沁水盆地安泽区块3号煤层煤体结构及其控气作用_熊波.pdf

第 44 卷 第 3 期 煤田地质与勘探 Vol. 44 No.3 2016 年 6 月 COAL GEOLOGY EXPLORATION Jun. 2016 收稿日期 2015-06-20 基金项目 国家科技重大专项项目（2011ZX05028，2016ZX05041） Foundation itemNational Science and Technology Major Project（2011ZX05028，2016ZX05041） 作者简介 熊波（1979），男，湖北荆州人，博士后，从事天然气勘探开发方面的研究工作. E-mailxiongbo69 引用格式 熊波，张遂安，李晓友，等. 沁水盆地安泽区块 3 号煤层煤体结构及其控气作用［J］. 煤田地质与勘探，2016，44（3）40-45. XIONG Bo， ZHANG Suian，LI Xiaoyou，et al. Coal body structure and gas controlling effect of seam No.3 in the Anze block of Qinshui Basin［J］. Coal Geology Exploration，2016，44（3）40-45. 文章编号 1001-1986（2016）03-0040-06 沁水盆地安泽区块 3 号煤层煤体结构及其控气作用 熊 波 1，2，张遂安1，李晓友3，赵 洋2，王玫珠2，胡秋嘉4， 刘 忠 4，曹海霄2 祎，王潇 5 （1. 中国石油大学（北京）石油工程学院，北京，102200；2. 中国石油勘探开发研究院廊坊分院， 河北 廊坊，065007；3. 中国矿业大学资源与地球学院，江苏 徐州，221116；4. 中国石油天然气 股份有限公司华北油田分公司，河北 任丘，062552；5. 中国石油集团渤海钻探总公司油气井测试 分公司，河北 廊坊 065007） 摘要 沁水盆地安泽区块煤层形成后经历多期构造运动，致使煤体结构遭受不同程度的破坏，煤体 结构的分布规律制约本区煤层气的开发。基于此，利用该区的测井资料，提出测井判识煤体结构的 方法，将研究区单井 3 号煤层结构分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种煤体结构类型组合，对比分析 3 号煤层不同 煤体结构煤空间展布与煤层含气量、煤层埋深的相关性。结果表明安泽地区碎裂-碎粒煤较原生结 构煤、糜棱煤发育，南部碎裂-碎粒煤发育较厚，北部以糜棱煤发育相对较薄；煤层含气量随埋深有 明显增加的趋势，但在同等埋深条件下，煤层含气量受不同煤体结构展布的影响较大，南部碎裂- 碎粒煤发育较厚煤层吸附量大，出现煤层含气量的高值区。 关 键 词安泽区块； 煤体结构；煤层含气量 中图分类号P618.13 文献标识码A DOI 10.3969/j.issn.1001-1986.2016.03.008 Coal structure and gas controlling effect of seam No.3 in Anze block of Qinshui basin XIONG Bo1，2， ZHANG Suian1， LI Xiaoyou3， ZHAO Yang2， WANG Meizhu2， HU Qiujia4， LIU Zhong4， CAO Haixiao2， WANG Xiaowei5 （1.China University of Petroleum （Beijing）， Beijing 102200， China； 2. Research Institute of Petroleum Exploration and Development-Langfang Branch， Langfang 065007， China； 3. China University of Mining and Technology， Xuzhou 221116， China； 4. Petro China Huabei Oilfield Company， Renqiu 062552， China； 5. Chinese Petroleum Group Corporation Bohai drilling well testing company， Langfang 065007， China） Abstract Anze block of Qinshui basin has experienced several tectonic events since coal-ing period， resulting