（五）阜新盆地煤层气地质概况
阜新盆地位于华北陆块东北缘，华北北缘隆起带的东部，是前寒武纪变质基底上发育的燕山期断陷盆地，同沉积断裂控制沉积盆地的形成与发展。阜新盆地北邻松辽盆地，是与松辽盆地深部晚侏罗至早白垩世断陷同期形成的断陷盆地，在盆地形成演化和地质构造特征上具有很大的相似性。
阜新盆地为早侏罗—晚白垩世断陷盆地，基底为太古宇、新元古界和震旦系，华北陆块北缘燕山晚期构造活动强烈，形成一系列北东、北北东向张扭性断裂，被拉张的变质岩系形成裂陷，伴随裂陷的形成有大规模间歇性火山喷发。在张扭作用下裂陷盆地加速下降，形成九佛堂期、沙海期水进沉积序列。至阜新期在压扭作用下盆地沉降速度减缓，形成水退沉积序列，沉积了巨厚煤层。晚白垩世孙家湾期气候转为干旱，聚煤作用减弱，沉积了粗碎屑岩，盆地逐渐萎缩，至白垩纪末盆地抬升遭受剥蚀，并被后期构造掀斜，呈现南西抬升，北东沉陷，伴有轻微褶皱及张性、张扭性断裂。从盆地发育历史分析，盆地聚煤期较为稳定，形成了较好的煤层，上覆层系有一定厚度，对煤层的深埋演化成煤、成烃较为有利。成盆期后的构造活动较为强烈，岩浆侵入对含煤岩系有一定影响，构造抬升和掀斜及张性、张扭性断裂对气态烃类保存不利，对盆地形成封闭的水动力系统不利。
阜新盆地及周缘岩浆活动频繁，成盆初期义县期为间歇性火山喷发，白垩纪早期聚煤期较为平静，喜马拉雅期辉绿岩岩浆侵入，多以北东向断裂带为通道形成岩床、岩脉、岩墙。侵入岩分布面积广，不均匀。辉绿岩床多沿煤层侵入，对煤层有一定影响。
阜新盆地为北北东向狭长断陷盆地，沉积岩层东厚西薄呈箕状，具东西分带、南北分块构造格局，面积1500 km2。盆地边缘以断裂为界，断面向盆地倾斜，浅陡深缓，控制盆地的成生和发展。沙海组同沉积断层以北东及北北东、北东东向正断层为主，并形成断槽。阜新组以北东向褶皱为主，呈雁列式，并有北东及近南北向正断层发育。白垩纪晚期构造变形使盆地整体掀斜，南端和西侧相对抬起，北端和东侧相对下沉，形成现今构造面貌。
阜新盆地基底为华北陆块北缘隆升裸露的前震旦纪变质岩系和震旦纪石英岩、硅质灰岩。断陷盆地沉积岩层为上侏罗统义县组，以火山喷发岩为主，夹砾岩、砂岩、泥岩，并有薄层煤，厚度大于400 m。九佛堂组为黑色泥岩、灰白色砂岩、凝灰质砂砾岩，厚1400～2000 m。含煤地层主要是下白垩统沙海组，为砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、煤层，厚650～1340 m。阜新组为灰色砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、煤层，厚445～1100 m。含煤岩系之上覆盖层为下白垩统孙家湾组，灰绿—紫—杂色砾岩、砂岩、泥岩，厚500～1000 m。有20 m第四系沉积物覆盖其上。
沙海组沙1段为半干旱型冲积扇，沙2段为潮湿型冲积扇和扇前—扇间洪积平原，沙3段为浅湖周缘扇三角洲和浅水湖泊，沙4段为浅水湖泊、深水湖泊及水下重力流沉积。自下而上为较完整的水进沉积序列。沙海组沉积向盆缘厚度变大，粒度变粗，向盆地轴部厚度变小，粒度变细，煤层受浅湖周缘扇三角洲控制。沙海组可分4个段7个单元，除底部不含煤外其余全是含煤层，层间距0.5～30 m，其中沙3、4段在全区含较稳定可采煤层。沙海组3～4段含煤7～26层，厚2.90～25.10 m，可采煤层9层，单层煤最厚达20.3 m。沿沉积倾向方向煤层向两侧分叉变薄、尖灭，富煤带沿盆地长轴呈北北东向展布，最大面积达18.5 km2。
阜新组高德段时期，由深湖周缘扇三角洲—湖泊沉积逐渐转为冲积扇和扇间冲积平原，形成细—粗—细沉积序列。太平段时期，盆缘向中央依次为冲积扇—扇前辫状河—网结河沉积。中间段时期，盆缘冲积扇活动比太平期更为强烈。孙家湾段时期，盆地中央网结河沉积有所扩展。水泉段时期，扇前辫状河水系十分发育，为洪水泛滥扇前冲积平原。阜新组自下而上组成水退沉积序列。阜新组也有向盆缘厚度变大，粒度变细，含煤率增高的趋势。阜新组5个段又分7个煤层组，含煤30多层，可采煤20层，层间距0.5～30 m。太平段含煤层多，厚度大，层间距小。阜新组太平段、中间段、孙家湾段含煤系数25%，煤层厚度10～80 m，其中大于10 m厚的煤层较多。LJ-1井于井深818.8～901.2 m钻遇太平段、中间段煤层，累厚51.2 m；于井深732.2～765.0 m钻遇孙家湾段煤层，累厚27.2 m。盆地轴部为富煤带，煤层厚，结构简单，煤质好，向南东盆缘方向煤层分叉减薄，向西北方向分叉较弱，变化较小。阜新组煤层主要受辫状河水系和扇前浅水湖泊相沉积控制。
