黔西北可乐向斜中段煤层气与致密砂岩气共探潜力评价_陈基瑜.pdf

第 46 卷 第 2 期 煤田地质与勘探 Vol. 46 No.2 2018 年 4 月 COAL GEOLOGY 2. Research Institute of Unconventional Oil 3. Guizhou Unconventional Gas Exploration and Development Engineering Research Center, Guiyang 550081, China Abstract Based on the characteristics of multilayer coals and deep main seam for the Late Permian coal-bearing strata in the middle Kele syncline, this paper comprehensively uated the co-exploration potential of the “two gases” i.e., coalbed methane CBM and tight sandstone gas in the terms of depositional environment, reservoir thickness, source-storage configuration and gas content, combining with an exploratory well X1 of drilling in tight sandstone gas layer. The results showed that the Kele syncline belongs to the sedimentary facies of meandering river and fluvial delta plain during the Early and Late Longtan periods, which are favorable to the ation of coal and tight sandstone reser- voirs. Middle coal group of Longtan ation is relatively stable, and has cumulative thicknesses more than 16 m and 20 m for coal and tight sandstone layers, respectively, providing a huge reservoir space for the accumulation of CBM and tight sandstone gas. Coal, mudstone and sandstone layers appear in the coal-bearing strata in superposed pattern, which s several assemblages of “source-reservoir-cap” and has a good configuration relationship between source and stor- age. According to the well logging of X1, the value of total hydrocarbon is abnormally high up to 78.35, and gas satu- ration is about 39.97 and 12.79 for the two tight sandstone layers, respectively. Overall, the study area exhibits a co- existence of “two gases” in the coal-bearing strata. ChaoXing 第 2 期 陈基瑜等 黔西北可乐向斜中段煤层气与致密砂岩气共探潜力评价 29 Keywords Kele syncline; coalbed methane; tight sandstone gas; “two gases” co-exploration; deep seam 煤层气通常定义为赋存在煤层中以甲烷为主要 成分、 以吸附在煤基质颗粒表面为主、 部分游离于煤 孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体[1]。