柳顺彬 范莎

摘要：哈尔交煤矿位于托斯特盆地南部地区萨吾尔复向斜的南翼，含煤地层为下二叠统卡拉岗组（P1kl），由一套喷发和沉积建造岩系组成，为二叠系断陷盆地沉积。笔者通过对研究区实际样品采集测试成果的综合整理，对该区煤储层的等温吸附性、含气性、孔隙结构、渗透性、地应力参数和储层温度等物性特征进行了归纳、分析和研究，系统的评价了研究区煤层气赋存的地质条件及各项物性参数，为下阶段煤层气勘探提供了依据。

关键词：储层特征；煤层气；哈尔交煤矿

研究区位于吉木乃县哈尔交煤矿以北区域，处于萨吾尔复向斜的南翼，地层倾向为北北东—北东向，总体形态表现为倾向北的单斜构造，地层走向103°～105°，倾向25°～30°，岩层倾角一般在10°～25°。煤层赋存于卡拉岗组第三岩性段—含煤段（P1kl3）地层中，由一套喷发和沉积建造岩系组成[1]。含可采煤层2～5层，平均可采总厚约11.06m，以无烟煤为主，局部有贫煤点。

根据煤层气采样测试成果，5号煤层含气量最高达8.19m3/t，甲烷含量73.6%，研究区煤层气地质条件较好，具有一定的开发前景。

为了本次研究，区内对哈尔交煤矿勘探区及东部详查区进行了系统的采样，并对煤层煤样分别进行了工业分析、煤岩显微组份镜质体反射率测定，和等温吸附试验，以准确测定煤的性质和煤组，了解煤的储集性。对目标煤层进行了试井压裂，对块样进行孔隙度、渗透率测定，以研究煤的孔渗性能。采样及煤质分析煤岩测定结果见表1。

1.煤储层的煤岩特征

镜下显微组分中，煤层有机煤岩组分主要以镜质组分、惰质组分和稳定组分组成。煤岩中的有机组分中惰质体含量很高，少量镜质体，壳质体镜下几乎不可见。

镜质体镜下可见少量的结构镜质体，细胞腔结构不明显，微量的均质镜质体和基质镜质体，油浸反射色灰色—深灰色，形态呈碎片状分布，镜下可用于测定最大反射率的镜质体很少，测定结果仅供参考。惰质体可見大量的丝质体，少量的半丝质体，微量的碎屑惰质体，形态多呈碎片状，碎屑状分布。

研究区内煤岩中的矿物质含量很低，镜下仅见微量的粘土矿物和极个别的硫化物类。

镜质组最大反射率5号煤为2.24%～4.1%；5-1号煤为1.85%～4.06%。各煤层变质阶段大多为Ⅸ阶段，煤化程度分级均为高煤级煤Ⅰ。见表2。

2.煤储层物性特征

本次煤层气勘查研究工作对ZKH1205、ZKH1104、ZKH1103三孔进行了煤层气含气量测试和样品的采集。其中，ZKH1205、ZKH1103孔中所采集的5号、5-1号煤层还进行了孔隙率、坚固性系数、等温吸附、瓦斯放散初速度等指标进行了测试（表3），并对ZKH1103孔参数井进行了气测录井和试井工作。针对以上探井及参数井的成果资料对研究区内煤储层物性特征进行评价。

2.1煤的吸附性

煤层等温吸附线反映了在给定温度下气体吸附量随压力的变化特征[2]。

由表3及插图1—插图4得知：5号煤层兰氏体积为11.2710m3/t～18.8916m3/t，煤层有比较强的吸附能力，对储集煤层气比较有利；兰氏压力为1.0979MPa～1.5940MPa；5-1号煤层兰氏体积为19.9940m3/t，兰氏压力较低，对储集煤层气比较有利，兰氏压力为1.2075MPa。

2.2煤层含气性

区内煤类以贫煤—无烟煤为主，从测试结果看（表4），5号煤层气总含气量为0.13m3/t～0.19m3/t，平均0.15m3/t。5-1号煤层气总含气量为0.13m3/t～1.49m3/t，平均0.81m3/t。其中，仅ZKH1205孔5-1号煤层总含气量最高为1.49m3/t，含气量也低于无烟煤含气量8m3/t下限标准。但在瓦斯样品测试过程中ZKH1001孔5号煤层（中粘煤23号）气含量可达8.19m3/t，达到了煤层气含量下限标准（4.0m3/t）的要求。 ZKH1205孔5号、5-1号煤层含气量解吸见图5、图6。

根据以上钻孔煤层含气量统计成果可知，各煤层以现场解吸气量为主，其次为残余气，损失气最少，说明煤层中烃类气体以吸附气为主，其次为少量游离气。

2.3煤储层的孔隙结构特征

由表5测试结果可知：5号煤层的孔隙率为2.93%～ 3.65%；5-1煤层的孔隙率为3.45%～3.80%（表6-4），按照煤层最小孔隙率为2%～4%之间，井田内各煤层的孔隙率均大于煤层最小孔隙率最小值，所以井田内煤层孔隙率较好，对煤层气具有较好的储存与排采条件。孔径体积占比中，以0.10>过渡孔>0.006um为主，占比36.10%～45.15%，微孔（微孔<0.06um）和大孔（大孔>10um）次之，两者含量相当，0.10um<终孔<10um最少。

