向變化Fig.7 Vertical variation in measured gas content

圖8 取心井等溫吸附試驗(yàn)結(jié)果Fig.8 Isothermal adsorption experiment results of cored wells

根據(jù)等溫吸附曲線曲率特征，求曲率方程的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)，一階導(dǎo)數(shù)為0 時(shí)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)折壓力，二階導(dǎo)數(shù)為0 時(shí)分別對(duì)應(yīng)啟動(dòng)壓力和敏感壓力[18-19]，具體表達(dá)式為：

根據(jù)式(1)-式(3)，計(jì)算2 套取心煤層的啟動(dòng)壓力、轉(zhuǎn)折壓力和敏感壓力依次為0.97、3.56、5.97 MPa 和0.93、3.08、5.09 MPa(圖9)。鑒于原位地層條件下煤層含氣飽和度均超過(guò)100%，即吸附氣和游離氣賦存，煤層實(shí)際排采過(guò)程中游離氣和吸附氣將并行產(chǎn)出，且吸附氣將經(jīng)歷煤層氣解吸全過(guò)程(低效解吸→緩慢解吸→快速解吸→敏感解吸)。

圖9 取心井解吸階段Fig.9 Schematic diagrams showing the desorption stage of cored wells

一般情況下，受溫壓作用的共同影響，深部煤層氣吸附氣量在臨界深部以深逐漸降低，游離氣量隨深度增加呈增加的趨勢(shì)。這類超飽和氣藏富含原地游離氣，煤層氣產(chǎn)出不明顯依賴于排水降壓，投產(chǎn)即見(jiàn)氣，可以大大縮短見(jiàn)氣時(shí)間，保證地層能量充分利用，后續(xù)吸附氣快速或敏感解吸后可形成產(chǎn)能接替[9]。從開(kāi)發(fā)角度而言，游離氣可統(tǒng)稱為有效資源，吸附氣理論產(chǎn)氣潛力(解吸至枯竭階段噸煤累計(jì)產(chǎn)氣量)需進(jìn)一步考慮煤層氣解吸歷程和廢棄壓力值。因此，深部煤層氣有效資源量為游離氣量和有效解吸氣量的疊加。通常，美國(guó)煤層氣井廢棄壓力取0.7 MPa，中國(guó)廢棄壓力經(jīng)驗(yàn)取值介于0.2～1.0 MPa 之間[20-21]。在此基礎(chǔ)上，以0.1 MPa 為梯度，可計(jì)算廢棄壓力由0.2 MPa 遞增至1.0 MPa 時(shí)對(duì)應(yīng)的有效資源量，該井取心樣有效資源量介于13.20～16.79 m3/t，殘余含氣量0.82～3.44 m3/t(表1)，理論采收率>80%，資源和開(kāi)發(fā)潛力相對(duì)于中淺部煤層顯著增高。

表1 不同廢棄壓力下累計(jì)解吸量Table 1 Cumulative desorption amounts under different abandonment pressures

3.2 儲(chǔ)層壓力特征

煤層氣儲(chǔ)層壓力是地層能量的具體表現(xiàn)形式，決定了煤層氣的運(yùn)移、產(chǎn)出動(dòng)力。四川盆地二疊系煤層試井多集中于盆緣一帶筠連、古敘等礦區(qū)1 000 m 以淺的煤層，儲(chǔ)層壓力系數(shù)與埋深存在良好的正相關(guān)關(guān)系，700 m以深的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)表現(xiàn)為異常高壓儲(chǔ)層(壓力系數(shù)>1.1，圖10)?；贓aton 公式法原理[22]，結(jié)合地層壓實(shí)、有效應(yīng)力和均衡理論，利用密度測(cè)井和聲波對(duì)龍?zhí)督M煤層壓力系數(shù)進(jìn)行了預(yù)測(cè)(公式(4))，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)誤差范圍0.85%～2.24%，證實(shí)該方法具備一定的可靠性(圖11)。儲(chǔ)層壓力大于鉆井液柱有效壓力時(shí)會(huì)發(fā)生氣侵，因此，鉆井泥漿密度可定性判斷壓力系數(shù)。根據(jù)Eaton 法計(jì)算結(jié)果與鉆井泥漿密度推測(cè)，四川盆地3 000 m 以深地層壓力系數(shù)普遍大于1.8，磨溪-遂寧一帶為超壓中心，壓力系數(shù)可達(dá)2.2(圖12)。

