4.鄂尔多斯三交地区煤层气勘探开发潜力分析-李小军.doc

鄂尔多斯三交地区煤层气勘探开发潜力分析李小军李小军，男，1968年生，高级工程师，主要从事煤层气勘探开发及对外合作工作。地址：（100028）北京市朝阳区太阳宫金星园8号昆仑大厦B座。电话：（010）63591231。E-mail： 王 峰1 吴雪飞1 陈彩红1 王 濮1 （1. 中石油煤层气有限责任公司北京100028）摘要：三交地区位于鄂尔多斯盆地的东缘，是我国煤层气研究和勘探最早的地区之一。本文在分析总结前期工作的基础上，结合煤层气勘探开发的最新进展，对该区煤层气勘探开发潜力进行了分析研究。研究认为三交地区煤层气富集特征明显，具有构造稳定简单，埋藏适中，煤层厚度较大，含气量较高，水文条件较好的特点；根据沉积环境、煤岩煤质、储层物性和含气性等地质条件，纵向上，可划分为山西组3/4/5号煤层气藏和太原组8/9号两套煤层气藏；初步评估该区资源丰富，勘探潜力巨大，煤层埋深在1000米以浅的煤层气资源量在1000亿m3以上，属于中浅埋深、中高丰度、大型煤层气田。煤层气试采情况显示，该区煤层气具有较好的可采性，预示着该区具有良好的煤层气开发前景，将成为中国煤层气勘探开发最具潜力、最为成功的地区之一。关键词： 鄂尔多斯盆地东缘 三交地区 煤层气 成藏条件 勘探开发 潜力分析Analyisis on the CBM E&D Potential in Sanjiao Areas of Eastern Ordos BasinLI Xiaojun1,2 WANG Feng2 WU Xuefei2 CHEN Caihong2 WANG Pu2(1. China University of Petroleum, Beijing 102249; 2. PetroChina Coalbed methane Co., Ltd. Beijing 100028)Abstract: Based on the preliminary work and combined with the latest progress of the Coalbed methane(CBM) exploration and development in Sanjiao area of eastern Ordos basin, this paper analyzed the CBM E&D potential of this region. Studies show that there are rich CBM resources and it has large E&D potential, with the features of stable and simple structure, medium buried depth, large coal seam thickness, high gas content, and better hydrological conditions; according to the geological conditions such as sedimentary environment, coal bed reservoir characteristics and so on, it can be divided into two sets of CBM reservoir vertically: coal seam 3/4/5 of Shanxi group and 8/9 of Taiyuan. Preliminary assessment of CBM resource in the area of 1000 meters shallow in depth is more than 100 billion m3. It belongs to medium-shallow depth, middle-high abundance, large-scale CBM field. CBM production test had shown that CBM in this area has a good recoverability, indicates that the area has good prospects for CBM development. It will become one of the most potential and most successful areas for CBM E&D in china.Keywords: Ordos basin Sanjiao Area CBM Accumulation condition E&D Potential analysis0 引言煤层气是一种新兴的能源，随着国际金融危机的蔓延，中国宏观经济增速趋缓，在新一轮大规模投资推动下，新能源产业借势崛起，中国煤层气产业迎来发展机遇。