沁水盆地南部煤层气勘探成果与地质分析

沁水盆地南部高阶煤煤层气井压裂效果关键地质因素分析胡秋嘉;李梦溪;乔茂坡;刘春春;刘世奇;樊彬;桑广杰;闫玲【摘要】地质条件是影响煤层气井压裂人工裂缝的关键,弄清其对压裂效果的控制对提高改造工艺适应性至关重要.以压裂裂缝扩展试验为基础,分析了压裂施工曲线形态、裂缝监测数据等资料,总结了人工裂缝扩展规律,探讨了人工裂缝与煤体结构、地应力和力学性质的关系及其对产量的影响,提出了压裂工艺优化方向及改进措施.研究表明:煤体结构影响人工主裂缝长度及其复杂程度,地应力控制裂缝的开启及长度、走向,力学参数主要决定了压裂施工的难易程度;上述关键地质因素的差异性导致常规压裂工艺存在局限性.根据不同地质条件优化工艺技术,实施针对性的改造措施,可以改善增产效果.%Geological conditions are key factors which affect the performance of hydraulic fracturing used in CBM (coalbed methane) straight wells.It is vitally important to figure out the influence of geological conditions on the performance of hydraulic fracturing in order to improve the adaptation of formation stimulation techniques.Based on the propagation experiments of hydraulic fractures,this paper analyzes the construction curve shape and the artificial crack monitoring data with equal correlation data,and summarizes the law of fracture propagation and discusses the relationship between artificial fracture and coalstructure,crustal stress and the mechanical parameters of the CBM straight wells and its effect on gas production.The direction and improvement of fracturing process are put forward.The research shows that the coal structural effect of length and complexity of artificial main crack;the length and direction of the crack opening are controlled by crustal stress;thedegree of difficulty in fracturing construction is mainly determined by mechanical parameters.The differences of these geological conditions mentioned above result in the limitations of normal hydraulic fracturing techniques.Therefore,the formation stimulation techniques should be optimized and special formation stimulation measures should be adopted,according to the differences of these geological conditions,to improve the performance of hydraulic fracturing techniques.These results will have a guiding significance for improving the hydraulic fracturing techniques of coalbed methane wells in Qinshui Basin.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2017(042)006【总页数】11页(P1506-1516)【关键词】高阶煤;压裂效果;煤体结构;地应力;力学参数【作者】胡秋嘉;李梦溪;乔茂坡;刘春春;刘世奇;樊彬;桑广杰;闫玲【作者单位】中石油山西煤层气勘探开发分公司,山西晋城048000;中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州221116;中石油山西煤层气勘探开发分公司,山西晋城048000;中石油山西煤层气勘探开发分公司,山西晋城048000;中石油山西煤层气勘探开发分公司,山西晋城048000;中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州221116;中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏徐州221116;中石油山西煤层气勘探开发分公司,山西晋城048000;中石油长治煤层气勘探开发分公司,山西长治046000;中石油山西煤层气勘探开发分公司,山西晋城048000;中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州221116【正文语种】中文【中图分类】P618.11沁水盆地南部高阶煤储层渗透率较低，直井开发煤层气自然产能低，为了获得较高的产能，必须通过储层改造提高渗透性[1]。

文章编号:1001-1986(2003)03-0030-02沁水煤田南部煤层气构造控气特征研究魏书宏,韩少明　(山西煤田地质综合普查队,山西晋中市　030600)摘要:从构造对煤层、煤层气的生、储、存的控制作用出发,对晋城矿区大宁二号、潘庄一号、二号和樊庄四井田的地质资料进行了分析,研究了构造对煤层气赋存的特征,预测出各井田中间部位为富集带,是开发的首选目标。

关　键　词:煤层气;构造;沁水煤田南部中图分类号:P618.11 文献标识码:A1　引言沁水煤田南部是我国目前煤层气勘探开发最有前景的地区之一。

煤层气是生、储同层承压水封堵的非常规天然气藏。

煤层气的富集成矿决定于生成、储集、封盖、运移、聚集和保存6方面条件动态过程的有利配置。

不难看出,煤层气的控气因素包括了构造控气因素、沉积作用控气因素和水文地质控气因素。

从广义上讲,构造因素对煤层和煤层气的生储、聚集、可采性等起着直接或间接的控制作用,并贯穿于成煤和煤层气生、储、聚前后的全过程,是所有地质因素中最为重要的控气因素。