但国内外对 致密砂岩气定义并不统一， 目前国内相对认可的定义 是致密砂岩气藏是一种低孔隙度＜10、低渗透 率＜110-3 μm2、 低含气饱和度＜60的非常规天 然气藏[1-3]，常与煤层气相伴生。因此，利用煤系中 致密砂岩气与煤层气“两气”同源共生的地质特点， 对“两气”进行综合勘探开发，共用设施，可大大降低 成本，提高效益和资源采收率。目前，国内外对于非 常规气的综合勘探方法主要有区块综合评价、 气测录 井技术、 测井技术等， 前者需要综合区块内大量的地 质资料进行有利区叠合优选； 后两者利用检测手段直 接发现和检测气层，效果更直观。21 世纪初，美国 在皮森斯盆地率先成功取得深部煤层气与致密砂岩 气“两气”共采的先导性试验[2]；与此同时，中国也开 始在煤系中开展非常规天然气的综合勘探开发工作 [3-6]。目前，在鄂尔多斯盆地东缘深部以煤层气、致 密砂岩气及页岩气综合勘探为主导已成为共识， 其中 在大宁–吉县和临兴区块的煤系中进行致密砂岩气的 勘探已初见成效， 单井日产气量基本都在一万立方米 以上[7-9]，显示了综合勘探的巨大前景。 黔西北地区可乐向斜中段龙潭组煤系埋深较 大， 最深超过 1 500 m， 并含有大段的致密砂岩层平 均孔隙度为 10，平均渗透率为 0.92510-3 μm2。 煤层埋深增加，虽然增加了煤层气开发的难度，但 为致密砂岩气成藏提供了有利条件。鉴于美国“两 气”共采的成功经验和鄂尔多斯盆地煤系中致密砂 岩气勘探的突破性进展，可以将“两气”共探作为提 高该地区煤层气单井产量、有效开发深部非常规天 然气资源的一种新思路。这里将以黔西北贵州毕节 地区可乐向斜中段为例， 对煤层气与致密砂岩气“两 气”共探的勘探潜力进行评价。 1 区域地质背景 可乐向斜中段位于贵州省毕节市赫章县境内， 大地构造单元上属于扬子准地台Ⅰ级黔北台隆Ⅱ 级遵义断拱Ⅲ级毕节北东向构造变形区图 1。 构 造位置为紫云–哑都断裂的南西盘、 潘家庄断裂北西 盘，属于Ⅲ级构造单元遵义断拱的西南部，相当于 黔中隆起的西段，总体呈北陡南缓的向斜构造，地 层走向整体呈 NEESWW。 一级单元Ⅰ扬子Pt准地台；Ⅱ华南PZ1褶皱带；二级单元Ⅰ1黔北ZT32台隆；Ⅰ2黔南DT32台陷；Ⅰ3四川T33E2台拗； 三级单元Ⅰ1A遵义DC断拱；Ⅰ1B六盘水DC断陷；四级单元Ⅰ1A1毕节北东向构造变形区；Ⅰ1A2凤冈北北东向构造变形区； Ⅰ1A3贵阳复杂构造变形区；Ⅰ1B1威宁北西向构造变形区；Ⅰ1B2普安旋扭构造变形区；Ⅱ21贵定南北向构造变形区；Ⅱ22望谟北西向 构造变形区 图 1 可乐向斜区域构造图[10] Fig.1 Regional structure diagram of Kele syncline 可乐向斜中段是煤层气有利勘探区域，区内上 二叠统龙潭组和长兴组为主要的含煤层系，为海陆 交互相沉积环境。龙潭组含煤 322 层，煤层厚度 3.917.7 m平均 7.4 m。由于煤层较多，可将 M1 ChaoXing 30 煤田地质与勘探 第 46 卷 煤层M11 煤层、M 12 煤层M 30 煤层、M 31 煤 层M 33 煤层的 3 套煤层群划分为上长兴组、中 龙潭组、下龙潭组3 个煤组，煤层主要分布在中 煤组。主力煤层为 M3、M11、M15、M16 和 M18 煤。 M18 号煤层全区可采， 稳定性较好， 厚度为 0.31 8.39 m，平均为 1.23 m；其他煤层M3、M11、M15 和 M16分布不稳定，单层厚度较小。煤层宏观煤岩 类型以半暗煤为主，含少量半亮煤和半暗煤。煤岩 显微组分中，镜质组体积分数为 52.5466.48平 均为 60.78；惰质组体积分数为 17.4727.04 平均为 23.29；区内各煤层镜质体最大反射率为 2.853.03，属于无烟煤级别。另外，毕节地区 煤层煤质具有特低全水分、中高硫分、中灰分、特 低挥发分等特征表 1。 表 1 可乐向斜主力煤层厚度及工业分析结果 Table 1 The thickness and proximate analysis of main coal seams in Kele syncline 煤层 煤层厚度/m Ad/ Vdaf/ Mad/ FCd/ St,d/ M3 0.092.58/1.15 33.66 12.92 0.37 55.72 2.42 M11 0.371.80/0.85 32.22 13.15 0.30 55.62 3.54 M15 0.372.45/1.26 27.17 12.11 0.46 63.77 1.42 M16 0.113.12/1.23 27.17 12.11 0.46 63.77 1.42 M18 0.318.39/2.07 29.36 11.64 0.68 62.64 1.09 注表中 0.092.58/1.15 表示最小值最大值/平均值。 