乌鲁木齐–大黄山地区八道湾组煤层气有利区块优选_贾秉义.pdf

第 45 卷 第 5 期 煤田地质与勘探 Vol. 45 No.5 2017 年 10 月 COAL GEOLOGY Urumqi-Dahuangshan area; reservoir characteristics; block selection 科学合理的区块优选是煤层气高效开发的基本 前提，通常情况下，盆地内不同区块煤层气资源条件 及储层特征不尽相同，有利区块不足盆地面积的 10[1-2]。前人关于准噶尔盆地煤层气的研究主要集中 在煤层气资源量、储层特征、富集条件及主控因素[3] 等方面，虽然也进行了区块优选，但都是从盆地角度 出发，将乌鲁木齐–大黄山地区整体作为一个有利区。 但是由于研究区煤层气地质背景及储层条件复杂，导 致煤层气开发没有达到预期效果，很多煤层气生产井 日产气量较低，稳产时间较短，有的甚至不产气。究 其原因，除工程和排采管理等外在因素之外，有利区 块优选不当的问题也存在。基于此，笔者从低阶煤煤 层气地质条件出发，结合近年来的勘探和测试数据， 运用层次分析法和多目标模糊优选模型对乌鲁木齐– 大黄山地区煤层气有利区块进行优选，以期为该区煤 层气开发选区提供借鉴。 1 研究区概况 乌鲁木齐–大黄山地区煤层厚度大、层数多、煤 变质程度低，煤层含气量较高，渗透性好，煤层气 ChaoXing 第 5 期 贾秉义等 乌鲁木齐–大黄山地区八道湾组煤层气有利区块优选 55 资源丰富[4]。区内推覆构造发育，地层变形强烈， 煤层倾角较大，通常大于 30，局部近于直立[5-7]。 八道湾组含煤地层分布于整个研究区，但是区 域地层特征差异大。 水磨河–四工河地区地层平均厚 度 920 m，含煤 33 层。但是煤层稳定性和可采性均 较差。四工河-大黄山地区含煤地层总厚 1 015.92 m，含煤 45 层，煤层总厚平均 106.98 m，可采厚度 为 4566 m， 结构简单–复杂， 以层状或似层状产出， 少数为透镜状，沿走向和倾向变化明显[8]。八道湾 组煤储层大孔所占比例 16.449.5， 平均 28.39， 中孔 4.721.12，平均 13.66，孔比表面积 7.5515.03 m2/g，平均 11.02 m2/g，微孔的贡献率平 均达 54.86。孔容中值孔径 35939.4 nm，平均 158.27 nm， 孔比表面积中值孔径 2.210.9 nm， 平均 6.84 nm，压汞孔隙度 3.8711.7，平均 6.81。 研究区煤样最大进汞饱和度大于 80，退汞效 率大于 50，说明煤储层孔隙连通性较好，有利于 煤层气的运移产出[9]。 通过等温吸附实验发现研究区 煤储层空气干燥基 Langmuir 体积为 21.4932.34 m3/t，平均 25.87 m3/t，吸附性较好。通过解吸法获 得大量煤层含气量数据，其空气干燥基煤层含气量 为 7.08 14.2 m3/t， 平均11.29 m3/t。 通过注入/压降试井 发现研究区煤储层渗透率分布不均，且变化较大。渗透 率为0.00616.6410-3 μm2， 平均3.2910-3 μm2。 除水磨 河–四工河地区外，煤层渗透率总体大于210-3 μm2。研 究区储层压力为 2.6713.61 MPa，平均 6.84 MPa，储 层压力梯度为0.4890.98 MPa/hm， 平均0.78 MPa/hm。 除甘河子河–大黄山地区接近正常储层压力梯度外， 其他地区均属欠压储层。 2 评价单元划分 依据区域地质构造及水文地质特征、煤层埋藏 深度、 地表水系等对研究区进行煤层气区块的划分。 另外，当前技术条件下无法对 2 000 m 以深的煤层 气资源进行勘探开发。鉴于此，将乌鲁木齐–大黄山 地区八道湾组埋深 2 000 m 以浅区划分为乌鲁木齐 河西、乌鲁木齐河–水磨河、水磨河–四工河、四工 河–甘河子河、甘河子河–大黄山 5 个预测区。 3 评价指标选取 为了实现煤层气有利区块的优选， 首先选取评价 指标。 煤层气勘探开发的影响因素很多， 包括煤层厚 度、含气量、渗透率、储层压力、吸附能力、资源量、 资源丰度、变质程度、含气饱和度、含气面积、煤层 倾角、构造地质条件、水文地质条件等，且其相互关 系错综复杂[10]。赵庆波等[11]通过分析将所有因素概 括为 3 大类，即资源条件、煤储层条件、保存条件。 