2　大地构造背景的控气特征沁水煤田地处山西省东南部,位于华北地台中部山西台隆之上,是一个中生代以来形成的巨型向斜含煤盆地。

其北部与五台山块隆相邻,东为太行山块隆,西南有中条山块隆,西部隔太岳山坳缘翘起带及临汾—运城新裂陷与吕梁山块隆相望。

沁水煤田的地台式基底及巨型盆地控煤特征,决定了煤层气生气母质的丰富和气藏基底圈闭的可靠,其大地构造背景有利于煤层气的保存。

3　构造演化的控气特征煤层气成矿过程,与构造演化控制下的煤层埋藏、古地热、生烃历史密切相关。

沁水煤田南部现今的煤层气藏,主要是燕山期的构造演化导致煤的二次生气的结果。

换言之,燕山期岩浆活动对沁水煤田南部煤储层含气性特征有极为重要的影响。

3.1　构造与煤层的埋藏史沁水煤田南部上古生界煤层埋藏史对应于构造演化分4个时期:a .海西期—印支期的沉降深埋时期。

晚三叠世末,以晋城、阳城一带为沉降中心,最大沉降幅度可达4500m 。

沁水煤层气田地质特征1 自然地理环境沁水煤层气田位于沁水盆地南部北纬36°以南，行政区划隶属于省市，包括、高平、沁水、阳城等县市。

区地形为丘陵山地，沟谷发育，切割较深,地面海拔580m～1300m。

较大的河流为沁河，其它有固县河等支流常年有水，大多汇入沁河。

气候为大陆性气候，昼夜温差较大。

2 构造特征里必区地形为山地地形，地表条件复杂，山体陡峭，沟谷切割，基岩出露，地表高差大，海拔高度700-1200m，总体构造形态为一北西倾斜坡带,地层平缓，地层倾角一般2°～7°，平均4°。

断层不发育，断距大于20m 的断层仅在西南部分布，主要有寺头断层以及与之伴生的次一级断层，呈一组北东向—东西向正断层组成的弧形断裂带。

区低缓、平行褶皱普遍发育，呈近南北和北北东向，褶皱的面积和幅度都很小，背斜幅度一般小于50m，延伸长度5km～10km，呈典型的长轴线性褶皱。

3 含煤层简况沁水区块地层由老至新包括下古生界奥陶系中统峰峰组(O2f)、上古生界石炭系中统组(C2b)、上统组(C3t)、二叠系下统组(P1s)、下石盒子组(P1x)、上统上石盒子组(P2s)、石千峰组(P2sh)、中生界三叠系T、新生界第三系(N)、第四系(Q)，其中主要含煤地层石炭系上统组和二叠系下统组，在盆地广泛分布，是本区煤层气勘探主要目的层。

组：为三角洲沉积，一般有三角洲前缘河口砂坝、支流间湾逐渐过渡到三角洲平原相。

地层厚度8m～90m，一般60m左右，岩性为灰、深灰色砂泥岩互层夹煤层。

本组一般含煤2层～4层，自上而下编号为1#～4#，其中3#煤单层厚度大，全区分布稳定，总体具有东北厚西南薄的趋势，为组主要煤层。

沁水地区为3#煤层发育区，厚度3m～8m，局部夹炭质泥岩和泥岩夹矸1～2层。

3#煤层顶板岩性主要为泥岩、粉砂质泥岩，底板主要为粉砂岩和泥岩。

泥岩作为煤层顶、底板封盖层有利于煤层气的保存和集聚。

收稿日期:2007-07-12 作者简介:冀　涛(1967-),男,高级工程师,煤田地质勘探专业毕业,现在太原煤炭气化(集团)公司从事煤矿生产管理与技术工作。

沁水盆地煤层气地质条件评价冀　涛1,杨德义2(11太原煤炭气化(集团)有限责任公司,山西太原　030024;21太原理工大学矿业工程学院,山西太原　030024) 摘　要:沁水盆地煤变质程度高,煤层厚度大,煤层埋深适度,构造简单,从煤层气形成的条件来看,是我国煤层气勘探开发最有利的地区之一。

