六盘水煤田盘关向斜煤层气赋存规律
易同生
(贵州省煤田地质局 贵阳 550006)
作者简介:易同生,1988年毕业于中国矿业大学,现贵州省煤田地质局总工程师,高级工程师,中国矿业大学在读博士研究生。
摘要 煤层气赋存规律是煤层气地质选区评价的重要依据。以大量煤田勘探成果和矿井瓦斯地质资料为基础,讨论了盘关向斜煤层气赋存分带、构造赋存、岩性赋存、深度赋存、煤体赋存等。研究认为:盘关向斜煤层气赋存分带以CH4带为主,甲烷风化带平均下限深度为150m;向斜转折端或次一级褶曲的部位煤层气相对富集,平缓翼较陡翼煤层含气量大;煤层间发育的隔气层和煤层间岩性的砂(灰)岩比例影响煤层含气量;煤层甲烷含量随煤中镜质体含量的增加而增加,随壳质体含量增加而下降;煤层甲烷含量随煤层埋深的增加而增大,随灰分的增加而降低;水文地质条件和煤厚对煤层甲烷含量的影响甚微。
关键词 煤层气 赋存 盘关向斜
Existence Laws of CBM at Panguan Syncline of Liupanshui Coalfield
Yi Tongsheng
(Guizhou coal field geology Bureau,Guiyang 550006)
Abstract:The study on existence laws of CBM is important basis for selection of favorable areas of CBM.Based on the large amount of coalfield exploration results and geological information of coal gas,the author discussed that the CBM distribution zones,structure features,lithology,target depth and coal seams at Panguan syncline.The research showed that the CBM existence belts are mainly composed of CH4belts and the average minimum depth of CH4weathering zone is 150m;CBMis relatively rich at the turning end of syncline or secondary fold and gas content at flat flank of syncline is higher than that at steep flank.The development of gas sealing layer and the ratio of sandstone to limestone in coal seams is the factor to influence gas content.Gas content increases with the increase of vitrinite content and depth,as well as gas content decreases with the increase of exinite and ash content in coal seams.The effects of hydrogeological conditions and thickness of coal seams on gas content is very tiny.
Keywords:CBM;existence laws;Panguan syncline
盘关向斜位于贵州省西部六盘水市盘县境内,是盘江矿区主要含煤构造单元之一,含煤面积548km2;含煤地层为晚二叠世长兴组、龙潭组,一般厚246m,含煤40~55层,煤层平均总厚34.39m,平均含煤系数13.98%。已有研究表明,煤层气资源量丰富、含气量较高、储层渗透性较好、埋藏深度合适、气产地离城镇较近,具有较好的勘探开发前景。但煤层含气性变化明显,受控地质因素多样,所以,盘关向斜煤层气赋存规律探讨对煤层气地质选区和勘探开发有重要的理论和现实意义。
