论文柿庄北区块煤层气勘探开发靶区优选

6 柿庄北区块煤层气勘探开发靶区优选

6.1煤层气靶区评价原则

煤层气靶区评价是以提交可靠煤层气分级储量，确定煤层气开发有利与不利区块和高产稳产井位为目的，那么就必须以煤层气实现商业开发必备条件为原则，即：较大的资源量与资源丰度，较好的解吸能力和渗透性。由此。综合煤层气含量、解吸能力和渗透率的控制因素，结合前人成果。提出下述煤层气选区评价原则[28,39,42,70, 103,104]：

1）煤阶以割理发育且生气量较大的气煤—无烟煤Ⅲ号为最佳（Ro,max为0.7%—4.0%），具高渗、高吸附饱和度的低煤阶（Ro,max为0.3%—0.7%）区也可作为有利勘探目标。

2）煤层埋深最佳在500—1200m左右，避开风氧化带和低渗区。 3）煤质有6项指标，即煤的密度低有利于孔隙的形成；煤的灰分低（<15%），割理多，渗透性提高；煤的热值高，生气强度大；煤的固定碳含量高，生气量大；煤的硫分含量越低，煤质越好，煤层夹研越少越好。

4）煤层分布广，煤层单层厚度不小于0.6m，总厚度大于10m。中高煤阶煤层单层厚度大于２m、低煤阶煤层厚度大于８m的情况下煤层气开发具有较好效果。

5）为便于“先采气，后采煤”并与国家已有煤矿安全生产规程衔接，初步将煤层气有利目标区煤层含气量界限中高煤阶煤层含气量为6m3/t以上，低煤阶煤层含气量大于3m3/t。

6）勘探区煤层气远景资源量应大于100×108m3，煤层气资源丰度大于0.5×108m3/km2。煤层含气量大于8m3/t，煤岩镜质组含量一般应大于70%。

7）吸附饱和度大于60%。可解吸率大于70%，煤层可解吸气量大。 8）选择高地应力背景下的相对低地应力（一般小于10MPa）、较高储层压力区，地解比为高级别（大于0.6）接近1的地区。

9）承压区的水压封堵气藏和压力封闭的高压气藏最佳。

10）煤层天然裂隙发育，连通性好，煤层割理密度大于50条/m，煤层渗透率（注入/压降法）大于0.1×10-3um2。

11）煤层结构完整、构造简单，位于盆地斜坡、单斜或向斜翼部埋深适中部位。

12）煤层顶底板有大于10m的封闭性直接盖层，目标区内无剥蚀现象，纵向上主力煤层距古剥蚀面厚度大于200m，并具有厚度大，分布稳定的区域性盖层。煤层段内无大水层。

13） 区域性岩浆作用热变质区煤阶高、含气量大且割理发育，是有利勘探区。

14）不远离城市，有利于煤层资源的开发利用；煤层气探区地形相对平缓，交通相对方便，修路平场工作量较小，有利于井网的建设。不仅现在勘探施工条件好，而且将来的开发和生产期也容易形成规模，节省成本。

6.2煤层气靶区评价体系和标准

6.2.1煤层气靶区评价体系

根据煤层气井排水降压至临界解吸压力后，煤层气解吸—扩散—渗流的连续产出过程，结合煤层气开发施工因素和市场条件，得到了煤层气靶区优选评价体系指标，并且包含了文献[3]和[40]中所有最后的优选指标。

煤层气开发潜力含气强度解吸能力渗透性施工难度降压难度资源需求资源丰度煤层含厚气度量吸附时间可解吸率渗透率煤体结构构造复杂程度地形地貌煤层埋深水有顶含效压临文底气地力储地板饱应梯压质岩和力度力条性度比件需求紧迫度供给城市距离图6-1.煤层气靶区优选技术指标体系

6.2.2煤层气靶区评价标准

1）含气强度 （1）资源丰度

假设煤层气产量下限值单井大于2000m3/d（对照石油部天然气工业指标），采用反推法得知，要求区块的煤层气资源丰度要到达0.8×108—l.0×108m3／km2。 （2）含气量

统计我国煤层含气量与单井日产量之间的关系，中高煤阶单井日产气量超过1000m3的煤层气井煤层含气量大于8m3/t[70]，国内外已开发的煤层气气田主力区块的平均含气量均超过15m3/t，含气量小于8m3/t的低含气量地区，通常不具备商业性开采价值[106]。低煤阶单井日产气量超过1000m3的煤层气井煤层含气量大于2m3/t[105]。 （3）煤层厚度