开发利用沁水盆地的煤层气资源,对于改善中国的能源结构,加快地区经济发展,都具有重要的意义。

关键词:沁水盆地;煤层气;评价 中图分类号:P618111 文献标识码:B 文章编号:1671-0959(2007)10200832041　地质概况沁水盆地位于山西省东南部,含煤面积29500k m 2,煤炭储量5100亿t,为特大型含煤盆地。

自上元古代山西陆台形成,到古生代广泛海侵,本区沉积了前寒武系、寒武系,加里东运动本区隆起,缺失上奥陶统、志留系、泥盆系、下石炭统地层。

华夏系拗陷控制了中上石炭世的沉积,海陆交互相含煤岩系本溪组、太原组平行不整合于中奥陶统之上。

二叠纪阴山构造带隆起,海水退出,转化为过度相的山西组含煤沉积。

煤系平均总厚200m 。

二叠系石盒子组、石千峰组为煤系主要盖层,厚500～1500m 。

造密集发育,主要为大型断裂的两侧或临近地区,岩石力学性质处于中等强度。

10煤主要位于研究区东南部、西南部地区。

岩性以粉砂岩为主,构造属中等发育区,局部小构造密集发育,主要为大型断裂的两侧或临近地区,岩石力学性质处于中等强度。

3)稳定顶板分布区:2煤主要位于研究区的西部,岩性以细砂岩、粉砂岩为主,构造发育中等,岩石力学强度较高。

10煤主要位于研究区的中部、北部,岩性以细砂岩、粉砂岩为主,构造发育中等,岩石力学强度较高。

4)非常稳定顶板分布区:2煤主要位于研究区的西部,从沉积、构造、岩石力学等方面分析,均属于稳定情况。

沁水盆地南部3号煤层含气量主控地质因素分析张谦;黄文辉;郭立夫;胡咤咤;许启鲁;陆小霞【摘要】以沁水盆地南部四个矿区不同深度的3号煤岩样品为研究对象,采用压汞、低温液氮吸附、显微镜和扫描电镜等试验方法对煤样的孔径、裂缝和孔隙连通性、渗透性以及吸附性进行表征,结合研究区的构造特征、储层特征以及水动力特征,研究该地区3号煤层含气量的主控地质因素.研究区处于一个大型复式向斜构造上,3号煤层煤样总比表面积和总比孔容积与煤层埋深呈负向关系.煤岩类型以半亮煤为主,镜质组含量较高,生气能力较强,顶底板密封性较好.盆地接受大气降水,从向斜翼部流向轴部,有效阻止了煤层气的逸散.研究结果表明,该区3号煤层含气量主控地质因素包括:煤岩类型、孔裂隙结构、水动力特征以及顶底板封闭性,煤层气的富集是上述几项地质因素耦合作用的结果.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)013【总页数】7页(P13-19)【关键词】沁水盆地南;3号煤;含气量;地质因素;耦合作用【作者】张谦;黄文辉;郭立夫;胡咤咤;许启鲁;陆小霞【作者单位】中国地质大学能源学院,北京1000831;中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京100083;中国地质大学地质资源勘查国家级实验教学示范中心,北京100083;中国地质大学能源学院,北京1000831;中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京100083;中国地质大学地质资源勘查国家级实验教学示范中心,北京100083;中国地质大学能源学院,北京1000831;中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京100083;中国地质大学地质资源勘查国家级实验教学示范中心,北京100083;中国地质大学能源学院,北京1000831;中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京100083;中国地质大学地质资源勘查国家级实验教学示范中心,北京100083;中国地质大学能源学院,北京1000831;中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京100083;中国地质大学地质资源勘查国家级实验教学示范中心,北京100083;中国地质大学能源学院,北京1000831;中联煤层气有限责任公司,北京100011【正文语种】中文【中图分类】P624.6随着能源利用形式的多元化发展，煤层气的开发和利用受到了人们的广泛关注。

