控制沁水盆地南部煤层气井的地质因素

控制沁水盆地南部煤层气井的地质因素 桑树勋1, 刘惠胡1, 李仰民2,李梦溪2, 李林1 ( 1. 中国矿业大学资源与地球科学学院煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室, 江苏徐州 221116;2. 中国石油华北油田煤层气勘探开发分公司, 山西晋城 048000)

Abstract Southern Qinshui basin is the only area where coal-bed methane (CBM) in anthracitic reservoir is developed in large scale,making the research on development geology an urgent task. The results of tracking geological research on developing engineering of coal-bed methane show that 1) geological structure, tectonic stress field, and coal reservoir pressure control regional changes in productivity; 2) high productivity wells in research area distribute in the secondary anticline core synclinorium while low productivity wells mainly distribute in secondary anticline core of anticlinorium or normal fault zone; 3)primary reservoir pressure has a remarkable effect on coal-bed methane well production; and 4) tectonic stress fields determine development of folds and closure of fractures and control gas content and permeability of coal. The coal reservoir structure is the basic factor affecting productivity of coal-bed methane wells while gas content and permeability are direct geological factors controlling coalbed methane well production. In addition, factors of desorption, diffusion, and seepage network related to reservoir structure determine the development difficulty. Keywords: geological control; gas production; coal-bed methane well; Qinshui basin 1前言 沁水盆地南部煤层气(CBM)的开发是一个全国性的示范项目也是煤层气开发的基础。本文研究的区块是一个早期的沁水盆地南部区块。自2006年8月油井的投入操作以来，天然气的平均单井产量是基本上稳定在1000立方米/ d,一些气井已经在稳定的生产阶段。煤层气井可以分为4类型基于煤层气矿井的生产能力,他们是低产井,高产井,上升和下降的类型井。这四个类型分别代表煤层气生产的稳定,产量低、高生产、产量不断增加,减少阶段(图1)。从图1可以看到, 在区域和cross-wells煤层气矿井生产能力有明显差异。近年来许多中国研究人员研究了煤层气矿井的生产能力 [1]。研究人员分析了主要影响因素包括渗透率、孔隙度、吸附等生产单井。目前大多数研究人员在研究沁水盆地对单井的生产能力主要影响因素。然而,煤层气开发是一个整体; 有在相邻煤层气井的多井干扰效应。同时,煤层气的生产能力是一个地质控制、工程控制(如钻井、完井、压裂),排水管理综合结果。地质控制是一个关键因素,它控制煤层气井的生产能力。因此, 整个上，这项研究在控制因素影响煤层气井的生产能力是必要的。本文讨论了沁水盆地南部地质控制因素对煤层气井的生产能力。

rising type上升类型 stable type 1稳定的1型 decline type下降类型 table type 2稳定的2型 图1煤层气井的生产特点和不同的生产能力(稳定的1型意味着煤层气井已经高生产能力,稳定的2型意味着煤层气井已经低生产率)