统计我国主要煤层气目标区煤层厚度与煤层含气量及单井日产量之间的关系初步得出，中高煤阶煤层单层厚度大于2m、低煤阶煤层厚度大于8m的情况下煤层气开发具有较好效果[70]。沁水盆地含气量下限确定为15m3／t，单井煤层厚度下限为5m，和国外有关资料对比来看，沁水盆地高煤阶煤层高产的厚度、含气量要求更高，在开采时煤层厚度越大、含气量越高越有利[35]。

2）解吸能力

（1）吸附时间

吸附时间是煤层气解吸速率的等价描述参数，吸附时间越长越不利于煤层气解吸，不利于煤层气井高产，而吸附时间短则能快速达到产气高峰值，但是稳产时间较短。

（2）可解吸率

煤层气的可解吸率表征煤层气采收率的上限，有学者研究发现通过我国煤层气解吸标准，以损失量、逸散量之和与总含气量的比值衡定可解吸率。可解吸率在前人所建立的煤层气选区评价体系中还未出现过，针对我国煤层气采收率为20—50%和可解吸率可近似看做采收率上限值的事实，将可解吸率划分为>70，40—70，<40三级区间。

3）渗透性—储层渗透率

统计我国煤层渗透率与单井日产气量特征，中高煤阶煤储层单井日产气超过1000m3的煤层气井煤层原始渗透率要大于0.1mD，单井日产气量超过2000m3的煤层气井煤层原始渗透率要大于0.5mD[70]。而对于低煤阶储层应大于0.5mD，大于1mD最有利[105]。

4）施工难度 （1）煤体结构

如3.3.3所述，原生结构煤易于改造，原生裂隙发育，连通性较好；碎裂煤中超微孔隙—裂隙系统的改造对煤储层渗透率提高有一定程度的贡献，碎粒煤和糜棱煤作为软煤裂隙发育但是连通性极差，尤其是糜棱煤，由于脆韧性变形和韧性变形作用对煤的割理系统破坏严重，渗透率极低。 （2）构造条件 在我国，煤层含气区大都经历了复杂的构造运动，煤层气保存条件尤为重要。煤层气藏形成后得以保存至今，要求构造条件简单，断层稀少，煤体结构保存完整，同时简单的地质构造也有利于煤层气的开发[70]。 （3）有效地应力

有效地应力与区域地应力场和煤层埋深有关。煤层气多富集于低地应力区；同时，煤层有效地应力低的地区，其煤层渗透率比相同条件下的高应力区的煤层渗透率要高。煤层有效地应力愈大，其压裂难度愈大，煤层气储层渗透率越低，煤层气井排采有效应力负效应越敏感。煤层地应力小于15Mpa最有利，超过25MPa时，一般压裂效果差[70,105]。 （4）煤层埋深

如前所述，在瓦斯风化带以浅的区域，煤层含气量由于逸散表现得较低，而在甲烷风化带以下至一个临界深度（不同地区有不同的临界深度值，大致在1200-2000m左右），煤层含气量与埋深具有较好的相关性。在临界深度以下，煤层含气量变化不大，甚至出现下降的趋势[41,51]。具有工业开采价值的煤层气藏埋深应在瓦斯风氧化带-1000m，大于1500m对于目前的工艺技术水平来说开采难

度较大[105]。

（5）地形地貌

煤层气靶区的地形地貌直接决定了水电设施通畅运行、设备搬运和管道建设的难易程度，初步判定平原地区最有利，丘陵地区较有利，山地和沟壑最不利。

5）降压难度

（1）水文地质条件

水文地质条件是影响煤层气赋存的一个重要因素。煤层气以吸附态赋存于煤孔隙中，地层压力通过煤中水分对煤层气起封堵作用。因此水文地质条件对煤层气保存、运移影响很大，且对煤层气的开采至关重要。煤层气富集区要求水文地质条件简单，煤层气井排采过程中易降压，产水量适中，有利于煤层降压解吸[70]。中高煤阶生气不是问题，关键是后期的保存，因此中高煤阶煤层气富集区要求水文地质条件简单，处于高矿化度、弱径流—滞留区，煤层气井排采过程中易降压解吸，产水量适中。低煤阶如果煤层气成因以生物成因为主，则要求弱径流区，低矿化度有利于晚期生物气生成及水动力承压封堵有利于煤层气保存，如果以热成因为主则水文地质条件要求与高煤价一致[105]。 （2）临储压力比

