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陕甘宁盆地煤层气选区初步地质评价

时间:2007-1-27栏目:石油能源论文

作者: 席胜利 马财林 杨华(长庆石油勘探局勘探开发研究院)
【摘要】陕甘宁盆地是我国一大型聚煤盆地,上古生界的石炭-二叠系和中生界的侏罗系是其两套主要含煤层系。石炭-二叠系煤层镜质组含量高,热变质程度较高,含气量大,有利勘探区主要位于盆地的东缘和西缘;侏罗系煤层镜质组含量较低,热变质程度低,含气量相对较小,有利勘探区主要分布于盆地内部。综合评价表明:两套含煤层系有7个有利勘探区块,埋深小于1500m的煤层气资源量约11×1012m3。

陕甘宁盆地地跨陕、甘、宁、蒙、晋五省区,面积约25万km2,是一大型聚煤盆地,上古生界的石炭-二叠系和中生界的侏罗系是其两套主要含煤层系,煤炭储量巨大,蕴藏着丰富的煤层气资源。目前有关部门已在盆地东缘的柳林、韩城及南部彬长地区进行了开采试验,并取得一定成果。1  陕甘宁盆地煤层气富集的控制因素    国内外的研究成果表明:煤层气的高产富集与否,其主要受控于煤层的含气量、渗透性和保存条件。煤层的含气量代表着煤层气资源的富集程度,它与煤岩的组分、煤的变质程度、煤层的埋深和压力有关。煤层的渗透率决定着煤层气的产气量和生产周期,它取决于煤层本身的裂缝系统(割理和裂隙),而裂缝系统又受煤质和煤变质程度及煤层构造条件的影响。煤层气的保存条件与煤层顶底板岩性、构造活动、水文条件密切相关。11  煤层的展布特征    陕甘宁盆地石炭-二叠系的煤层主要分布于山西组和太原组,煤层数可达十余层,累计厚度5~20m。山西组煤层形成于陆相泥炭沼泽环境,层位稳定性相对较差;太原组煤层形成于海相泥炭潮坪环境,层位相对稳定。两套煤层全盆地均有展布,但西部地区煤层最厚,局部累计达20m以上,东部地区次之,累计约10m以上,南部和北部煤层较薄,其中埋深小于1500m的地区主要分布于盆地东缘晋西地区、东南部韩城-铜川地区以及盆地西缘,这说明石炭-二叠系煤层气的勘探方位应立足于盆地周缘。    侏罗系的煤层在石沟驿-银洞子以东平凉-彬县-黄陵-延安-神木西-准格尔旗一线向盆地外围方向尖灭,因而延安组煤层埋深由盆地沉积中心向四周递减。侏罗系煤层展布总面积约155万km2,煤层总厚5~42m不等。层数1~27层,单层厚度05~12m,平均厚度大于3m。这套煤层总的分布规律是:埋藏相对较浅,沉积受古构造和古河道控制,层数多,单层厚度变化大;由南向北厚度增大,层数增多,由西向东煤层厚度变薄,层数减少。12  煤岩组分特征    煤岩组分中镜质组含量影响着煤层的含气量大小和煤层的渗透性。镜质组含量大,生气能力强,煤层裂隙发育,煤层渗透率相对较高。    图1是石炭系太原组煤层镜质组含量变化图,盆地东缘和西缘镜质组含量均达80%以上,具有良好的生气和储集条件。13  煤变质特征    煤的变质过程即煤阶的变化直接影响煤的生气量、吸附量和其作为储层的渗透性。煤的变质过程
图1  石碳系太原组煤镜质组含量
伴随着烃类气体的生成过程,在煤层生气量低于煤层最大吸附量时,生气量就是煤层中吸附气量的影响因素;但据徐永昌(1986)和张新民(1991)等人研究,大约在气煤(Ro=085%)以后,煤层的生气量大于煤的最大吸附量,并随煤阶增高二者差距加大。同时可以看出不同煤阶的煤吸附能力不同,气煤、肥煤和焦煤的吸附能力相对于其它煤阶的吸附能力略低。综合看来,在同一外部条件下(同一埋深和压力条件下)煤层气含量随煤阶增高而增高。图2  某地山西组煤面割理密度与煤阶的关系(据樊明珠等1995)从储层渗透率来看,割理发育与否是渗透率好坏的关键,而割理是煤变质的结果,统计表明(图2),中低变质程度的煤具有较高的割理密度,渗透率较高。    陕甘宁盆地侏罗系煤层形成的地质时代相对较晚,煤化作用持续时间较短,因而全盆地侏罗系煤层处于中~低煤阶,镜煤反射率在055~12%之间变化,大部分地区镜煤反射率在05~09%之间。北部伊金霍洛旗以东为褐煤阶;杭锦旗-靖边地区为长焰煤阶;鄂托克旗、石沟驿、定边、环县等广大地区呈气煤阶;庆阳以西小范围地区属肥煤阶。煤阶的变化除与埋深有关外,还受构造运动和断裂带的控制。    图3为陕甘宁盆地石炭-二叠系煤阶图。在盆地周缘小于1500m埋深区,东部准格尔旗以北属长焰煤,煤化程度低,向南煤化程度逐渐增高,到韩城一带可达瘦煤阶;西缘地区煤阶为肥煤阶。总的看来,石炭-二叠系煤层煤化程度较高,含气量较高。
图3  石炭-二叠系煤阶图14  煤的吸附性能    图4为石炭-二叠系和侏罗系煤样等温吸附曲线,石炭-二叠系煤样属肥~焦煤阶,侏罗系煤样属气煤阶。从图中可以看出:侏罗系煤层的吸附能力明显低于石炭-二叠系煤层,其中侏罗系煤层惰质组含量较高、镜质组含量低应是其主要原因。显然石炭-二叠系煤层的储集条件远好于侏罗系煤层。15  煤层气保存条件    分析表明:侏罗系煤层中煤层气保存条件主要有四种方式:其一是地层沿煤层顶板网络状微裂缝渗滤封堵区,这种封堵类型主要分布在古河道的主体部位及承压水区;其二是构造应力封堵区,主要处于向斜部位;其三是煤层顶板局部泥岩封盖;其四是古河道两翼的侧向遮挡区,河流深切该组地层,充填物侧向封盖,此类方式广泛存在于侏罗系甘陕、宁陕、庆西、安盐古河谷的两侧。除了以上四种方式外,局部地区煤层与砂岩直接接触,若砂岩致密仍可起到较好的封盖作用。
图4  石炭-二叠系、侏罗系煤等温吸附曲线 &n

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