in the destruction of coal structure at different degrees， the exploitation of coal bed methane（CBM） in Anze block of Qin- Shui basin has been restricted by the undefined distribution of the coal structure. Based on the above-mentioned fact， coal-bed structure of 3 seam in single well is classified into three coal structure types， namelyⅠ，Ⅱand Ⅲ， and the correlations among the spatial distributions， CBM content and burial depth of coal seams of different coal structures are ana- lyzed comparatively by using logging data in the area and putting forward the to recognize coal structures by logging data. The results showed that the cataclastic-ranulitic structural coal are more universal than unde- ed coal and mylonitic structural coal in Anze block.In the south the cataclastic-granulitic structural coal is thick and in the north the mylonitic structural coal is thin. The CBM content increases significantly with the burial depth and is greatly influenced by the distribution of the coal structure at certain buried depth. The high content of CBM is present in the south because of a larger adsorptive capacity in the thick cataclastic-granulitic structural coal in this area. Key words Anze block； coal structure； CBM content 近年来，国内外学者利用地球物理技术对煤体结构进行了大量的研究，并取得了丰硕的成果［1-6］。 ChaoXing 第 3 期 熊波等 沁水盆地安泽区块 3 号煤层煤体结构及其控气作用 41 煤体电阻率普遍比砂岩、泥岩高，在同一煤层中， 构造煤的视电阻率比原生结构煤低，且随煤体破坏 程度增加，煤电阻率相对下降［7-9］；煤体伽马值比砂 岩、泥岩低，构造煤由于孔隙、裂缝增多导致伽马 值比原生结构煤高，且随煤体破坏程度增加，自然 伽马值会增大［10-11］；声波时差测井煤层表现为高异 常，煤体结构遭到破坏，孔隙增加，声波在构造煤 中的传播速度一般小于原生结构煤［12-13］。 安泽区块受多期构造运动的影响［14-15］，构造煤 发育成为制约该区煤层气开发的重要影响因素。通 过现代测井技术识别煤体结构的响应特征，建立煤 体结构图版，分析安泽区块煤体结构的分布规律及 不同煤体结构的含气性，预测煤层气富集的有利区 块，为煤层气开发提供依据。 1 区域地质概况 安泽位于沁水盆地南部，自成煤后经历印支、 燕山和喜马拉雅三期构造运动叠加影响。地层较平 缓，局部地层倾角较大，整体呈东倾斜坡构造。区 内发育近 SN 向和 NNE 向的开阔平缓相互平行的褶 皱，是发育在北平-古县隆起带上的次一级构造；断 层规模较小，但断层组系多，在北部以近 EW 向为 主、中部以 NNE 向为主，向南转为近 SN 向为主， 呈现逐渐过渡的特点，隐伏断裂较发育多为 NNE 向，构造较复杂。 2 单井煤体结构的测井判识 2.1 测井参数的确定 按破坏程度煤体结构分为原生结构、 碎裂结构、 碎粒结构、糜棱结构 4 种类型［16］。