山西沁水盆地煤层气勘探方向和开发建议
通过研究近几年沁水盆地煤层气的资源、地质、储层成果,剖析山西组3号煤层和太原组15号煤层*质差异及其根源,分析煤层气勘探开发生产状况,进一步论述了当前沁水盆地煤层气勘探开发所存在的问题,认为沁水盆地是我国煤层气勘探开发投入工程量最多、研究程度最高、产量最大的盆地.提出沁水盆地已经具备作为整装特大型天然气田开发的条件,应该集中力量加快3号煤层煤层气勘探力度,积极研发15号煤层煤层气开发技术,争取到"十二五"末,煤层气探明储量达到8000亿m3,建成年产量50亿m3煤层气生产基地.
彭小妹,PengXiaomei(中联煤层气有限责任公司)
张小朋,ZhangXiaopeng(中原油田井下特种作业处)。

沁水煤层气田地质特征1 自然地理环境沁水煤层气田位于沁水盆地南部北纬36°以南，行政区划隶属于省市，包括、高平、沁水、阳城等县市。

区地形为丘陵山地，沟谷发育，切割较深,地面海拔580m～1300m。

较大的河流为沁河，其它有固县河等支流常年有水，大多汇入沁河。

气候为大陆性气候，昼夜温差较大。

2 构造特征里必区地形为山地地形，地表条件复杂，山体陡峭，沟谷切割，基岩出露，地表高差大，海拔高度700-1200m，总体构造形态为一北西倾斜坡带,地层平缓，地层倾角一般2°～7°，平均4°。

断层不发育，断距大于20m的断层仅在西南部分布，主要有寺头断层以及与之伴生的次一级断层，呈一组北东向—东西向正断层组成的弧形断裂带。

区低缓、平行褶皱普遍发育，呈近南北和北北东向，褶皱的面积和幅度都很小，背斜幅度一般小于50m，延伸长度5km～10km，呈典型的长轴线性褶皱。

3 含煤层简况沁水区块地层由老至新包括下古生界奥系中统峰峰组(O2f)、上古生界石炭系中统组(C2b)、上统组(C3t)、二叠系下统组(P1s)、下石盒子组(P1x)、上统上石盒子组(P2s)、石千峰组(P2sh)、中生界三叠系T、新生界第三系(N)、第四系(Q)，其中主要含煤地层石炭系上统组和二叠系下统组，在盆地广泛分布，是本区煤层气勘探主要目的层。

组：为三角洲沉积，一般有三角洲前缘河口砂坝、支流间湾逐渐过渡到三角洲平原相。

地层厚度8m～90m，一般60m左右，岩性为灰、深灰色砂泥岩互层夹煤层。

本组一般含煤2层～4层，自上而下编号为1#～4#，其中3#煤单层厚度大，全区分布稳定，总体具有东北厚西南薄的趋势，为组主要煤层。

沁水地区为3#煤层发育区，厚度3m～8m，局部夹炭质泥岩和泥岩夹矸1～2层。

3#煤层顶板岩性主要为泥岩、粉砂质泥岩，底板主要为粉砂岩和泥岩。

泥岩作为煤层顶、底板封盖层有利于煤层气的保存和集聚。

该组底部的K7砂岩，为本组底部的分界标志层，厚度最大可达10m，一般5m左右，以灰、灰白色中—细粒长石石英砂岩及石英砂岩为主，局部可相变为粉砂岩。

沁水盆地南部煤层气井生产动态分析作者：杨宗然唐弘程鄢雨王军王彬来源：《探索科学》2015年第11期摘要：煤层气开采关键因素是排采制度的确定，通过对沁水盆地南部某区块16口井产气量、产水量与生产层位关系的分析，得出以下结论：过长或过短的单相水排采时间不利于气井形成高产；总体上15#煤层的开采效果好于3#煤层，3#煤层产量保持在2000m3左右，而15#煤层产水量较高，产气量无法保持稳定；W3所在区域适合合层开采，W2所在区域适合分层开采；由于压降漏斗的叠加，井组生产效果好于单井，但15#煤层井组开采效果更明显。