2 “ 两气”共探潜力评价 2.1 沉积环境 前人对贵州西北部晚二叠世岩相古地理和地层 古生物特征的研究表明，龙潭早期海水自东、南两 潟个方向向北西侵入，成煤环境以湖潮坪体系为 主, 可乐向斜在这一时期沉积了下煤组煤层；龙潭 晚期为海退期，西北部地区发育曲流河沉积，大量 泥沙向海推进，主要聚煤场所转变为三角洲体系， 并沉积了中煤组煤层；长兴期则是最大的一次海进 期，海水向西推进，主要成煤环境为潮坪和前三角 洲[10]，沉积了位于长兴组底部的上煤组图 2。 图 2 黔西北地区晚二叠世龙潭期沉积相示意图[10] Fig.2 Schematic diagram of sediments of the Late Permian Longtan Period in northwestern Guizhou Province 程伟等[11]根据黔西北贵州毕节地区晚二叠世 主采煤层硫分纵向变化规律，结合“煤灰分产率、煤 灰成分指数以及灰成分”三端元分析，同样揭示了黔 西北贵州毕节地区晚二叠世成煤环境以三角洲分 流河道/间湾、潮控下三角洲平原、潮坪/潟湖等环境 为主。可乐向斜作为黔西北贵州毕节地区主要的含 煤向斜， 其含煤层系龙潭组早期沉积环境类型有湖泊– 沼潟泽、湖–潮坪、三角洲；龙潭组晚期主要的沉积 环境为三角洲。 此外， 根据区内煤田地质钻孔资料统 计， 龙潭组地层中粉砂岩占 26， 泥质粉砂岩占 37， 泥质岩占 24，煤占 9，灰岩占 2，其他占 2， 说明区内龙潭组地层含砂量大。 这是因为研究区靠近 康滇古陆边缘图 3，毕节地区龙潭期古地形是由西 向东倾斜的缓坡， 西北部的威宁、 赫章等地主要为剥 蚀区或发育曲河流、河控上三角洲平原等沉积相带， 向南东依次过渡为下三角洲平原–潟潮坪湖等滨海相 沉积[12]。康滇古陆作为物源区为赫章等地的曲流河 沉积提供大量泥砂物源， 使研究区在龙潭晚期处于沉 积煤系烃源岩与致密砂岩储层的有利沉积相带， 为煤 层气与致密砂岩气藏的形成奠定了物质基础。 ChaoXing 第 2 期 陈基瑜等 黔西北可乐向斜中段煤层气与致密砂岩气共探潜力评价 31 图 3 贵州龙潭组早期沉积模式图[10] Fig.3 Sedimentary pattern of early Longtan Group in Guizhou 2.2 储层厚度 龙潭组中煤组煤层在研究区内分布较稳定，中 煤组煤厚大部分在 8 m 以上图 4a。根据区内煤田 地质钻孔资料，统计了龙潭组晚期含煤地层中大于 5 m 的砂岩层厚度，砂体累积厚度在平面上受三角 洲沉积环境控制，砂体分布不连续，多呈串珠状， 单个砂体累积厚度在 20 m 以上图 4b。 图 4 龙潭组中煤组煤厚和砂体厚度分布图 Fig.4 Thickness distributions of the middle coal group and sand body in Longtan Group 纵向上，研究区内 X1 井岩屑录井剖面显示主力 煤层 M18 煤的厚度为 6.65 m，M18 下煤和 M30 煤厚 度分别为 5.5 m 和 2.9 m；M18 煤、M18 下煤和 M30 煤层内的两段砂岩厚度分别为 7 m 和 9.5 m图 5。从 该井的钻探效果看，龙潭组含煤地层的砂体、煤层厚 度较大，为煤层气和致密砂岩气的规模成藏提供了巨 大的储集空间。 图 5 X1 井岩屑录井综合柱状图 Fig.5 Comprehensive histogram by cutting logging for well X1 2.3 源储配置 研究区内龙潭组煤层埋深由向斜两翼往核部逐 渐加深，主力煤层 M18 煤埋深多在 1 000 m 以深， 在向斜核部埋深最深超过 1 600 m图 6a。 受游离天 然气保存条件的限制，可供煤系致密砂岩气共采的 有利深度一般大于 1 000 m[6]，研究区内龙潭组致密 砂岩层埋深变化趋势和 M18 煤层一致图 6b，埋深 都较大，有利于致密砂岩气的保存。 我国致密砂岩储层主要发育在煤系中， 煤层既 是源岩又是储层，在合适的地质条件下，煤层中逸 散的煤层气可作为致密砂岩气藏的气源图 7。如 ChaoXing 32 煤田地质与勘探 第 46 卷 图 5 所示，纵向上，煤系中煤层、泥岩层和砂岩层 互层叠置出现，可形成多套“生储盖组合”，为致密 砂岩气藏的形成提供条件。致密砂岩气储层与煤层 纵向上叠置，具有同源共生的特点和良好的源储配 置关系，为煤层气和致密砂岩气的联合勘探开发奠 定了地质基础。 