圖10 試井儲(chǔ)層壓力系數(shù)隨埋深變化(文獻(xiàn)[23])Fig.10 Burial depth-varying reservoir pressure coefficient derived from well testing (reference [23])

圖11 壓力系數(shù)誤差分析Fig.11 Error analysis of pressure coefficient

圖12 四川盆地龍?zhí)督M煤層壓力系數(shù)等值線圖(Eaton 法)及氣侵鉆井泥漿密度分布Fig.12 Contour map showing the pressure coefficient of Longtan Formation coal seams in the Sichuan Basin (derived using Eaton's method)and the drilling fluid density distributions in the case of gas invasion

儲(chǔ)層壓力大于鉆井液柱有效壓力時(shí)，發(fā)生氣侵，因此鉆井泥漿密度可定性判斷壓力系數(shù)。

事實(shí)上，地層超壓在四川盆地并不鮮見(jiàn)，龍馬溪組頁(yè)巖壓力系數(shù)與埋深也表現(xiàn)出明顯的正相關(guān)(圖12)[23]。相同儲(chǔ)層條件下，壓力系數(shù)2.00 區(qū)域總含氣量是壓力系數(shù)1.00 區(qū)域的1.35 倍。地層超壓可能與區(qū)域構(gòu)造作用有關(guān)，盆地中部變形微弱，源巖大量生烴后仍具有較好保存條件，使超壓得以保持[24]。相對(duì)于鄂東或準(zhǔn)噶爾盆地深部煤層(欠壓-常壓為主)，四川盆地超高壓力系數(shù)區(qū)域一方面可以降低煤層應(yīng)力敏感性，保持割理裂隙張開(kāi)程度；另一方面，生產(chǎn)過(guò)程可以提供更強(qiáng)的氣體運(yùn)移產(chǎn)出動(dòng)力和更大的可壓降空間，保證氣井上產(chǎn)潛力和穩(wěn)產(chǎn)周期(圖12)。

4 龍?zhí)督M深-超深部煤層氣開(kāi)發(fā)潛力

我國(guó)深部煤層氣區(qū)塊尺度開(kāi)發(fā)目前主要集中在延川南(中深部，1 000～1 600 m)和大寧-吉縣區(qū)塊(深部，2 000～2 500 m)的高階煤儲(chǔ)層。相對(duì)于上述區(qū)塊，四川盆地龍?zhí)督M煤層生烴條件和孔滲性相似，總含氣量略低但游離氣占比高，“儲(chǔ)層異常超壓”和“氣藏超飽和”地質(zhì)優(yōu)勢(shì)明顯。根據(jù)體積法估算，龍?zhí)督M煤層氣累計(jì)地質(zhì)資源量11.98×1012m3，資源豐度1.98×108m3/ km2，可采資源量3.59×1012m3。其中，埋深2 000～3 000 m，3 000～4 500 m 和>4 500 m 煤層氣地質(zhì)資源量分別為1.95×1012m3，7.92×1012m3和2.11×1012m3，開(kāi)發(fā)潛力巨大。開(kāi)發(fā)單元厚度的局限性(19 號(hào)煤層，平均厚度3.2 m)是制約四川盆地深-超深部煤層氣高效開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵，水平井工程施工(井眼軌跡控制、煤層鉆遇率等)面臨重大挑戰(zhàn)。此前，淺部薄煤層煤層氣水平井開(kāi)發(fā)已有先例，中石化華東局在珠藏向斜部署兩口水平井(1 口U 型井，1 口J 型井，埋深500～600 m，目的層厚<2 m)，盡管煤層鉆遇率僅50%，但單井穩(wěn)產(chǎn)達(dá)4 000～5 000 m3，是鄰近合采井單層氣量貢獻(xiàn)的10 倍，一定程度表明了水平井在薄煤層開(kāi)發(fā)中的可行性。近年來(lái)，油氣領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向獲突破，結(jié)合地質(zhì)與工程一體化跟蹤處理流程，已實(shí)現(xiàn)川南頁(yè)巖氣水平段2～3 m 平均鉆遇率96.7%，為下一步盆地內(nèi)深部薄層煤層氣的開(kāi)采奠定了良好的工程技術(shù)基礎(chǔ)[25]。