分析结果与实际生产符合，可为现场生产提供指导。

关键字：沁水盆地南部；煤层气井；生产动态；合层开采；分层开采中图分类号：TE310 文献标志码：A沁水盆地南部是我国煤层气利用最为成功的地区，以高变质较弱构造变形为特征[1]。

沁水盆地南部受构造作用影响，整体呈现一条走向北北东、倾向北西西的单斜构造，总体地质构造简单。

区块内发育一条封闭性断层，其导水和导气能力极差，主要煤层是二叠系下统山西组3#煤层和石炭系上统太原组15#煤层，属于结构较简单的稳定煤层，为特低全水分、低灰分、特低挥发分无烟煤。

储层欠饱和，两套煤层中间存在80m的大隔夹层，且两套煤层上部发育含水层，对开发方式有明显影响。

该区域的煤层气井排水采气基本采用定压排采制度，平均单井产量在2000m3/d，开发效果良好；但仍有部分井产气效果不理想，出现长期产水或产气量较低的情况[2-3]。

本文通过对比产气量、产水量与生产层位的关系，对煤层气井生产动态进行分析，建立合理的排采制度，以指导排采生产，实现高产井稳产、低产井提高产量。

1 煤层气井基本情况1.1 煤层气井排采过程由于煤层气以吸附气为主，所以煤层气井的生产是一个解吸、扩散和渗流的连续过程。

在排采过程中存在三个生产阶段[4]（见图1）：a阶段为排水降压阶段，此时气井大量排水，煤储层压力下降，当压力下降到临界解吸压力以下时，开始产出气体，包括少量溶解气和游离气；b阶段为稳定产量阶段，产量逐渐上升并趋于稳定，出现产气量峰值，产水继续下降；c 阶段为产量递减阶段，尽管地层压力仍在降低，煤基质中解吸的气体却越来越少，产气量和产水量均在下降。

沁水盆地煤层气赋存区域地质背景2.1 沁水盆地地质概况沁水盆地位于山西省东南部（见图1），盆地总面积436.8km2，煤炭资源量29.16万t，具有形成煤层气的丰富物质基础。

沁水盆地是我国重要的含煤盆地之一，且据《中国煤层气资源》预测：其煤层气资源量达3.28×1012m3占全国煤层气总资源量的10%左右，是我国煤层气资源勘探的重点区域[9]。

图1 沁水盆地区域构造背景图盆地现今构造面貌为一近南北向的大型复式向斜，次级褶曲发育。

南部和北部以近南北向褶曲为主，局部为近东西、北东和弧形走向的褶皱；中部则以北北东向褶皱发育为特点。

断裂以北东、北北东和北东东向高角度正断层为主，集中分布于盆地西北部、西南部及东南部边缘。

盆地地层属华北地层区划缺失志留纪、泥盆纪和下石炭世地层。

沁水盆地自下而上钻遇的主要地层有峰峰组(O2f)、本溪组(C2b)、太原组(C3t)、山西组(P1s)、下石盒子组(P1x)、上石河子组(P2s)、石千峰组(P2 sh)和第四系(Q)等，其中山西组和太原组为主要含煤层系，3#和15#煤层为煤层气勘探的主要目的层，3#煤层为局部勘探目的层。

根据盆地内的构造发育特征、煤层埋藏深度、煤阶分布、煤层气含量变化等特沁水盆地煤层气赋存区域地质背景点，将盆地内石炭——二叠系含煤地层的煤层气富集单元划分为沁南富气区、东翼斜坡带富气区、西翼斜坡带富气区、西山富气区和高平——晋城富气区[10]。

沁南富气区总含气面积3630km2，分为樊庄、潘庄、郑庄三个区块[11][12]。

研究区沁水盆地南部煤层气田位于沁水复向斜南部晋城地区，东临太行山隆起，西临霍山凸起，南为中条山隆起，北部以北纬30°线为界连接沁水盆地腹部，面积约3260km2，包括樊庄区块，潘庄区块，郑庄区块等(图2)。

据已经取得工业产能的煤层气井资料，计算高产富集区内探明含气面积346km2，地质储量754×108km3[13]。