沁水盆地南部高煤階煤層氣評價工作及其成效——以鄭莊-樊莊區(qū)塊為例

摘 要

摘要：為指導(dǎo)煤層氣的有效評價和高效開發(fā)，以中國第一個整裝、高豐度、高煤階大型煤層氣田——山西沁水盆地南部煤層氣田鄭莊 樊莊區(qū)塊為例，系統(tǒng)總結(jié)了該區(qū)煤層氣田評
摘要：為指導(dǎo)煤層氣的有效評價和高效開發(fā)，以中國第一個整裝、高豐度、高煤階大型煤層氣田——山西沁水盆地南部煤層氣田鄭莊 樊莊區(qū)塊為例，系統(tǒng)總結(jié)了該區(qū)煤層氣田評價工作的重點(diǎn)、經(jīng)驗(yàn)與成效?？碧介_發(fā)實(shí)踐中形成的“少數(shù)資料井鉆探→井組試采→提交探明儲量→先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)→規(guī)模開發(fā)”工作程序，各環(huán)節(jié)互相補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了資源的有效評價和開發(fā)；通過對煤儲層資源參數(shù)、地質(zhì)參數(shù)、物性參數(shù)的評價和分類，形成了一套適合該地區(qū)的煤儲層評價技術(shù)體系，并劃分出3個Ⅰ類建產(chǎn)區(qū)、4個Ⅱ類建產(chǎn)區(qū)、4個Ⅲ類建產(chǎn)區(qū)；評價成果為煤層氣合理開發(fā)、技術(shù)、政策的制訂和開發(fā)部署方案的調(diào)整提供了重要依據(jù)；認(rèn)識到埋深大于1000m的區(qū)域不是開采禁區(qū)，仍具有較好的產(chǎn)氣能力，甚至可以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：沁水盆地南部；高階煤；煤層氣；評價；工作程序；頂?shù)装澹粌訁?shù)；成效與認(rèn)識
1 煤層氣評價工作重點(diǎn)及其經(jīng)驗(yàn)與成效
    為指導(dǎo)煤層氣的有效評價和高效開發(fā)，以沁水盆地南部煤層氣田鄭莊-樊莊區(qū)塊為例，系統(tǒng)總結(jié)了該區(qū)煤層氣評價工作的重點(diǎn)、經(jīng)驗(yàn)與成效[1～4]。
1.1 工作重點(diǎn)
    1) 重視早期普查和勘探研究工作，優(yōu)選有利區(qū)帶進(jìn)行深入的地質(zhì)研究和評價井的部署鉆探。該階段我們積累一些經(jīng)驗(yàn)，充分利用地震等勘探技術(shù)手段，進(jìn)一步落實(shí)構(gòu)造和儲層特征，對于水平井部署區(qū)域，更要開展三維地震勘探，來提高對煤層的精細(xì)認(rèn)識。
    2) 加強(qiáng)對產(chǎn)能的評價，提交優(yōu)質(zhì)可動用資源。除開展單井點(diǎn)煤層氣井排采效果分析以外，更重視對煤層氣井組排采效果的分析，以提高對產(chǎn)能的認(rèn)識。如晉試1井組的鉆探、排采效果研究，為上交探明儲量提供了充分依據(jù)。
    3) 重視對開發(fā)可行性的評價。在資源評價的基礎(chǔ)上，重視今后規(guī)模投入開發(fā)的可行性研究，提高產(chǎn)能建設(shè)的到位率。
    4) 通過總結(jié)已開發(fā)區(qū)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，優(yōu)化評價程序，以指導(dǎo)下一步評價工作。目前基本形成“少數(shù)資料井鉆探→井組試采→提交探明儲量→先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)→規(guī)模開發(fā)”這樣一個程序，各環(huán)節(jié)互相補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)資源的有效評價和開發(fā)。
1.2 經(jīng)驗(yàn)與成效
1.2.1探明千億立方米整裝、高豐度大型煤層氣田，為開發(fā)建設(shè)提供了資源基礎(chǔ)
    截至2010年底，鄭莊-樊莊已累計探明煤層氣儲量超過千億立方米，為沁水盆地第一個探明千億立方米整裝、高豐度(資源豐度達(dá)1.58×108m3/km2)煤層氣田，也為煤層氣的開發(fā)建設(shè)提供了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。
1.2.2深化煤儲層評價技術(shù)體系，優(yōu)選建產(chǎn)目標(biāo)區(qū)域
    通過對煤儲層資源參數(shù)、地質(zhì)參數(shù)、儲層物性參數(shù)進(jìn)行評價和分類(表1)，形成一套適合該區(qū)的煤儲層評價技術(shù)體系，并掌握了區(qū)內(nèi)含氣量分布特征(一般介于15～25m3/t，平均為20.2m3/t，66%的井含氣量大于20m3/t)，劃分出3個Ⅰ類建產(chǎn)區(qū)、4個Ⅱ類建產(chǎn)區(qū)、4個Ⅲ類建產(chǎn)區(qū)，為產(chǎn)能建設(shè)提供了有利區(qū)塊。