鄂尔多斯盆地东缘西起黄河，东抵吕梁山脉，面积约3.4万平方公里，不仅是我国大型煤炭基地，也是我国煤层气资源最为富集的地区之一，三交地区位于盆地东缘的中段，是我国煤层气研究和勘探最早的地区之一。随着煤层气勘探步伐的加快，对该区煤层气勘探潜力取得了一些新的认识。本文结合该区煤层气勘探实践的最新进展，对该区煤层气勘探潜力进行了分析研究。这不仅对该区煤层气的勘探开发具有一定的指导意义，同时也将为我国巨大的中煤阶煤层气资源的勘探开发提供良好的借鉴作用。1 区域地质背景1.1区域地层三交地区位于鄂尔多斯盆地的东缘，晋西挠折带的中段（图1），鄂尔多斯盆地为稳定克拉通内的大型沉积盆地1。研究区内地层为典型的华北地区地层，地层出露自东向西，由老到新。出露地层由老至新顺次为：太古界界河口群、吕梁山群，元古界野鸡山群，震旦系，古生界寒武系中、上统，奥陶系下、中统，石炭系中统及二叠系下、中、上统，中生界三叠系下、中统，新生界第三、第四系地层。老地层出露于东部、东南及东北方位的枣林、汉高山、关帝山、峪口、张子山及起云山一带，早古生代地层出露于煤田边缘地带，晚古生代含煤地层出露于离石煤盆及黄河东缘临县-柳林一带，中生代地层沿黄河分布于河东煤田西侧，新生界地层广泛出露。区内上古生界二叠系含煤地层十分发育，二叠系山西组和太原组是区内主要含煤层系。太原组为海陆交互相沉积，岩性主要为石灰岩、砂岩、砂质泥岩和煤层，主要成煤环境为潮间泥坪。山西组为陆相三角洲沉积，岩性主要为长石石英杂砂岩，其次为泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩和煤层，主要成煤环境为河间沼泽和泛滥平原。为煤层气的生成富集奠定了良好的物质基础。1.2区域构造研究区区域构造属鄂尔多斯盆地东缘晋西挠折带的中断，吕梁隆起的西翼，研究区主体位于河东煤田中部的离柳矿区。按照地块理论，位于华北地块之次级构造单元河东块凹之中，块凹与吕梁块隆以南北向坳隆为特征；从地质力学观点看，研究区为祁吕贺山字型构造脊柱东侧地盾与东翼内带之间的沉积煤盆地，属于吕梁山复背斜西翼的一部分，研究区总体表现为向西倾斜的单斜构造，构造比较简单。图1 研究区位置及区域构造单元划分2 煤层气勘探潜力分析研究区内二叠系下统的山西组和太原组为主要的含煤层系。自上而下分别发育山西组的01、02、03、1、2、3、4、5（4+5）、5下号煤层和太原组的6上、6、7、7下、8、9（8+9）、10、11号煤层，共含煤17层。其中，山西组主要可采煤层3/4/5号煤和太原组8/9号煤层为该地区的主力产煤层系。根据沉积环境、煤岩煤质、储层物性和含气性等地质条件，煤层气资源主要集中于这两套煤层气藏（含煤层系）之中，研究重点探讨其成藏条件2。2.1 主力煤层分布特征从分布全区的煤层气及煤炭钻井资料来看，三交地区主力煤层广泛发育，分布稳定。根据区内煤炭钻孔以及煤层气钻孔资料统计，目标煤层主要属中厚厚煤层，各煤层发育特征有所差异（表1）。表1 三交地区主要煤层特征表3/4/5号煤层：在区内广泛分布，厚度较大，为一南北-北东向展布的聚煤带。从平面分布上看，3/4/5号煤整体西厚东薄，厚度2.5-10.1m，中部沉积稳定，南北-北东向展布的聚煤带厚度在3-6米。南部3号煤变厚，5号煤变薄。区内5号煤深度在300850m，西南部煤层埋深在300800m，煤层埋深适中，适合煤层气开发。8/9号煤层：分布稳定，厚度较大，为滨浅湖沼泽发育集中区，向东煤层整体有变薄的趋势。8/9号煤层在三交地区广泛分布，到南部8号与9号煤层合并在一起。在平面上分布上，8/9号煤发育南北-北东向展布的聚煤带。区内9号煤层底界埋深由东向西变深，煤层埋深一般小于1000m，煤层埋深适中，适合煤层气开发。