1 煤层气赋存分带
瓦斯分带采用七分法(图1)。盘关向斜以CH4带为主,其次为N2-CH4带,个别地区有N2带、N2-CO2带、CO2-CH4带;一般 150m 以浅为甲烷风化带(CH4浓度<80%),150m以深为CH4带,煤层气烃浓度80%时,煤层甲烷含量为4.4m3/t,甲烷浓度与甲烷含量的关系见图2。
图1 煤层气组分组成与赋存分带
1—N2-CO2带;2—N2带;3—N2-CH4带;4—CO2-CH4带;5—CO2带;6—混合带;7—CH4带
图2 煤层含气量与煤层气烃浓度相关关系
(a)向斜东翼;(b)向斜西翼
2 煤层气赋存与构造的关系
煤层气的构造赋存特征见表1。从表中可以看出:在其他条件近似,煤层围岩相对封闭较好的情况下,倾角平缓的煤层其煤层气含量较倾角陡的煤层大;转折端或发育次一级褶曲的部位,煤层气含量常偏高。可能与这些部位应力集中或存在塑性较强、易褶不易断的岩层构造屏障层,有利于煤层气的聚集和保存有关。
表1 煤层气的构造赋存特征
3 煤层气赋存与围岩的关系
甲烷的含量与围岩的关系较密切。以盘关向斜松沙井田为例,统计了煤层含气量与围岩的关系,如图3所示,图中的砂(灰)岩比例,以上下两主要可采煤层间的地层厚度为基数,以其间的砂(灰)岩厚度为分子求得。当砂(灰)岩比例大时,其下煤层甲烷含量常偏低,其上煤层甲烷则偏高;反之,其上的煤层甲烷含量偏低,其下的煤层甲烷含量偏高。当煤层间有较好的阻隔岩层时,煤层的甲烷含量可能因隔气层的直接控制而不符合上述基本趋势,此时,煤层甲烷含量可能与隔气层的岩性、厚度及其与上下煤层在剖面中的相对位置有关。
图3 盘关向斜松沙井田上二叠统煤层甲烷含量与砂(灰)岩比的关系曲线
4 甲烷含量与煤岩组分、煤类的关系
根据盘关向斜各井田或勘探区大量资料,通过分析研究表明,煤层甲烷含量随煤中镜质体含量的增加而增加,与惰质体含量的关系不明显,随壳质体含量增加呈下降的趋势(图4)。
盘关向斜煤类较全,总体上西翼变质程度低、东翼高,甲烷含量东翼比西翼高;垂向上煤类从上到下变质程度逐渐增高,甲烷含量也有增高的趋势。
图4 煤层甲烷含量与煤岩组分的关系
(a)镜质组含量与煤层甲烷含量;(b)壳质组含量与煤层甲烷含量
5 煤层甲烷含量与埋深、灰分关系
煤层甲烷含量与埋深的关系见图5,总趋势是随深度的增加甲烷含量增高。
图5 煤层甲烷含量与埋深关系
研究区8、16-2、16-3、22号煤层灰分与甲烷含量的统计分析表明,煤层甲烷含量随灰分的增加而降低(图6)。
图6 煤层灰分与甲烷含量关系
6 煤层甲烷含量与煤厚、地下水活动的关系
研究区煤系地层上覆和下伏都有良好的隔水层,故水文地质条件对煤层甲烷含量的影响甚微。
研究区发育薄至中厚煤层。根据大量资料研究表明(图7),煤层厚度与煤层甲烷含量的相关性不明显。
图7 煤层厚度与甲烷含量关系
7 结论
研究工作取得如下认识:
(1)盘关向斜煤层气赋存分带以CH4带为主,甲烷风化带平均下限深度为150m,平均含气量为4.4m3/t。
(2)向斜转折端或次一级褶曲的部位煤层气相对富集,平缓翼较陡翼煤层含气量大。
(3)煤层间发育隔气层时,煤层甲烷含量可能与隔气层的岩性、厚度及其与上下煤层在剖面中的相对位置有关;煤层间无明显隔气层时,煤层间岩性的砂(灰)岩比例与下伏煤层含气量呈反比,与上覆煤层含气量呈正比。
(4)煤层甲烷含量随煤中镜质体含量的增加而增加,随壳质体含量增加而下降。随煤的变质程度的增高而增大。
(5)煤层甲烷含量随煤层埋深的增加而增大。随灰分的增加而降低。
(6)水文地质条件对煤层甲烷含量的影响甚微。煤层厚度与煤层甲烷含量的相关性也不明显。
参考文献
[1]苏现泼,陈江峰等.2001.煤层气地质学与勘探开发.北京:科学出版杜
[2]秦勇,曾勇等.1996.煤层甲烷储层评价及生产技术.徐州:中国矿业大学出版杜
[3]钱凯,赵庆泼.1996.煤层甲烷气勘探开发理论与试验测试技术.北京:石油工业出版杜
[4]桑树勋,秦勇等.2001.陆相盆地煤层气地质.徐州:中国矿业大学出版杜
[5]易同生等.1997.贵州省煤层气资源评价(内部资料)
青海祁连山非法采煤14年,为何一直无人发现?