    Ⅰ、Ⅱ類為優(yōu)質(zhì)可動用資源區(qū)塊，主要分布在東大井區(qū)中部和里必井區(qū)(圖1)，作為2011—2012年產(chǎn)能建設(shè)的主力區(qū)塊。
 

1.2.3不斷深化認(rèn)識，優(yōu)化調(diào)整部署，為產(chǎn)能建設(shè)井位部署打下堅實(shí)基礎(chǔ)
在揭示沁水盆地南部煤層氣田煤層氣高產(chǎn)富集規(guī)律的基礎(chǔ)上，建立開發(fā)單元，指導(dǎo)有利區(qū)塊優(yōu)選和井位標(biāo)定。
    2008年編制了鄭莊區(qū)塊9×108m3產(chǎn)能建設(shè)方案，原則上以水平井為主、直井為輔，部署區(qū)域在埋深800m以淺、含氣量大于15m3/t。共部署水平井146口、直井116口。
    2010年9月，根據(jù)二維地震及新鉆評價井資料，對鄭莊區(qū)塊重新進(jìn)行了構(gòu)造解釋，構(gòu)造較前期認(rèn)識更加復(fù)雜；且由于埋藏深，鉆水平井的難度更大，同時根據(jù)樊莊水平井的實(shí)施狀況，對方案進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，由原來以水平井為主，直井為輔，調(diào)整為水平井和直井并重，且增加一定數(shù)量的叢式井，共建產(chǎn)能9.1×108m3。
2 勘探開發(fā)研究成果及認(rèn)識
2.1 斷塊內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，小斷層和“陷落柱”發(fā)育
區(qū)塊構(gòu)造較復(fù)雜，小斷層發(fā)育，“陷落柱”較多。主要發(fā)育NE向正斷層，另有部分NNE或NEE向展布的正斷層。大部分?jǐn)鄬訑嗑噍^小，一般小于60m；斷層延伸長度多數(shù)比較短，介于3～7km。斷層傾角介于50°～60°，產(chǎn)狀較陡。已解釋出褶皺構(gòu)造超過30個，以北東和南北向?yàn)橹?，解釋斷?50條，疑似“陷落柱”29個，為產(chǎn)能建設(shè)特別是水平井部署提供了有力的支撐。
    樊莊區(qū)塊地震資料較少，勘探初期認(rèn)為，鄭莊-樊莊區(qū)塊整體地層寬闊平緩，區(qū)內(nèi)斷層稀少，屬構(gòu)造相對簡單的斜坡帶。近年來根據(jù)實(shí)鉆和二維、三維地震資料分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)構(gòu)造較復(fù)雜，小斷層和“陷落柱”比較發(fā)育，與以前的認(rèn)識差異較大。由于小斷層和“陷落柱”發(fā)育，對水平井鉆探不利。
    從樊莊區(qū)塊排采來看，煤層產(chǎn)氣量和斷層及“陷落柱”有很大關(guān)系，斷層和“陷落柱”附近煤巖破碎，乃至缺失，易造成煤層氣逸散，如華固24-2井鉆遇“陷落柱”，3#煤層缺失。
    鄭試35井鄭試43井所在區(qū)域(圖2)靠近寺頭斷層，區(qū)域內(nèi)NNE向小斷層發(fā)育，而鄭試35井和鄭試43井均處于斷層附近，距離斷層小于100m3。斷層切割煤層會破壞頂?shù)装宓姆獯嫘阅埽铀倜簩託獾慕馕?、逸散，且部分?jǐn)鄬涌赡軠贤簝痈浇畬?，?dǎo)致煤層氣的溶解流失。因此，鄭試35井-鄭試43井區(qū)內(nèi)含氣量普遍較低，鄭試35井、鄭試43井的含氣量僅為3.24m3/t和8.06m3/t。