根据安泽地区 41 口录井资料及实际钻探岩心照片，将该区 3 号煤的 煤体结构分为原生结构、碎裂-碎粒结构、糜棱结构 3 种类型（图 1），并结合测井曲线分析得出各类煤体 结构煤、砂岩、灰岩的测井参数配置（表 1）。 图 1 安泽 Q17-6 井测井曲线及取芯照片 Fig.1 Logging curves and cores taken from well Q17-6 in Anze 表 1 不同煤体结构的煤和砂岩及灰岩的测井参数 Table 1 Log parameters of coal with different structures， sandstone and limestone 煤体结构类型 声波时差/（μsm-1） 井径/ cm 密度/（gcm-3） 自然伽马/API 补偿中子/％ 原生结构煤 327.43～397.39/369.90 22.24～27.63/24.11 1.54～1.83/1.68 23.8～75.1/44.7 31.44～43.75/38.59 碎裂-碎粒煤 386.77～456.37/414.28 22.2～31.59/25.89 1.28～1.48/1.38 38.44～98.66/61.98 40.75～51.86/46.32 糜棱煤 417.04～475.29/440.38 27.30～48.54/35.80 1.15～1.37/1.28 76.17～138.63/103.67 43.68～57.02/49.88 砂岩 219.13 / 2.50 52.00 16.33 灰岩 169.00 / 2.70 26.20 7.40 注表中数据 327.43～397.39/369.90 表示最小～最大/平均值 从表 1 可以看出，随着煤体结构破坏程度的增 加扩径现象明显、密度变小、补偿中子、自然伽马 变大。灰岩的声波时差、自然伽马、补偿中子最小； 砂岩测井参数介于煤层和灰岩之间。 2.2 测井响应图版的建立 根据煤体结构的测井参数配置将不同煤体结构 煤所对应的各种测井参数进行平面成图，建立测井 参数的交汇图版（图 2）。 ChaoXing 42 煤田地质与勘探 第 44 卷 从图2 中可以看出，不同煤体结构密度测井、自然 伽马、声波时差、井径值的变化范围较大。原生结构煤 的声波时差值、 补偿中子值、 井径值、 自然伽马值最小， 密度值最大，糜棱煤各测井参数值则与原生结构煤的测 井值相反，碎裂-碎粒煤的测井值介于二者之间。 图 2 测井交汇图 Fig.2 Log intersection diagram 2.3 单井 3 号煤层的煤体结构分析 2.3.1 煤体结构指数 煤体破坏程度的增大，煤岩物理特征表现为孔 隙增加、强度降低、密度减小，测井响应特征表现 为井径增大、声波增大、密度减小。谢学恒等［17］提 出利用补偿声波、井径、补偿密度对煤体结构进行 定量判识的经验公式，得出煤体结构指数 n 1 AC CAL 100 DEN a b n （） n 为煤体结构指数， 无量纲； AC 为补偿声波测井值， μs/m；CAL 为井径测井值，cm；DEN 为补偿密度 测井值，g/cm3。经过实际验证，一般补偿声波与补 偿密度测井值分别可由声波时差与密度测井值替 换；a、b 均为≥1 的常数。 2.3.2 3 号煤层的煤体结构特征 安泽地区 3 号煤层的煤体结构分为原生结构、 碎 裂-碎粒结构、糜棱结构 3 种类型。在此基础上根据 测井资料将3号煤层结构划分为3种类型煤体结构煤 组合Ⅰ种类型为原生结构煤、碎裂-碎粒煤、原生 结构煤的组合；Ⅱ种类型为原生结构煤、碎裂-碎粒 煤、糜棱煤、碎裂-碎粒煤、原生结构煤的组合；Ⅲ 种类型为原生结构煤、糜棱煤、原生结构煤的组合。 安泽区块 A8 井位于沁水盆地西部安泽斜坡带。 该井 3 号煤层对应的煤体结构指数曲线（图 3a），结 合测井参数及交汇图版分析，煤体结构依次解释为 原生结构煤、碎裂-碎粒煤、原生结构煤，属Ⅰ类型 煤体结构煤组合。 图 3 安泽区块典型煤层气井 3 号煤层的煤体结构指数曲线 Fig.3 Index curves of coal structures of seam No.3 of typical CBM wells l in Anze block Q14-9 井位于沁水盆地中部西翼安泽斜坡带。 该井 3 号煤层对应的煤体结构指数曲线（图 3b）分为 上下两条，表示该煤层在该井处分叉，结合测井参 数及交汇图版分析，上煤层从顶至底依次解释为原 生结构煤、碎裂-碎粒煤、糜棱煤、碎裂-碎粒煤、 原生结构煤；下煤层从顶至底依次解释为原生结构 煤、碎裂-碎粒煤、糜棱煤、碎裂-碎粒煤、原生结 构煤，均属Ⅱ型煤体结构煤组合。 