青海祁连山一煤矿非法采煤14年才被发现,为什么耗时这么久才被发现呢?祁连山位于我国西北地区,青海省境内,山脉蕴藏着丰富的矿产资源,尤其是煤矿,也是我够煤炭资源的主要来源之一。祁连山总体来讲生态环境不错,但有人发现在祁连山南部生态环境格外恶劣仔细调查才发现这里聚集了很多非法采集煤矿的矿井,甚至有的已经非法采集了14年。
我们都知道煤炭是不可再生资源,是远古时期的数目在某些原因下被深埋在地下,经过漫长的岁月和复杂的地质历史条件才由植物慢慢演化成我们今天看到的黑黑的煤炭。虽然地球上还有树木植被的存在,但是煤炭形成的条件已经很少具备了,而且煤炭的形成需要经过数百万年的时间。但煤炭又是生活必要的资源,取暖、发电等都离不开煤炭的存在,煤炭的再生速度远远赶不上对煤炭的需求。
煤炭的采集和使用过程都会对环境造成极大的危害,我们知道煤炭是深埋在地下的,想要采集就要从地面深挖才能能够获取,很容易就会造成地面的凹陷,严重的还会造成地底的空洞以及地面的塌陷。而且地下环境由于距人的生活生产较远,抗污染能力和自净能力也相对较低,在采矿过程中所产生的污染物也会对地底环境造成不可挽回的损伤。煤炭的利用主要依靠燃烧,而燃烧煤炭又会产生大量的气体污染物,是全球的其后发生显著的升温表现。
煤炭所处的位置也决定了煤炭开采的作业场所,由于是在地下不易被发现,也就给了非法采煤以可乘之机,加上又是在山脉附近,人烟稀少,更不容易发现,纵容了煤炭矿主的侥幸心理,只要没有人举报,没有被有关部门查处就可以长时间非法采集,不受制裁。
14年的非法采煤背后除了自然环境的演示,最重要的还是人心的贪婪,青海的这一煤矿在非法采煤的14年间竟然获取了百亿非法收入,也使煤老板越来越贪心,只顾自己眼前的经济收入,丝毫不管不顾自己的行为会给环境带来多大的灾难。人不能只考虑自己,还有子孙后代,不光要自己有煤烧,也要留给后代。如果在自己这辈就把资源全部采挖一空,把地球搞得千疮百孔,那后来的人又该怎么生活?
此外,还行还加上对祁连山附近情况的排查,既然有一个非法采煤的煤矿,就有可能会有第二个第三个,及早排查,早期发现,才能减少损失。
煤矿是人类在富含煤炭的矿区开采煤炭资源的区域,一般分为井工煤矿和露天煤矿。当煤层离地表远时,一般选择向地下开掘巷道采掘煤炭,此为井工煤矿。当煤层距地表的距离很近时,一般选择直接剥离地表土层挖掘煤炭,此为露天煤矿。我国绝大部分煤矿属于井工煤矿。煤矿范围包括地上地下以及相关设施的很大区域。
企业名称
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一矿
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三矿
四矿
六矿
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八矿
九矿
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名称
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1、大同煤矿集团
⑴大同煤业股份有限公司
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⑵轩岗煤电有限责任公司
梨园河矿
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⑶朔州煤电有限责任公司
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⑹白洞煤业有限责任公司
⑺挖金湾煤业有限责任公司
⑻王村煤业有限责任公司
⑼ 雁崖矿
⑽晋华宫矿
⑾马脊梁矿
⑿大斗沟矿
⒀云岗矿
⒁燕子山矿
⒂四台矿
2、山西焦煤集团
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三交二号矿井
乡宁矿区王家岭煤矿
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3、阳泉煤业集团
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三矿
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14、长治市业局
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店坪煤矿
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名称
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木里煤田
12、太西煤集团
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蚕特拉焦煤生产基地
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桃山煤矿
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二矿
三矿
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潘集第一煤矿
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新集一矿
新集二矿
新集三矿
刘庄矿
建板集矿
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重庆市能源投资集团公司
重庆煤炭集团公司
重庆南桐矿业有限责任公司
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重庆天府矿业公司三汇一矿
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重庆天府矿业公司磨心坡煤矿
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利国煤矿
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三 矿
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红会第一煤矿
红会第四煤矿
王家山煤矿
王家山煤矿一号井
王家山煤矿二号井
王家山煤矿四号井
王家山煤矿五号井
宝积山煤矿
红会第三煤矿
1.砚北煤矿
2.华亭煤矿
3.陈家沟煤矿
4.东峡煤矿
马蹄沟煤矿
山寨煤矿
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新柏煤矿公司