从研究区地质条件出发， 筛选出 3 类 7 个主要影响因 素作为评价指标， 结合低阶煤的储层特征及研究区的 实际情况确定了各指标的评价临界值表 1。 表 1 研究区煤层气有利区块评价指标 Table 1 uation inds of favorable CBM blocks in the study area 评价 指标 煤厚/ m 含气量/ m3t-1 渗透率/ 10-3μm2 含气饱 和度/ 煤层倾 角/ 含气面 积/km2 构造发 育程度 有利 505 1060 200 简单 较有 利 502054 1035060 3070 100200中等 远景204 3 70 100复杂 4 区块优选 4.1 评价方法 常见的煤层气选区评价方法主要有多层次模糊 综合评判法[12]、地质评价与数值模拟相结合的综合 评价方法[13-14]、关键要素递阶优选和优选目标定量 排序[15]等方法。 笔者从研究区煤层气地质背景出发， 遵循定性与定量相结合的原则，通过层次分析法 AHP确定不同指标的权重值，运用多目标模糊优 选模型对研究区 5 个区块进行优选排序。 4.2 评价过程 建立评价指标集合 T{t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7}，其中 tii1,2,3, , 7分别表示煤层厚度、 含气量、 渗透率、 含气饱和度、煤层倾角、含气面积、构造发育程度。 建立评价等级集合 M{m1,m2,m3}，其中 m1、m2、 m3分别代表最有利区、较有利区和远景区。将评价 指 标 与 评 价 等 级 的 模 糊 评 价 关 系 设 置 为 矩 阵 Rrijmn，其中 rij代表以指标 Ti为准，各区块能达 到 Mj的隶属度，i1,2,3,,m，j1,2,3,,n。将模 糊评价矩阵 R 列入表 2。 4.3 评价指标权重的确定 各地质因素在选区评价中的作用不同，运用层 次分析法AHP对其分别进行分析，得到各地质因 素的权重系数。该方法把对目标层有影响的各因素 分为不同的层次，对每层不同因素之间的相对重要 性给出定量表示，然后运用数学方法计算各因素的 权重系数。将风险因素设为 Ti，i 为 17，Tij表示 Ti对 Tj的重要性，其取值参照表 3。按照前述顺序， 根据各风险因素的相对重要性得到判断矩阵 T。 11/223/27/25/23 2143756 1/21/415/67/35/33/2 2/31/36/517/35/32 2/71/73/73/715/76/7 2/51/53/53/57/516/5 1/31/62/31/27/65/61         T ChaoXing 56 煤田地质与勘探 第 45 卷 表 2 各评价指标对评价等级的优属关系矩阵 R Table 2 The membership relationship of the uation inds and ratings 指标值 区块 煤厚/m 含气量/m3t-1 渗透率/10-3μm2含气饱和度/ 煤层倾角/ 含气面积/km2 构造 乌鲁木齐河西 20.49 4.88 9.63 67.09 23 196.42 简单 乌鲁木齐河–水磨河 23.86 5.36 4.18 82.41 45 230.15 中等 水磨河–四工河 43.66 11.21 3.01 86.47 55 148.41 复杂 四工河–甘河子河 44.80 9.01 3.86 54.88 32 49.48 中等 甘河子河–大黄山 39.88 9.88 3.87 59.58 32 55.40 中等 指标等级 区块 煤厚 含气量 渗透率 含气饱和度 煤层倾角 含气面积 构造 有利 0 0.4 0.7 0.6 1 0.8 0.6 较有利 0.2 0.6 0.3 0.4 0 0.2 0.4 乌鲁木齐 河西 远景区 0.8 0 0 0 0 0 0 有利 0 0.45 0.55 0.7 0.7 1 0.3 较有利 0.25 0.55 0.45 0.3 0.3 0 0.7 乌鲁木齐 河–水磨河 远景区 0.75 0 0 0 0 0 0 有利 0.85 1 0.45 0.8 0.6 0.7 0 较有利 0.15 0 0.55 0.2 0.4 0.3 0 水磨河–四 工河 远景区 0 0 0 0 0 0 1 有利 0.9 0.9 0.5 0.5 0.8 0 