图 6 M18 煤层和砂体埋深等值线图 Fig.6 Contour maps of M18 and sand body buried depth 图 7 煤层和砂体连井剖面对比示意图 Fig.7 Comparison of coal seam and sand body connected wells profile 2.4 含气性 X1 井的录井气测显示较好， 钻遇煤层均有槽面 显示，全烃峰值大于 50的有 4 层，最大峰值可达 78.35表 2 和图 5。整体上看，气测异常高值，表 明煤层游离气含量高，可为上部的致密砂岩层提供 充足的气源。 在该井 1 397.351 404.35 m 和 1 412.34 1 421.84 m 粉砂岩井段中图 5，即分别为 M18下和 M30 煤层的顶板，气测全烃值维持在 2030，全 烃曲线中曲线偶有尖峰突起， 说明砂岩层持续出气， 预示该井可能钻遇致密砂岩气。 为进一步分析 M18下和 M30煤层的顶板砂岩层 段是否为含气层，结合测井曲线进行分析，如图8 所示，M18下煤层的顶板砂岩层段岩性较纯，自然伽 马约40 API，自然电位微弱负异常，井径接近钻头 直径，电阻率为198 Ωm，孔隙度9.78，含气饱和 度39.97。三孔隙度曲线显示储层岩性略细，物性 稍差，解释为差气层。 M30煤层的顶板砂岩层段岩 性较纯，自然伽马40 API，自然电位负异常，井径 接近钻头直径，电阻率为67 Ωm，孔隙度9.34，含 气饱和度12.79。 三孔隙度曲线显示储层岩性略细， 物性稍差，解释为含气层。 表 2 X 1 井煤层地质录井气测显示情况 Table 2 Gas logging display of coal seam 层位井段/m 岩性 钻时/minm-1全烃/ 1 327.001 329.50煤M3 6↓4 0.11↑ 5.11 1 337.201 339.00 煤 13↓6 1.37↑ 3.12 1 348.201 349.60 煤 6↓4 1.03↑ 2.32 1 360.201 362.00 煤 9↓6 1.37↑ 12.70 长 兴 组 1 366.201 368.40煤M11* 117↓62 2.63↑ 5.74 1 374.401 375.80 煤 12↓16 1.25↑ 7.68 1 374.201 376.65 煤 8↓4 2.53↑ 52.40 1 381.501 382.76 煤 163↓28 2.58↑ 13.32 1 391.001 397.65煤M18 6↓4 7.03↑ 73.25 1 406.001 411.50 煤M18下 8↓4 32.03↑ 78.35 龙 潭 组 1 422.001 424.90煤 M30 10↓4 27.01↑ 62.10 注*为煤M11夹炭质泥岩，6↓4 表示钻时由 6 降到 4， 0.11↑5.11 表示全烃体积分数由 0.11升至 5.11。 可乐向斜 X1 井在龙潭组含煤层系中钻遇致密 砂岩气层的发现， 说明该地区有“两气”共存的情况， 证明在可乐向斜中段开展煤层气和致密砂岩气“两 气”共探具有一定的可行性。 ChaoXing 第 2 期 陈基瑜等 黔西北可乐向斜中段煤层气与致密砂岩气共探潜力评价 33 图 8 X1 井测井曲线 Fig.8 X1 well logging curves 3 结 论 从黔西北地区的沉积环境、煤层和砂体厚度、 源储配置以及含气性等方面的评价来看，可乐向斜 中段龙潭组煤层气与致密砂岩气叠置成藏，含气性 好，具备“两气”共探的地质条件。 a. 可乐向斜下煤组和中煤组分别沉积于龙潭 早期和晚期，沉积环境以曲河流、河控三角洲平 原为主，同时康滇古陆作为物源区为龙潭晚期的 曲流河沉积提供大量泥砂物源，使研究区在龙潭 晚期处于沉积煤系烃源岩与致密砂岩储层的有利 沉积相带。 b. 龙潭组中煤组煤层和致密砂岩层分布较稳 定，累积厚度分别在 8 m 和 20 m 以上，为“两气” 的规模成藏提供了巨大的储集空间。 c. 煤系中煤岩、泥岩、砂岩互层叠置出现，具 备良好的源储配置关系， 可形成多套“生储盖组合”， 为“两气”的联合勘探开发奠定了地质基础。 d. 根据 X1 井气测录井和测井结果，在煤层和 致密砂岩层均显示全烃值异常, 煤层段异常值最大 可达 78.35，钻遇的两层致密砂岩层含气饱和度分 别为 39.97和 12.79， 说明煤系中有“两气”共存的 情况。 参考文献 [1] 王佟， 王庆伟， 傅雪海. 煤系非常规天然气的系统研究及其意 义[J]. 煤田地质与勘探，2014，42124–27. 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