贵州省三大煤田煤层气地质及开发潜力对比分析

2019-10-10陶斤金汪凌霞黄纪勇

天然气技术与经济 2019年4期

陶斤金汪凌霞黄纪勇

（1.贵州省煤层气页岩气工程技术研究中心，贵州贵阳 550008；2.贵州省煤田地质局，贵州贵阳 550008；3.贵州天然气能源投资股份有限公司，贵州贵阳 550081）

0 引言

根据《贵州省煤层气资源潜力预测与评价》（2012）［1］，贵州省上二叠统可采煤层的煤层气推测资源量为3.05×1012m3。贵州省煤层气资源主要集中在六盘水煤田、织纳煤田和黔北煤田，三者资源量之和为2.83×1012m3，占全省煤层气地质资源总量的92.57%。笔者选取六盘水、织纳和黔北煤田为研究对象，基于煤层气开发地质条件、资源状况及开发现状，分析评价三大煤田的煤层气资源开发潜力，以期为贵州省煤层气勘探开发选区提供依据。

1 六盘水煤田

六盘水煤田是贵州省煤炭资源最为富集的煤田，包括盘县、六枝、水城3个矿区，煤炭资源勘探程度高，煤炭资源量达974.05×108t，占全省煤炭资源量的37.6%。

1）煤田构造特征。该煤田构造上位于二级构造单元上扬子陆块西部黔南坳陷六盘水断陷中—北部，总体上以隔槽／隔挡式褶曲为主，主要包括盘关向斜、土城向斜、格目底向斜、大河边向斜、郎岱向斜、六枝向斜等6个构造单元，具有向斜控气的特征。断层性质多样，煤层结构破坏强烈［2］。

2）煤系地层及煤层特征。该煤田的含煤地层为上二叠统长兴组和龙潭组，煤系地层厚度为220～513 m，含煤层数一般为20～50层，煤层总厚一般为10～40 m，可采煤层1～26层，可采厚度累计达15～40 m（表1）。具有煤层层数多、累计厚度大，单层厚度薄，层间距小而不均等特点［3-4］。

表1 六盘水煤田各构造单元上二叠统煤层特征表

3）煤储层特征。该煤田整体以肥煤—瘦煤和无烟煤为主，煤层变质程度中等—高，以碎裂结构煤为主，裂隙较为发育，具有煤层气开发的良好物性条件。煤层试井渗透率在0.000 4～0.480 0 mD范围内变化，多低于0.02 mD，平均值为0.074 1 mD，属于特低渗透率煤层。青山向斜马依勘探区煤储层压力梯度和压力系数平均值分别为1.08 MPa／100 m和1.10，为正常压力状态。金竹坪勘探区煤储层压力梯度和压力系数平均值分别为1.19 MPa／100 m 和1.22，为超压状态。六盘水煤田储层压力为正常—异常高压状态（图1），较有利于煤层气开采［5］。

4）煤层气资源量及可采潜力。该煤田的煤层气资源量为13 895.26×108m3，占全省地质总资源量的45.47%，位居全省之首。平均资源丰度为2.26×108m3／km2，居全国烟煤—无烟煤煤田前列。可采资源量为6 560.79×108m3，占全省可采资源总量的45.57%。

图1 六盘水煤田、织纳煤田煤储层压力梯度分布图

5）勘探开发工程实践。盘县矿区是贵州省最早开展煤层气勘查的区域，也是目前煤层气探矿权的集中地，煤层气勘查程度较高，先后有多家单位在该矿区进行过煤层气勘探，主要采用压裂方式进行储层改造，采取排水降压的方式进行试气，其中投入工程最多的属青山—保田区块和盘北基地。青山—保田区块自2006年启动煤层气勘探试验项目至今，先后开展了不同程度的开发试验，共对8口参数井、29 口排采试验井进行施工，其中实现了两次高难度水平井对接。盘北基地自2013 年至今累计对11口参数井进行施工，排采试验井组9口，单井日产气量最高达2 800 m3，稳产在1 000 m3以上，且排采时间长，获取了较多储层参数以及工程试验经验，建成松河矿煤层气地面抽采省级示范工程［6］。此外，2016 年在水城矿区杨梅树向斜施工一口煤层气参数井——杨煤参1 井，获得高产稳定工业气流，连续90 d稳产在3 600 m3／d以上，最高日产气量达4 656 m3，创下西南地区煤层气直井单井日产气量新高和稳产日产气量新高。