0.2 较有利 0.1 0.1 0.5 0.5 0.2 0 0.8 四工河–甘 河子河 远景区 0 0 0 0 0 1 0 有利 0.8 1 0.55 0.55 0.9 0 0.4 较有利 0.2 0 0.45 0.45 0.1 0.1 0.6 甘河子河– 大黄山 远景区 0 0 0 0 0 0.9 0 表 3 判断矩阵标度及其意义 Table 3 The scale of judgment matrix and its significance 数值 意义 1 表示因素 Ti与 Tj相比同样重要 3 表示因素 Ti与 Tj相比稍微重要 5 表示因素 Ti与 Tj相比明显重要 7 表示因素 Ti与 Tj相比强烈重要 9 表示因素 Ti与 Tj相比极端重要 倒数 若因素 Ti与 Tj的重要性之比为 Tij，则 j 与 i 的重要性 之比为 Tij1/Tji 2，4，6，8为上述相邻判断的中值 将矩阵导入 Matlab 软件，得到其最大特征值 λmax7.012 2， 对应的归一化特征向量X{0.192 2， 0.384 5， 0.106 4，0.126 1，0.052 8，0.073 9，0.064 1}。 运用公式 CRCI/RI 检验判断矩阵的一致性。 其中 CR 表示判断矩阵的随机一致性比率；CI 表示 判断矩阵的一般一致性指标，CIλmax–n/n–1；RI 表示判断矩阵的平均随机一致性指标，对于矩阵 T， RI1.36。将数据带入对应公式得到 CR0.001 495， 小于 0.10，因此认为判断矩阵具有满意的一致性， 权重分配合理。 4.4 模糊优选结果 模糊评价结果矩阵 BXR。根据模糊评价的最 大优属度原则表 4， 本次模糊优选的有利区为水磨 河–四工河区块、甘河子河–大黄山区块，较有利区 为四工河–甘河子河区块， 远景区为乌鲁木齐河西区 块和乌鲁木齐河–水磨河区块图 1。 表 4 模糊评价结果矩阵 Table 4 Fuzzy uation result matrix 区块 有利 较有利 远景区 乌鲁木齐河西 0.454 3 0.391 90.153 8 乌鲁木齐河–水磨河 0.449 9 0.405 90.144 2 水磨河–四工河 0.780 0 0.155 90.064 1 四工河–甘河子河 0.690 3 0.235 80.073 9 甘河子河–大黄山 0.739 3 0.194 20.066 5 按研究区断裂构造发育程度， 煤层分布稳定性， 本次优选的有利区为水磨河–四工河区块和甘河子 河–大黄山区块，其中水磨河–四工河区块含气面积 148.41 km2，煤厚 43.66 m，含气量 11.21 m3/t，渗透 率 3.0110-3 μm2， 含气饱和度 86.47， 煤层倾角 55， ChaoXing 第 5 期 贾秉义等 乌鲁木齐–大黄山地区八道湾组煤层气有利区块优选 57 图 1 煤层气区块划分图 Fig.1 Division of CBM blocks 构造复杂； 甘河子河–大黄山区块含气面积55.4 km2， 煤 厚39.88 m，含气量9.88 m3/t，渗透率3.8710-3 μm2，含 气饱和度 59.58，煤层倾角 32，构造中等。有利 区块均为厚煤带分布区， 煤层平均厚度均在40 m左右； 煤岩显微组分以镜质组为主，产气能力较强；注入/压 降试井结果显示渗透性较好。煤层气成藏条件较好， 埋深适中，地表条件优越，适合煤层气商业开发。 5 结 论 a. 研究区煤层气地质条件复杂， 煤层平均厚度为 0.4944.80 m、镜质体反射率Rmax为 0.450.9、 含气量为 0.8811.21 m3/t、渗透率为3.019.63 10-3 μm2，储层条件差异较大。 b. 运用层次分析法和模糊数学相结合的方法 进行区块优选，结果得出，水磨河–四工河区块、甘 河子河–大黄山区块为有利区，四工河–甘河子河区 块为较有利区，乌鲁木齐河西区块和乌鲁木齐河– 水磨河区块为远景区。 c. 煤层气开采实际情况反映出本次所选的有 利区内渗透率和储层压力均变化较大，因此后续应 该对储层做更加精细的描述。 参考文献 [1] 傅雪海，秦勇，韦重韬. 煤层气地质学[M]. 徐州中国矿业 大学出版社，2007. 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