净石沟煤矿
大柳煤矿
长征煤矿二矿
企业名称
周源山煤矿
宝源煤矿
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马田煤业有限公司
新星煤矿
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桐子山煤矿
湘永矿业公司
铜角湾煤矿
街洞煤业有限责任公司
南阳煤业公司
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淝江矿
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白山坪煤矿
红卫煤矿
五亩冲煤矿
湘东矿业公司
高陂矿业公司
金竹山煤矿
牛马司煤矿
洪山殿煤矿
利民煤矿
恩口煤矿
企业名称
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秀山煤矿
松屏煤矿
东井煤矿
袁仓煤矿
胡家湾煤矿
尖岩河煤矿
鸽子潭煤矿
陈家河一井
陈家河二井
坛子口
东坡二号、西坡三号、后湾煤矿
麻沙煤田一号矿井
企业名称
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石炭井二矿
大峰煤矿(羊齿井,露天矿)
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乌兰煤矿
金贺兰公司石炭井
白芨沟煤矿
磁窑堡煤矿
羊场湾三矿
灵新煤矿
石嘴山一,二矿
汝箕沟煤矿
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设计院银辰煤矿
松山工贸公司大磴沟煤矿
福利厂沙巴台煤矿
梅花井煤矿
枣泉煤矿
清水营煤矿
马家滩矿
灵武煤矿
宁夏积家井煤业有限公司
企业名称
默勒煤矿
外力哈达煤矿
木里煤田
青海西海煤电公司多隆二矿
青海西海煤电公司默勒二分矿
青海西海煤电公司祁连三矿
青海西海煤电公司祁连一矿
青海西海煤电公司多隆二矿
青海西海煤电公司默勒二分矿
企业名称
丰城矿务局
丰龙矿井
江西新余矿业有限责任公司
英岗岭矿务局
天河煤矿
花鼓山煤矿
八景煤矿
大光山煤矿
棠浦煤矿
乐平矿务局
安源煤矿
新洛煤电有限责任公司
玉都煤矿
窑山煤矿
新湖煤矿
杨井煤矿
"鸣山煤山
"
"涌山煤矿
"
"涌山镇沿沟煤矿
"
"寿安镇仙槎煤矿
"
"涌山镇东方红煤矿
"
"蒲田乡洪门口煤矿
"
沿沟矿业有限责任公司
"镇头镇立新煤矿
"
"湖云乡白马煤矿
"
武宁县煤矿
南田煤矿
副山煤矿
罗坑煤矿
横峰铺前煤矿
江西英岗矿务局
曾家瑶1,2 吴财芳1,2
(1.中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221008 2.煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室江苏徐州221008)
摘要:煤储层渗透性是制约煤层气开发的重要因素之一。本文通过对黔西-滇东地区煤储层渗透性特征的深入研究,结合大量煤田地质勘探资料,阐明了研究区控制渗透率的主要地质因素。研究表明:整个研究区自东向西渗透率具有逐渐降低的趋势,黔西织纳煤田渗透率远高于其他区域。在影响渗透率的多个因素中,区域构造应力、煤层裂隙发育状况、煤层埋深、煤层厚度等对煤层渗透性有着重要的控制作用。
关键词:煤层 渗透率 构造应力 煤层埋深 煤层厚度
国家科技重大专项项目 ( 2011ZX05034) 、国家973 煤层气项目 ( 2009CB219605) 、国家自然科学基金重点项目( 40730422) 及青年科学基金项目 ( 40802032) 资助。
作者简介: 曾家瑶 ( 1987 ) ,女,贵州省大方县人,就读于中国矿业大学 ( 徐州) 资源与地球科学学院,硕士,研究方向为煤层气勘探与开发。通讯地址: 江苏省徐州市中国矿业大学南湖校区研一楼 5 单元 302. Tel:18952246792,E-mail: jiayaohhaha@ 126. com
Study on Characteristics of coal reservoir Permeability and Factors of Geological Controlling in Western Guizhou-Eastern Yunnan Area
ZENG Jiayao1,2WU Caifang1,2
( 1. School of Resource and Earth sciences,China University of Mining and Technology, Xuzhou Jiangsu 221008,china 2. Key laboratory of CBM Resource and Reservoir Formation Process,Xuzhou Jiangsu 221008 china)
Abstract: Coal seam permeability is one of the key factors that restrict the development of coalbed methane ( CBM) . This paper clarifies the main geological factors which influence the coal seam permeability of Western Guizhou Province-Eastern Yunnan Province by analyzing the characteristics of coal seam permeability and referring to geological exploration data of coal field. According to the research results,the permeability of the whole area has a declining tendency from East to West and the permeability of Zhina Coal Mine in Western Guizhou is dramatically higher than other areas. Among all factors affecting permeability,regional tectonic stress,coal seam fractures, coal seam buried depth and coal seam thickness are of significant controlling effects.