2 织纳煤田

织纳煤田是贵州省第二大煤田，煤炭资源量为525.97×108t，约占全省资源量的20.3%，煤炭资源勘探程度高。

1）煤田构造特征。该煤田位于贵州省中西部，构造上位于扬子陆块黔北隆起黔北断拱的西南部，六盘水断陷及黔南断陷外边缘总体上以短轴式褶曲为主，构造相对简单，主要包括比德—三塘向斜、阿弓向斜、珠藏向斜以及官寨向斜，同样具有向斜控气的特征。煤层结构一般保存完好。

2）煤系地层及煤层特征。主要含煤地层龙潭组厚度为242～375 m，含煤19～46 层，含煤总厚度为13.33～54.68 m，可采煤层1～12 层，可采煤层总厚1.97～21.67 m（图2），金龙向斜、比德—三塘向斜、珠藏向斜一带为富煤中心，可采煤层总厚在5.00 m以上（表2）。

3）煤储层特征。该煤田整体以无烟煤为主，煤层变质程度较高。煤体结构相对完整，除6号煤为构造煤外，其余均为原生结构煤，较有利于煤层气渗流。煤层试井渗透率在0.10～0.50 mD，多在0.30 mD以上，平均值为0.279 7 mD，为中渗透率煤层，渗透率高于六盘水煤田，适合煤层气地面开发。比德向斜化乐勘探区煤储层压力梯度和压力系数平均值分别为8.8 kPa／m和0.89，为欠压状态，织纳煤田煤储层压力普遍表现为正常—欠压状态（图1）［7-8］。

4）煤层气资源量及可采潜力。该煤田煤层气资源量为7 002.80×108m3，约占全省地质总资源量的20%，平均资源丰度为1.41×108m3／km2，略高于全国平均水平。可采资源量为4 415.43×108m3，约占全省的33.33%，可采资源平均丰度为0.89×108m3／km2，低于六盘水煤田。

5）勘探开发工程实践。该煤田自2011年陆续开展了煤层气地面勘查工作，在阿弓向斜的肥田煤矿等部署各类参数井、试验井、水平井20 余口，主要采用压裂方式进行储层改造，采取排水降压的方式进行试气，单井日产气量为1 100～5 800 m3。毕节、织金比德—三塘向斜等地自2015年开始进行煤层气地面开发，部分井日产气量可超过1 000 m3。此外，2016年在织金阿弓向斜文家坝煤矿实施的2口煤层气实验井，单井日产气量为2 000～3 000 m3。

3 黔北煤田

黔北煤田是贵州省第三大煤田，煤炭资源量为748.45×108t，约占全省资源总量的28.9%。

1）煤田构造特征。该煤田构造上大部分位于扬子陆块黔北隆起的黔北断拱，北西部习水、赤水一带属于川南盆缘凹陷，主要包括金盆向斜、黔西向斜、长岗向斜、大方背斜、桑木场背斜等5个含煤区。

2）煤系地层及煤层特征。主要含煤地层龙潭组地层厚度为136～255 m，含煤层数6～55层，煤层总厚3.0～28.0 m（表3），其中龙潭组可采1～9 层，可采累计厚度为0～10.7 m［9］。

3）煤储层特征。该煤田各煤层煤化程度较高，以无烟煤为主，有少量贫煤和瘦煤，以原生结构煤为主，较适合煤层气抽采。长岗向斜煤的孔隙度为4.8%～5.7%，平均值为5.2%，为典型的低孔隙度储层。长岗向斜煤层试井渗透率为0.01～0.23 mD，平均值为0.076 mD，为低渗透率煤层，不利于煤层气解吸后渗流。长岗向斜压力梯度和压力系数分别为0.55～0.57 MPa／100 m和0.56～0.69，为欠压储层［10］。