參考大寧-吉縣深部煤層氣區(qū)帶評(píng)價(jià)方法，以19號(hào)煤層為目標(biāo)層段，以煤層埋深為背景，從“生、儲(chǔ)、保”和含氣性等幾大方面，建立了四川盆地龍?zhí)督M19 號(hào)煤層煤層氣有利區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表2)。其中，煤層厚度和煤變質(zhì)程度用于綜合反映資源條件，構(gòu)造條件和頂板巖性用以表征煤層保存條件，壓力系數(shù)反映產(chǎn)出潛力。厚煤層發(fā)育區(qū)、富游離氣區(qū)、高變質(zhì)區(qū)、泥煤組合區(qū)、構(gòu)造簡(jiǎn)單區(qū)的疊合區(qū)作為I 類有利區(qū)。依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)多參數(shù)疊合法，初步落實(shí)勘探有利區(qū)10 400 km2，估算資源量3.77×1012m3(圖13)。其中，川中低緩構(gòu)造區(qū)煤層氣Ⅰ類有利區(qū)埋深3 000～4 500 m，面積4 413 km2，估算資源量1.71×1012m3；川南低陡構(gòu)造區(qū)煤層氣Ⅰ類有利區(qū)埋深2 000～3 000 m，面積3 045 km2，估算資源量1.07×1012m3。整體上，四川盆地深-超深部煤層氣勘探潛力和資源規(guī)模巨大，立足盆地超深、超壓、超飽和等煤層氣資源稟賦優(yōu)勢(shì)，以I 類區(qū)為目標(biāo)區(qū)、19 號(hào)煤層為先期主力目標(biāo)層，規(guī)劃開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)井鉆探、老井壓裂試氣，進(jìn)一步落實(shí)資源基礎(chǔ)，梳理成藏特征與賦存規(guī)律，探索形成深-超深部薄煤層煤層氣開(kāi)發(fā)工程技術(shù)系列，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)深部煤層氣資源的規(guī)?；_(kāi)發(fā)具有重要意義。

表2 龍?zhí)督M19 號(hào)煤層氣有利區(qū)綜合評(píng)價(jià)Table 2 Comprehensive evaluation of coalbed methane favorable areas in the No.19 coal seam of the Longtan Formation

圖13 龍?zhí)督M19 號(hào)煤層氣有利區(qū)分布Fig.13 Coalbed methane favorable area distribution of the No.19 coal seam of the Longtan Formation

5 結(jié)論

a.上二疊統(tǒng)發(fā)育海陸過(guò)渡相沉積體系，煤層層數(shù)多、間距小、單厚薄但累厚大，埋深2 000～4 500 m，16、17、19、22 和24 號(hào)煤分布范圍廣且側(cè)向連續(xù)性較好，19 號(hào)煤層(煤厚1.5～4.5 m，平均3.2 m)是煤層氣勘探開(kāi)發(fā)的甜點(diǎn)層段。

b.龍?zhí)督M深-超深部煤儲(chǔ)層具有煤體結(jié)構(gòu)完整、熱演化程度高、封蓋條件好、氣藏超飽和、地層能量強(qiáng)、儲(chǔ)層超壓、構(gòu)造變形微弱等有利成藏條件，是深部煤層氣勘探開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略突破的重要目標(biāo)。

c.四川盆地深-超深部煤層氣勘探潛力和資源規(guī)模巨大，立足盆地超深、超壓、超飽和資源稟賦優(yōu)勢(shì)，規(guī)劃開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)勘探和老井試氣，落實(shí)資源潛力，梳理成藏特征，探索薄煤層深部煤層氣開(kāi)發(fā)技術(shù)，對(duì)我國(guó)煤層氣的規(guī)?；óa(chǎn)意義重大。

符號(hào)注釋

c為Eaton 指數(shù)，取3；d為回歸系數(shù)；g為重力加速度，m/s2；H為深度，m；pf為地層壓力系數(shù)；pL為L(zhǎng)angmuir 壓力，MPa；pt、pf、ps分別為轉(zhuǎn)折壓力、啟動(dòng)壓力、敏感壓力，MPa；pW為靜水壓力，MPa；Tn、To分別為目標(biāo)地層正常壓實(shí)聲波時(shí)差和目標(biāo)地層實(shí)測(cè)聲波時(shí)差，μs/m；VL為L(zhǎng)angmuir 體積，m3/t；ρz為密度測(cè)井值，g/cm3；ρw為水的密度，g/cm3，一般取1。