2.4煤储层的渗透性

煤层渗透性是描述煤层中流体在压力差作用下，通过有效孔隙流动的能力，常用渗透率来表征。它的好坏直接影响到产气速率和产气历程，其大小取决于煤储层的裂隙、孔隙特征[3]。在注入/压降资料的解释过程中，由于煤层的渗透性不均匀，对压降数据均采用了径向复合模型分析。ZKH1103孔5号+5-1号煤层的渗透率为0.0191mD。属于低渗透率煤储层。

2.5储层压力

煤储层压力指煤储层孔隙内流体承受的压力，一般都是指原始储层压力，即储层被开采前，处于压力平衡状态时测得的储层压力。其一般随煤层埋深的增加而增高，对煤储层压力的研究有重要意义，不仅煤层含气量、气体赋存状态有重要影响，而且也是气体和水从裂隙流向井筒的能量。根据注入/压降发测试成果显示，ZKH1103孔5号+5-1号煤层的储层压力为6.98MPa，储层压力梯度为1.56MPa/100m。5号+5-1号煤层属于超压储层。

2.6煤层地应力参数

根据ZKH1103孔测试成果，5号+5-1号煤层的破裂压力为14.10MPa，破裂压力梯度为3.15MPa/100m；5号+5-1号煤层的闭合压力为13.96MPa，闭合压力梯度为3.12MPa/100m。从破裂梯度、闭合梯度数值分析，5号+5-1号煤层属于高破裂压力、高闭合压力煤层，所有地应力参数在正常范围之内。

2.7储层温度

5号+5-1号煤层储层温度13.36℃，通过对煤层气ZKH1103孔5号+5-1号煤层进行注入/降压测试，获取了5号+5-1号煤层的表皮系数，表皮系数为-1.61℃，调查半径（Ri）为4.50m。

2.8煤储层的坚固性系数及放散初速度

2.8.1煤储层的坚固性系数

根据岩石的坚固性系数，可把岩石坚固性系数分成10个等级，等级越高，岩石越容易破碎。

由表6测试结果可知：5号煤层坚固性系数（f）为1.0～ 2.0；5-1煤层坚固性系数（f）为1.10。各煤层的坚固性系数（f）在1.0～2.0之间，属Ⅶ-Ⅵ级别，软—比较状。

2.8.2煤储层的放散初速度

根据实际测定的煤层最大瓦斯压力P、软分层煤的破坏类型、煤的瓦斯放散初速度Δp和煤的坚固性系数f等指标来鉴定煤层突出（表6）。

根据测试数据，除ZKH1205孔5号煤层的放散初速度为6.9mmHg，煤层放散初速度△P小于10mmHg外，其余的ZKH1205孔5-1煤层及ZKH1103孔5号煤层放散初速度△P均≥10mmHg。因此，研究区内5号、5-1号煤层具有一定的煤层突出的危险性（表6）。

3.结果分析及结论

通过ZKH1205、ZKH1104煤层气探井及ZKH1103参数井采样测试定量分析，煤岩类型单元在整个储层内，无论是在垂向还是侧向，都是以不规则形式分布的。通过分析研究区内5号、5-1号煤层渗透率很差，煤层孔隙裂隙属于基本不发育，以小孔微孔为主，说明煤层导流能力很弱，缺乏供煤层气产出的大型裂隙通道；又因煤层气的地面抽采要進行排水降压，虽然煤层储存压力较高，但是煤层的破裂和闭合压力也相对较高，不利于煤层压裂；同时观察钻井取芯发现煤层顶、底板岩性为含炭沉凝灰岩，煤层接近于顶、底板岩性。尽管煤层气含量普遍较低，只有个别区域达到煤层气资源量估算要求。由于煤层赋存的不均一性，不排除井田因煤层埋深和厚度变化，存在煤层气局部富集的可能性。基于地区经济需求和国家自治区清洁能源发展规划，本区仍需进一步加强煤层气勘查工作。

注释：

①新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第九地质大队. 2017.新疆维吾尔自治区吉木乃县哈尔交煤矿东部详查报告（内部资料）.

参考文献：

[1]柳顺彬，陈立，樊利强主编，新疆维吾尔自治区吉木乃县哈尔交煤矿东部详查. 2017年12月.

[2]张建博，王宏岩，赵庆波主编，中国煤层气地质[M]，北京：地质出版社， 2000.

[3]李小彦，杜新锋，陈鸿春，等；新集矿区煤的孔渗性实验室测定研究[J].煤田地质与勘探， 2001，（6）29： 23～25.