4）煤层气资源量及可采潜力。该煤田煤层气资源量为7 392.15×108m3，约占全省地质总资源量的25%，平均资源丰度为0.66×108m3／km2，明显低于全国平均水平。可采资源量为2 075.72×108m3，占全省的15.05%。

图2 织纳煤田某构造单元煤系地层柱状图

5）勘探开发工程实践。该煤田煤层气勘查程度较低，开展的煤层气勘查工作较少，对金沙地区林华煤矿2口参数井和3口排采试验井进行施工，因各煤层临界解吸压力低而勘探效果不佳。2014 年以来在长岗向斜先后实施的2口煤层气探井，主要采用压裂方式进行储层改造，采取排水降压方式进行试气，单井日产气量为300～1 000 m3。目前中国地质调查局油气资源调查中心正在开展黔北“煤系三气”兼探合采试验，应再加强对该区煤层气的勘查程度，同时兼顾煤系页岩气、砂岩气等的研究。

4 煤层气开发潜力对比分析

4.1 物质基础

煤层既是煤层气的源岩又是储集层，巨大的煤炭储量是煤层气聚集成藏的基础条件。在分析贵州省三大煤田煤炭及煤层气资源量、煤层发育特征、煤层含气性的基础上，利用对比分析法评价三大煤田的煤层气开发潜力，结果见表4。从表4 可知，六盘水煤田煤炭资源量最大，黔北煤田次之，织纳煤田最小。一般情况下，煤炭资源量和煤层气资源量呈正相关关系，煤层气资源量由大到小分别为六盘水煤田、黔北煤田、织纳煤田。由于各个盆地面积不同，煤炭和煤层气资源量并不能明显地反映煤田的聚煤聚气特征，而含煤密度和煤层气资源丰度相对更具有说服力，高丰度煤层气聚集区是煤层气资源开发的有利地区，在煤层气大规模商业开发中可以节约开发成本。六盘水煤田含煤密度和煤层气资源丰度远大于其他两个煤田，织纳煤田次之，黔北煤田第三。

表2 织纳煤田各构造单元上二叠统煤层特征表

表3 黔北煤田各构造单元上二叠统煤层特征表

各煤田沉积背景不同，煤层层数和厚度差异很大。六盘水煤田煤层层数多、总厚度大但单层厚度小、煤层间距小但变化大、煤层不稳定；织纳煤田煤层层数较多，煤层主要为中—薄层、埋深适中；黔北煤田煤层层数较多，煤层多为薄煤层，少数为中—厚层，以中等结构为主。

4.2 生气条件

一般来讲，煤阶与煤层生气量呈正相关关系，煤阶越高煤层生气量越大。六盘水煤田以中煤阶肥煤、焦煤和瘦煤为主，织纳煤田以高煤阶贫煤和无烟煤为主，黔北煤田以无烟煤为主［11-12］。

煤岩学特征可反映煤层的生气储气能力。壳质组生气能力最好，镜质组次之，惰质组最差，而镜质组和惰质组的吸附能力大于壳质组，煤层气含气量与煤的镜煤最大反射率成正比关系。六盘水煤田以半暗型煤、半亮—半暗型煤为主，显微煤岩组分以镜质组为主，镜质组含量为36.45%～98.70%，平均值为70.23%；半镜质组含量为2.00%～28.58%，平均值为11.97%；惰质组含量为2.91%～30.58%，平均值为13.49%；壳质组含量为0～30.85%，平均值为10.46%。具有较强的生气和储气能力。织纳煤田以半亮型煤和半暗—半亮型煤为主，显微煤岩组分以镜质组为主，镜质组含量为60.59%～97.35%，平均值为79.77%；惰质组含量为6.7%～25.8%，平均值为16.62%；镜煤最大反射率为1.78%～3.25%，平均值为2.86%，有很强的生气和储气能力。黔北煤田以半暗型煤为主、半亮型煤次之，显微煤岩组分以镜质组为主，含量在52.90%～95.30%，平均值为82.01%；惰质组含量在1.79%～37.13%，平均值为13.71%。