Keywords: coal seampermeabilitytectonic stresscoal seam buried depthcoal seam thickness
引言
黔西地区煤层气资源丰富,主要赋存于六盘水煤田和织纳煤田的向斜构造,其中甲烷含量超过8m3/t的“富甲烷”区资源量占贵州省资源总量的90%以上。滇东地区煤层气资源量为4500亿m3,占云南省煤层气资源总量的90%。
煤储层的渗透率是衡量煤层气可开采性最重要的指标之一(秦勇等,2000),在煤层气气源已查明的前提条件下,煤储层渗透率又是制约煤层气资源开发成败的关键因素之一。煤储层在排水降压过程中,随着煤层气的解吸、扩散和排出,有效应力效应、煤基质收缩效应和气体滑脱效应使煤储层渗透性呈现动态变化。深入分析渗透率分布特征及其地质控制因素,对于煤层气有利区带优选及煤层气开发措施优化具有重要的理论意义和现实意义。
1 煤层渗透率特征
1.1 煤层试井渗透率
据统计,贵州省境内目前有9口煤层气井19层次的试井数据(表1)。织纳煤田两口煤层气参数井位于比德向斜化乐勘探区,测试煤层埋深浅于600m,试井渗透率较高,在0.1074~0.5002mD之间,平均0.2797mD,属于中渗透率煤层,具有商业性开发的有利条件。六盘水煤田7口煤层气探井,全部分布在东南部的盘关向斜和青山向斜,煤层试井渗透率0.0004~0.4800mD,多低于0.02mD,平均0.0741mD,远远低于织纳煤田,属于特低渗透率煤层。
表1 黔西地区煤层气井试井成果
续表
1.2 煤层渗透率分布特征
根据表1统计结果,取埋深浅于650m的测试煤层为基准,黔西(乃至滇东)地区上二叠统煤层渗透率区域分布规律十分明显,总体上由东向西趋于降低。例如,织纳煤田比德向斜煤层试井渗透率平均为0.2797mD,六盘水煤田盘关向斜金竹坪勘探区和青山向斜马依东勘探区煤层渗透率在0.15mD左右,进一步向西至滇东恩洪、老厂、宣威等向斜或煤田渗透率平均值只有0.0904mD。这一区域分布规律,一方面是聚煤期后构造变动对煤层破坏程度的强弱不同的结果,另一方面与区域现代构造应力场对煤层裂隙的挤压封闭程度有关。
由于煤储层埋藏深度与相应地层有效应力存在相关性,埋藏越深,有效应力越大,渗透率越低(傅雪海等,2003周维垣,1990),在层位上,煤层渗透率似乎没有明显的分布趋势(表1)。例如,对于化乐勘探区1602井、亮山勘探区QH1井、金竹坪勘探区GM2井和马依东勘探区MY01井,渗透率具有随煤层埋深的增大而减小的趋势。而在马依东勘探区MY03井、亮山勘探区QH3井和化乐勘探区3603井,煤层层位降低,试井渗透率趋于增高。
2 影响煤层渗透率的地质因素
煤层渗透率的影响因素有许多,如构造应力场、煤层埋深、煤储层厚度,煤储层压力,煤体结构、煤岩煤质特征、煤级及天然裂隙都不同程度地影响煤层渗透率,可以是有多因素综合作用的结果,也可以是某一因素起主要作用。
2.1 构造应力场对煤层渗透率的影响
黔西滇东地区基底交叉断裂控制盖层中方向各异的褶皱断裂带,组合为弧形、菱形和三角形等各种构造型式,构成统一的区域构造格局(图1)。其中,织纳煤田位于百兴三角形构造,六盘水煤田的构造主体是发耳菱形构造和盘县三角形构造,构造应力场极其复杂(图1)。对于三角形构造,差应力值在3个顶角处最大,边部次之,向三角形内部递减,构造变形在角顶和边部强、中部弱,这与织纳煤田煤体结构区域分布规律一致。由此推测,六盘水煤田中—南部可能发育两个煤体结构相对完整的中心地带,分别是中部发耳菱形构造区和南部盘县三角形构造区的中央地带。其中,发耳菱形构造区构造隆升相对强烈,含煤地层保存条件较差,只有零星分布。因此,黔西地区煤层渗透性较好的地带可能位于两个地带:一是织纳煤田中部,如水公河向斜、珠藏向斜、牛场向斜等区域二是六盘水煤田南部的盘关向斜中央地带,大致位于盘县县城以北。