2地质控制区域变化的生产率的煤层气井 煤层气井生产的地区性变化是地质结构和构造应力场研究的领域。结构类型主要是一系列广泛而温和的褶皱与北北东和近南北方向。分析了煤层气井结构与生产能力之间的关系(图2),我们就可以看到强,中生产能力主要分布在有利的构造位置,如一级向斜核心,最大的复背斜核心,结构结合处。低产井和排放正好分布在不利的构造位置主要,例如,他们正好位于背斜轴或复背斜轴的最大背斜轴, 该断裂带或开放的正常断层附近。应力分析表明强井正好位于复背斜所在最大背斜轴部，如图3所示在中立的最大压力流,很明显存在粉碎，但是有拉应力对中性的流动子背斜挤压破碎引起的压力在中立的流动，有利于最大化保护煤层气、张应力对中性流的子背斜没有3煤层开发断裂,提高煤储层渗透率,因此,煤层气井位于这些构造位置通常是强井。有两个二级向斜，背斜两边的子背斜,CBM在迁移过程中液压力密封,许多子背斜顶端断裂发育, 复背斜的子背斜位置不利于煤层气的保存,所以煤层气生产能力是最低的。这些类型的故障发展研究领域是正常的断层,他们是扩展断层根据应力,并提供渠道迁移的煤层气耗散,他们不利于煤层气的保存,因此,煤层气井坐落在这些构造位置通常是弱井。构造应力场是渗透率的一个重要影响因素。 [8 ~ 10]相应的研究表明,在研究地区,煤炭自古生代时期形成曾经存在4构造期次的构造应力场。在印加时代近南北挤压创造了许多近东西向褶皱与和两组早期剪切节理。西北和东南挤压构造应力场在燕山早期时代广泛从喜马拉雅期[11]退出。这个构造挤压作用使沁水盆地作为一个整体形成一个东北向斜,一系列北北东褶皱和节理与西北和东西向的趋势。朝鲜-东褶皱构造挤压作用下，形成覆盖西北褶皱燕山中形成的时代和早先喜马拉雅山时代。新构造运动的从全新世期间东北部和西南部产生了接近水平挤压构造应力场,形成小的西北褶皱。西北节理可能在挤压状态,和节理的断裂开始关闭,煤炭储层渗透率变得更差,但近东北节理可能张开,它们有利于渗流。因此,构造应力场控制煤层气富集由模式的褶皱,在同一时间, 通过节理和断裂张开和关闭控制渗透率。与瓦斯含量相关的原始煤储层压力,直接影响煤层气的解吸率。实际上，高初始储层压力强的煤层气井刚好位于有较高瓦斯含量及饱和度的地区。储层压力场空间分布和在卸压和采矿中的变化决定着研究区煤层气井的解吸率和生产特点。 煤层沁水的盆地有高压和低压储层[12]，煤储层压力变化很大, 但盆地煤储层变化范围在2 ~ 10 MPa[7]。煤储层压力通常都很低(表1)。在沁水

图2。关系的结构和生产能力 表1现今沁水盆地储层压力的统计数据 区域 储藏压力(MPa) 储藏压力梯度(kPa•m-1) 最小值 最大值 平均值 最小值 最大值 平均值 沁水盆地南部 5.1 10.6 7.34 9.35 10.8 9.61

最初的柱高度的计算是基于最初的深度流体和高度井口和煤层的顶部，为了描述煤层气井生产能力和原始煤储层压力之间的关系，最初的柱高与天然气生产量之间的关系如图4所示。

图3，最高产量和高度的柱顶峰的天然气生产密切相关的煤储层压力之间的关系如图3所示,煤层压力越高,天然气生产的峰值越高。类似的情况下，埋藏史,储层压力决定瓦斯含量及气体饱和煤层气藏。煤储层压力越高表明,煤储层含气性好,同时,表明煤储层有更多能量驱动水和天然气从煤层到矿轴中。因此,大多数煤层储量大的煤层气井产量高。

3地质控制因素对相邻的煤层气矿井生产能力的变化的影响 高介煤储藏结构相关的相邻的煤层气井产量的变化, 相邻的煤层气井产量差异在与非均匀性的孔隙、煤储层夹层和裂隙。研究表明, 缺乏空隙和动力断裂煤的储层，要研究外源性断裂显然是限于古构造应力场、夹板的密度在高阶煤低于中等等级煤炭,充满了方解石的夹层,不适于煤储层的渗透性。煤岩发达的微观断裂、收缩裂缝、静态断裂和结构性断裂常见的煤岩(图5),微观断裂的密度远远高于它在夹层,微断裂并不仅仅限于煤显微组分并且充满了矿物成分。超显微裂缝发育煤中，并且由于分子定向重组所造成的高阶煤热演化程度、煤储层渗透性有很大改善。很明显,缺乏孔使时间(CBM从的微孔向大孔隙渗漏,然后或主要研究外源性迁移直接断裂或裂隙)太长。在动力破碎中，压力下降的传播和速度很快，其次是是微观断裂和大孔隙、微孔最低。结果,煤层气井的压力的位置很好地开发的动力断裂第一次下降, 在一个相对较短的时间，生产率上升到一个更高数值，。例如,煤层气井位于复背斜的最大的子背斜也常如此(图2)。

与中低等级的等级煤相比、煤层气井的生产能力在块煤炭脉石和断裂破碎带具有良好的连接性; 在高阶煤中后者明显高于前者。这是因为主要研究外源性断裂的发展程度和试井渗透率的差异。同时,主要研究外源性断裂是主要的贡献者试井渗透率、发展程度的动力断裂低、煤储层的连通性差,从而降低煤储层的渗透性和低煤层气井的生产能力。

4控制煤层气井生产能力的地质机制