据沁南盆地九口井分析表明：临界解吸压力的大小与煤层气井平均日产气量和含气饱和度具有较好的相关性[94]。沁水盆地临界解吸压力大于1.8Mpa是该区煤层气获得高产的重要条件，小于该下限值时，其产气量通常小于1000m3／d[35]。低地解比的地区反映煤层含气量低，吸附饱和度低，不具备煤层气商业化开采价值。统计我国煤层气井产气量大于2000 m3／d的储层地解比一般大于0.5，而地解比小于0.2的煤层气井则大多为低产井并衰减快[105]。 （3）含气饱和度

统计我国煤层吸附饱和度与单井日产量之间的关系，单井日产气超过1000m3的煤层气井煤层吸附饱和度均大于60%；产气效果较好的地区，煤层吸附饱和度大于80%

[70]。（图6-2）而对于沁水盆地含气饱和度在<60％时，煤层气井为低产

井，产量小于700m3／d；沁水盆地高煤阶储层含气饱和度在>70％时，煤层气井才为高产井，因此将沁水盆地煤层气高产的含气饱和度下限定为70％，其值越大煤层气高产的可能性就越大[35]。 （4）压力梯度 影响煤储层压力的主要因素是煤层的埋深，即受煤储层区域静水水位的影响，水位接近地表时，储层压力接近于正常储层压力梯度，水位越深，储层压力梯度越小。同时煤储层压力还与原地应力及煤层所处的构造背景有关，不同地质时期，

应力的大小是有变化的[48]。

正常压力和超压梯度对煤层气井产能是有利的。从已了解的勘探试验成果看，华北地区原始储层压力梯度小于1.0MPa/100m的矿区占一半以上，压力梯度大于1.21MPa／100m的仅在韩城矿区见到，因此将1.0MPa/100m作为压力梯度高值的底界。

（5）顶底板岩性

煤储层顶底板岩性的致密程度不仅影响煤层气的保存，而且对于煤层气井排采过程中压力能否有效传递起着重要作用，顶底板岩性越致密，煤层气井排采过程中越易有效排水，提高抽油机泵效，扩大泄流半径，增大煤层气解吸波及区域。总体而言，泥岩最优，中粗砂岩最差，富水性弱的灰岩也是利于降压的有利盖层。

6）资源需求 （1）资源需求紧迫度

资源需求的紧迫程度直接影响到煤层气下游市场的开拓难度，需求越是紧迫，煤层气开发的目的性越强。

（2）与供给城市距离

煤层气靶区与供给城市的距离远近直接决定了管网的铺设长度和煤层气的销售市场，从而影响煤层气开发的成本和利润空间。

表6-1.煤层气靶区参数分级评价标准

靶 区 预 测 评 价 指 标 一级 二 级 资源丰度/108m3·km-2 含气强度 煤层厚度/m 煤层含气量/m3t-1 解吸性 低煤阶 中高煤阶 煤层气可解吸率/% 吸附时间/d 灰分/% 挥发分/% 煤牌号 夹矸比重/% 间接 渗透性 夹矸层数 裂隙组合形式 裂隙充填程度（无机矿物含量） 割理密度/条·m-1 煤体结构 直接 渗透率/mD 含气饱和度/% 临储压力比 压力梯度/kPa·m-1 低煤阶 中高煤阶 有利 >1.5 >5 >12 >15 >70 <1 <10 >18 焦-瘦煤 <3 <1 矩形 少 >100 碎裂煤 >0.5 >1 >70 >0.6 >10.3 靶 区 评 价 效 果 评 定 较有利 0.5-1.5 1.5-5 6-12 8-15 40-70 1-7 10-40 10-18 贫煤 3-6 1-2 不规则 一般 50-100 原生结构煤 0.1-0.5 0.5-1 60-70 0.2-0.6 9.3-10.3 不利 <0.5 <1.5 <6 <8 <40 >7 >40 <10 无烟煤、褐煤-肥煤 >6 >2 平行 多 <50 碎粒煤、糜棱煤 <0.1 <0.5 <60 <0.2 <9.3 降压的难易程度