黔西—滇东地区煤层物性与地应力状况关系密切,尤其是煤体结构、煤层渗透率和煤储层压力,地应力场则受控于区域构造背景。这种控制作用,具体表现在地应力梯度的高低,这是造成煤层渗透率区域分布差异的重要地质原因。
中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集
图1 贵州西部构造格架示意图引自乐光禹等,1994)|1—Ⅰ级断块边界(F1,垭都紫云断裂带F2,石阡安顺断裂带)2—Ⅱ级断块边界3—盖层褶皱断裂带4—构造盆地5—构造隆起6—省界Enever等(1997)通过对澳大利亚煤层渗透率与有效应力的相关研究发现,煤层渗透率变化值与地应力的变化呈指数关系(周维垣,1990):
K/K0=e3CΔδ
式中:K/K0为指定应力条件下的渗透率与初始渗透率的比值C为煤的孔隙压缩系数Δδ为从初始到某一应力状态下有效应力。
据黔西—滇东18口煤层气井36层次试井资料,地应力场中的最小主应力(闭合压力)梯度降低,煤层渗透率随之增高,两者之间呈相关性良好的负幂指数关系。另外,渗透率随着地应力和煤层原生结构的破坏程度的增大而降低。区内最小主应力梯度从东往西增大,在织纳煤田比德向斜为17~21kPa/m,六盘水煤田青山向斜为12~27kPa/m,六盘水煤田盘关向斜为21~33kPa/m,滇东老厂矿区为17~25kPa/m,滇东恩洪向斜为20~34kPa/m。越靠近康滇古陆方向,最小主应力越高。
2.2 煤层埋藏深度对渗透率的影响
岩层的密度远大于孔隙中流体的密度,致使垂直应力的增加幅度较大,傅雪海等(2001)研究认为煤储层渗透率具有随埋深加大呈指数减小的趋势。这也从另一方面反映了地应力对煤储层渗透率的影响,即随着埋藏深度的增加上覆地层的重力对裂隙的压迫作用增强,使有效应力增加,反而不利于煤储层的裂隙发育,从而渗透性降低。
黔西滇东地区煤层渗透率与埋藏深度之间关系尽管较为离散,但负幂指数趋势十分明显同时,在测试煤层相似埋深(500~700m)的情况下,渗透率同样具有由东往西降低的趋势(图2)。渗透率与煤层埋深之间负幂指数关系的转折深度在600m左右,对应的渗透率约0.05mD。煤层渗透率一旦低于0.05mD,则渗透率与埋藏深度之间就没有确定的关系,指示着渗透率极低不仅是与煤层的埋深有关,也与其他因素有关,而且其他因素对煤层渗透性的影响很大。导致煤层气地面开发难度大,如盘关向斜和滇东恩洪向斜。青山向斜则呈现相反的趋势,随着埋深的增加,煤层渗透率却呈增大的趋势,矿区煤层甲烷含量在平面上有一定的分布规律,表现出“北高南低、东高西低、深高浅低”的总体趋势(彭伦等,2010)。这一点,是由于青山向斜地区与外界水力联系弱,因受水力封闭和水力封堵,煤层含气量高,加之煤体结构较完整,渗透性较好,具有良好的煤层气开发潜力。
图2 黔西—滇东地区煤层渗透率与埋藏深度之间关系
2.3 煤层渗透率与储层压力的关系
煤层埋深增大的情况下,垂向地应力导致储层压力增大,有效应力随之显著减小,煤体发生弹性膨胀而致使裂缝宽度减小,渗透性同时降低。研究区煤储层压力与煤层渗透率呈负对数关系,这与储层压力受控于煤层埋深有着必然的联系。比如,在储层压力为5~7MPa之间,煤层渗透率的分布比较离散,没有特定的趋势(图3)。