Q20-2 井测井曲线（图 3c）所示， 3 号煤层对应的 煤体结构指数曲线分为上下两条，表示该煤层在该 ChaoXing 第 3 期 熊波等 沁水盆地安泽区块 3 号煤层煤体结构及其控气作用 43 井处分叉，结合测井参数及交汇图版分析，上煤层 从顶至底依次解释为原生结构煤、碎裂-碎粒煤、糜 棱煤、 碎裂-碎粒煤、 原生结构煤， 属Ⅱ型煤体结构； 下煤层从顶至底依次解释为原生结构煤、糜棱煤、 原生结构煤，属Ⅲ型煤体结构煤组合。 3 煤体结构的平面分布 3 号煤层为安泽区块的主力煤层，煤层埋深 600～ 1 500 m，整体表现为西浅东深。煤层除南部局部地 区外， 其余地区 3 号煤层均分叉成两层， 间隔 2～20 m， 每层煤层厚度为 2.1～3.8 m。根据研究区 41 口井的 测井数据，系统分析了 3 号煤层的不同煤体结构煤 层厚度的分布规律。 3 号煤层的原生结构煤在研究区全区广泛分布 （图 4a）， 厚度变化为 0.5～2.5 m， 局部煤厚小于 0.5 m。 研究区的西部、东南区域，原生结构煤厚普遍偏薄， 西南、西北区域，原生结构煤厚普遍较厚。 3 号煤层的碎裂-碎粒煤在研究区也广泛发育 （图 4b），厚度变化一般介于 1～5 m，局部可达 7 m。 研究区的西部、北部区域，碎裂-碎粒煤厚较薄， 一般小于 2 m，东部、南部区域，碎裂-碎粒煤的 厚度较大，一般超过 4 m。全区来看，碎裂-碎粒 煤厚呈北薄南厚，以西北至南东为轴的条带较厚， 条带西北较薄、南东较厚，向两侧逐渐变薄的分布 趋势。 3 号煤层糜棱煤的厚度在全区变化较大（图 4c）， 总体厚度较原生结构煤、碎裂-碎粒煤更薄，一般介 于 0.5～4.5 m，局部厚度超过 4.5 m。研究区的西部、 东北区域，糜棱煤厚度较大，一般超过 3 m；南部 区域，糜棱煤较不发育，厚度均在 0.5 m 以下。 图 4 安泽区块 3 号煤不同煤体结构的煤厚分布 Fig.4 Coal thickness distribution of different coal structure of seam No.3 in Anze block 4 含气性特征 4.1 3 号煤层埋深及含气量分布特点 为进一步研究安泽地区煤体结构展布与煤层含 气量之间的关系， 对 3 号煤层的 47 个煤岩样品进行 含气量测试分析，并绘制 3 号煤层含气量分布图， 总体上含气量受煤层埋深控制（图 5）。 3 号煤层埋深为 500～1 500 m，具有西浅东深的 特点，东部埋深普遍大于 1 300 m，西南区域埋深小 于 500 m， 北部及中部埋深局部异常， 大于 1 100 m； 受埋深影响 3 号煤层含气量分为 8～24 m3/t，整体呈 西低东高的分布趋势。 4.2 煤体结构展布对含气量的影响 同等埋深条件下煤层含气量呈南高北低的特 点，分析认为主要受煤体结构的影响。 对比原生结构煤、碎裂-碎粒煤、糜棱煤分布特 征， 南部区域主要发育碎裂-碎粒煤， 且厚度较大（平 均 4 m），北部主要发育糜棱煤，且厚度较薄（平均 2.5 m）。 与不同煤体结构的煤的等温吸附实验数据对 比（图 9），本区碎裂-碎粒煤、糜棱煤吸附性相当， 比原生结构煤的吸附性强，从而造成南部含气性好 于北部。 5 结 论 a. 3 号煤层结构划分为 3 种类型煤体结构煤组 合，Ⅰ种类型为煤层原生结构煤、碎裂-碎粒煤、原 生结构煤的组合；Ⅱ种类型为煤层原生结构煤、碎 裂-碎粒煤、糜棱煤、碎裂-碎粒煤、原生结构煤的 ChaoXing 44 煤田地质与勘探 第 44 卷 图 5 安泽区块 3 号煤层含气量与埋深分布图 Fig.5 Gas content and buried depth of seam No.3 in Anze block 图 6 不同煤体结构煤的等温吸附曲线（据孟召平［18］） Fig.6 Isothermal adsorption curve of different coal structure 组合；Ⅲ种类型为原生结构煤、糜棱煤、原生结构 煤的组合。 b. 全区碎裂-碎粒煤较原生结构煤、糜棱煤发 育；北部糜棱煤较为发育，南部碎裂-碎粒煤较为发 育，同时南部构造煤的厚度大于北部。 c. 安泽地区 3 号煤层含气量为 8～24 m3/t， 整体 呈西低东高分布，随埋深有明显增大的趋势；在同 等埋深条件下，含气量受不同煤体结构展布的影响 较大，南部碎裂-碎粒煤发育较厚煤层吸附量大，南 部含气性好于北部。 参考文献 ［1］ 陈跃，汤达祯，许浩，等. 基于测井信息的韩城地区煤体结构 的分布规律［J］. 煤炭学报，2013，38（8）1435-1442. 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