2.2 主力煤储层特征该区煤岩主要受深成变质作用控制，从浅到深，镜质组反射率（R0）逐渐增加。3/4/5号煤层R0为0.91-1.19%，平均1.06%，属于肥煤；8/9号煤层R0为1.02-1.44%，平均1.18%，属于肥、焦煤。从变质程度来看，属于典型的中煤阶。样品测试表明，研究区3/4/5号煤层含气量一般为6-12m3/tdaf，最大达18.39 m3/tdaf，最小1.45 m3/tdaf，平均8.48 m3/tdaf。综合钻井测试以及煤田瓦斯资料3，重新绘制了主力煤层3/4/5号、8/9号煤含气量平面等值线图。含气量数值4 -18 m3/t，一般为6 -10 m3/t。两套主力煤层的含气量在平面上变化规律基本一致，总体表现为东高西低、南高北低的特点。以工区西南部的SG03井碛口井组间含气量较高，最大达20m3/t，一般10-20m3/t。勘探表明，山西组主煤组3/4/5储层压力在3.29-6.24Mpa，储层压力梯度0.53-1.018 Mpa/100m，太原组主煤组8/9号煤储层压力为4.57-6.69Mpa。储层压力梯度0.53 -1.09Mpa/100m，其中南部和中部大部分地区为基本正常，仅在北部ZK3-2井区表现为欠压。试井结果显示，三交地区山西组3/4/5号煤层的渗透率为0.028 -5.62mD；太原组8/9号煤层的渗透率值为0.096 -0.83mD；均属于低到较高渗透率，具有较好的渗透条件，有利于煤层气开采。山西组3/4/5号煤层的渗透率为要略大于太原组8/9号煤层的渗透率；总体呈现出了煤岩渗透率随煤层埋藏深度加大而降低的变化趋势。根据区内煤层气井煤芯的测定，山西组3/4/5号煤空气干燥基的饱和吸附量(VL)平均为16.15m3/t，太原组8/9号煤平均为19.97 m3/t，表明煤层具有中等-较强的储气能力。该区山西组3/4/5号煤层含气饱和度为52-89%；8/9号煤层为54-100%，总体上含气饱和度（吸附饱和度）偏低。呈现南高北低、西高东低的特点。2.3 煤层气资源针对研究区1000m以浅的675km2范围内的煤层气资源进行了估算，按低、中、高三个方案（表2），预测该区煤层气资源量分别是1212、1447、1685亿立方米，资源丰度分别达到1.79、2.14、2.49亿立方米/km2。虽然估算倾向于更为乐观，但结果还是表明了区内的煤层气资源丰富。表2 三交地区煤层气资源估算表研究区内的煤层气勘探工作始于上个世纪九十年代，截止目前，已初步形成了一系列适合本区煤层气勘探开发的配套技术系列，其中煤层气直钻井技术4、水平井钻井技术5和直井压裂增产改造技术成效尤为突出6。该区部分煤层气资源已得到了基本探明7，这为该区的煤层气开发奠定了坚实的储量基础。3 煤层气开发潜力分析3.1 煤层气开发地质条件从该区目前的勘探情况可以看出，三交地区具有很好的煤层气开发地质条件7。三交地区构造简单，地层平缓（构造形态总体上为一个平缓的单斜，地层倾角6）。煤层埋藏深度适中，适合煤层气开发（目标煤层埋深小于1000m）。煤层分布稳定，煤层气保存条件有利。煤田勘探和煤层气勘探表明，煤层的直接顶板基本上为裂隙不发育、封盖能力强的泥岩，对气体起到良好的保护作用。煤层水型为弱碱性碳酸氢钠水型，甲烷含量在90%以上，表明三交地区的煤层气保存条件良好。煤储层物性相对较好。注入/压降试井结果表明，该区煤层的渗透性比较好，有利于气体的渗流，这一点从实际排采结果基本得到证实。气藏有较强的产气能力。煤层含气饱和度在52-100%之间，为含气不饱和气藏，从实际排采结果来看，该区煤层具有较好的产气能力。3.2 大井组开发试验三交地区自本世纪初开始煤层气排采试验。其中，三交井组和碛口井组共14口井，为2002年之前进行的排采试验井，先后试采32个月、10个月，井组产量接近1万方。显示了三交地区煤层气井具有较高的煤层气产能8，具备了扩大开发试验的基础。按照“整体规划、分步实施、滚动开发”的部署原则，优选煤层气成藏条件有利、地质认识和勘探程度高、前期排采效果好的地区，开展大井组试验。在三交地区开展大井组试验的目的有三9，一是通过大井组试采，评价该区单井及区块的真实产能，为编制开发方案，最大限度地降低投资风险，提供依据；二是通过大井组试采，获取足够的试采数据，确定合理高效的开发方式；三是通过大井组试采，开展必要的新技术试验，确定适用的开发技术。大井组煤层气开采试验是通往区域规模煤层气