图3 黔西—滇东地区煤层渗透率与煤储层压力关系
2.4 煤层厚度对渗透率的影响
秦勇等(2000)发现,华北石炭二叠系煤层以渗透率0.5mD为界,煤层厚度与渗透率之间表现为两段趋势相反的分布规律。当渗透率小于0.5mD时,煤层厚度增大,渗透率总体上增高。当渗透率大于0.5mD时,渗透率随煤厚的增大反而降低。
就黔西地区渗透率大于0.03mD的煤层来说,渗透率随煤层增厚呈现出减小的趋势(图4),这与煤厚和裂隙发育密度之间的负相关性有关,泥炭聚集期各种地质因素的综合作用起着重要控制作用。然而,渗透率小于0.03mD时的煤层厚度与渗透率之间成正相关关系,用上述原理显然无法解释其原因,表明其他因素起着更为重要的控制作用,如煤体结构、裂隙开合度以及煤级和煤岩组成控制之下的裂隙发育密度等。
2.5 其他因素对渗透率的影响
渗透率比较小时,煤层埋深、煤储层压力和煤层厚度与渗透率的关系都不是简单的线性关系,这表明煤储层渗透率还受其他因素的控制,比如煤层的孔、裂隙结构和煤体结构等。
图4 黔西地区煤层渗透率与煤层厚度的关系
研究区内平面上自东北向西南方向孔隙度呈现出先增加后减少而后再增加的双峰型特征,煤储层孔隙度发育偏低,渗透率随孔隙度的增加而增加,孔隙度受区域变质影响显著,随最大镜质组反射率的增大先增长后缓慢下降。盘关向斜煤储层孔隙发育较好,有利于煤层气的储集和渗流,其次为织纳煤田部分储层发育较好,大部分煤储层微小孔极为发育非常有利于煤层气的储集,但孔隙连通性较差不利于煤层气的渗流运移格目底向斜及滇东地区煤储层孔隙发育相似,区域内孔隙类型多、差异大、非均质性强,储集性相对较好,但整体不利于煤层气渗流运移。
贵州省境内不同煤田的煤体结构差别极大。总体来看,六盘水煤田煤体结构破碎,如盘关向斜以构造煤为主织纳煤田煤体结构相对完整,如水公河向斜多数煤层原生结构完好。整体结构的差异是织纳煤田煤层渗透率远高于六盘水煤田的重要原因。
3 结论
综上所述,黔西滇东地区煤层渗透率的大小受到构造应力、煤层埋深、煤储层压力和煤层厚度等多个因素的影响,其中构造应力是影响煤层渗透率的最主要因素。
(1)煤层渗透率随地应力场中的最小主应力梯度的减小而增大。
(2)黔西滇东地区煤层渗透率随煤层埋藏深度的增加而呈指数降低。受此影响,煤储层压力与煤层渗透率呈负对数关系。
(3)在构造应力对煤储层渗透率总体控制之下,存在着裂隙、储层压力、煤层厚度、水文地质条件等多种因素的叠加,在构造应力相似的条件下,其他因素起着更重要的作用。
参考文献
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傅雪海,秦勇,姜波等.2003.山西沁水盆地中南部煤储层渗透率物理模拟与数值模拟[J].地质科学,38(2):221~229
林玉成.2003.滇东地区煤层气资源及富集规律[J].云南煤炭.1:53~57
彭伦,刘龙乾等.2010.青山矿区水文地质控气特征研究[J].煤,19(6):1~3
秦勇,叶建平,林大扬等.2000.煤储层厚度与其渗透率及含气性关系初步探讨[J].煤田地质与勘探,28(1):24~27
周维垣.1990.高等岩石力学[M].北京:水利电力出版社,158~214
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