2.2 煤層厚度較大，埋深適中，埋深超過1000m的區(qū)域仍具有較好產(chǎn)氣能力
    分析鉆井資料表明，3#煤層厚度介于3.55～7.35m，平均為5.4m；15#煤層厚度變化大(為1.85～6.7m，多數(shù)煤層厚度介于2.6～5.5m)，平均為3.50m。
    該區(qū)主力煤層3#煤層埋深介于300～1200m，樊莊西南部成莊區(qū)塊的埋深小于300m，大部分地區(qū)埋深介于300～500m，鄭莊北部大于1000m。
    該區(qū)主力煤層在埋深大于1000m的區(qū)域，仍具有一定的滲透性和較高的產(chǎn)氣能力。目前，鄭莊區(qū)塊有41口評價井煤層在大于1000m區(qū)域，有19口井進(jìn)行了試采，其中有9口井獲得了穩(wěn)產(chǎn)工業(yè)氣流。目前，3#煤層埋深(如鄭試60井)最大已達(dá)1336.9m，日產(chǎn)氣量穩(wěn)定在2000m3以上。證實(shí)了沁南地區(qū)埋深超過1000m的區(qū)域仍具有較好的開采價值。
2.3 煤層頂?shù)装鍖γ簩託獾馁x存有較大的影響
    沁水盆地南部3#煤層為下二疊統(tǒng)山西組，其上覆地層為下二疊統(tǒng)石盒子組，在上覆地層中發(fā)育著較穩(wěn)定的泥巖，對煤層氣的保存具有良好的封閉作用。這種封閉作用主要體現(xiàn)在盆地南部的東西部地區(qū)由于煤系地層的強(qiáng)烈剝蝕，其封閉條件較差。
    最新研究結(jié)果表明：區(qū)內(nèi)15#煤層底板厚度介于1.0～2.55m的泥巖，局部為粉砂巖；3#煤層底板為泥巖、粉砂巖，2個主要煤層的底板巖性均具有較好的封擋性能。相對而言，雖然3#煤層底板的粉砂巖多于15#煤層，封擋性略遜于15#煤層，但煤層氣以吸附氣為主，影響不大。
    鄭莊地區(qū)3#煤層頂?shù)装鍘r性以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，具備很好的封堵效果，但在鄭試15井-鄭12-7井所在區(qū)域，頂?shù)装寰鶠槟噘|(zhì)砂巖(圖3、4)，鄭試61井-鄭試49井區(qū)域，其頂板或底板為泥質(zhì)砂巖，2塊區(qū)域頂?shù)装宓姆舛滦Ч患澳鄮r區(qū)域，導(dǎo)致含氣量(小于15m3/t)與周邊區(qū)域相比較低。

3 結(jié)論
    1) 煤層氣評價工作是獲得千億立方米煤層氣探明儲量的重要保障，在鄭莊-樊莊區(qū)塊煤層氣勘探開發(fā)實(shí)踐中形成的“少數(shù)資料井鉆探→井組試采→提交探明儲量→先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)→規(guī)模開發(fā)”工作程序，各環(huán)節(jié)互相補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了資源的有效評價和開發(fā)。
    2) 煤層氣評價工作所取得的認(rèn)識為今后類似區(qū)塊的評價提供了借鑒，評價成果為煤層氣合理開發(fā)、技術(shù)政策的制定和開發(fā)部署方案調(diào)整提供了重要依據(jù)。
    3) 勘探開發(fā)研究成果豐富了對煤層氣富集高產(chǎn)的認(rèn)識，即埋深超過1000m的區(qū)域不是開采禁區(qū)，其仍具有較好的產(chǎn)氣能力，甚至可以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。
參考文獻(xiàn)
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(本文作者：孟慶春 張永平 郭希波 孫以劍 張俊杰 中國石油華北油田公司勘探開發(fā)研究院)