阜新盆地宏观煤岩类型变化不大，除水泉段煤层以半亮煤和半暗煤为主，其它均以光亮煤、半光亮煤为主，次为半暗煤。煤层原生条带结构、内生裂隙和板状节理发育，裂隙面有后生方解石、黄铁矿、粘土矿物。煤岩显微组分为镜质组，次为半镜质组，镜质体最大反射率为0.375%～1.5%。阜新组煤质分析挥发分为39.72%～41.05%，变化范围不大，在接触变质带变化较大。气煤水分为6.17%～6.28%，长焰煤为5.57%～8.62%。灰分为17.23%～23.54%，属中灰煤，位于分叉带或结构复杂煤层灰分偏高。硫分为1.42%～2.84%，属中硫煤，在辉绿岩体附近变化大。沙海组煤质劣于阜新组，除1煤为长焰煤，其它均为气煤，气煤挥发分为40.42%～41.58%，变化不大。灰分为20.66%～29.90%，属中灰煤。硫分为低中硫煤和中硫煤，含量0.68%～3.36%。LJ-1井主要目标煤层均为低灰、特低硫、低磷煤。阜新盆地煤阶主要为长焰煤和气煤，随深度变化煤阶增高，一般以埋深650 m为界，其上为长焰煤，其下为气煤，但在王营立井高德段煤层埋深400 m以下即为气煤，盆地中部东梁矿区埋深1000 m煤岩镜质体反射率为0.5%～1.5%，高煤阶已达肥—焦煤，与喜马拉雅期辉绿岩发育热变质密切相关。LJ-1井主要目标煤层为低变质长焰煤。
根据LJ-1井17个样品分析资料，阜新盆地主要煤层含气量为6.3～10.4 m3/t，平均值8.5 m3/t。根据煤样解吸样品气体成分测定，气体主要成分CH4占70%～90%，N2为7%～31%及微量CO、CO2。据LJ-1井阜新组煤层等温吸附试验资料，太平段煤层兰氏体积为33.71 cm3/g，兰氏压力为19.07 MPa；中间段煤层兰氏体积为18.81 cm3/g，兰氏压力为6.74 MPa；孙家湾段煤层兰氏体积为21.59 cm3/g，兰氏压力为9.98 MPa。
阜新盆地多数煤层原生结构保存较好，孔隙度为4.0%～9.5%。根据原煤的密度和容重计算的孔隙度，太平段煤层为3%，中间段煤层为2%，孙家湾段为1%，孔隙度值偏低。根据LJ-1井资料，各煤层割理发育较好，太平段、中间段煤层面割理10～12条/5 cm，端割理2～4条/5 cm；孙家湾段煤层面割理8～10条/5 cm，端割理2～3条/5 cm。各煤层自上而下割理发育程度无明显变化，煤层和夹矸层中多见构造裂隙和劈理。LJ-1井裸眼注入压降法测试，太平段煤层渗透率为0.323×10-3μm2，中间段煤层渗透率为0.469×10-3μm2。孙家湾段煤层进行DST裸眼试井，测试井段730～757 m，储层渗透率为0.428×10-3μm2。试井资料表明，煤储层压力梯度为4.9 kPa/m，孙家湾段储层压力为3.7 MPa，含气饱和度为80%。
阜新盆地阜新组煤层30多层，可采煤层20层，煤层多、厚度大、间距小、煤质好，变质程度已达长焰煤、气煤阶段，是主要目标煤层。沙海组煤层沙3～4段含煤30层，可采煤9层，埋藏较深，主要是气煤和长焰煤，是煤层气勘探目标层。阜新盆地的煤层气封盖条件，孙家湾组下部粉砂岩、页岩厚35～70 m，埋深150～300 m，为一层隔水层，阜新组的粉砂岩和泥岩厚数米至数十米，埋深350～580 m，也是一层隔水层，可能成为区域性封盖层。沙海组在形成水进浅湖沉积体系时细碎屑岩比重较高，埋深较大，成岩程度较高，封闭条件较阜新组为好。阜新盆地阜新组以上有4层含水层，第四系砂砾岩含水性强，上部孙家湾组和下部阜新组孙家湾段、太平—高德段都为砂砾岩层含水，岩性胶结松散，矿化度有向下增高的趋势，太平—高德段达1476 mg/L，为Mg-Ca—HCO3型。阜新盆地成煤期后盆地南部和西部抬升、掀斜，沙海组、阜新组均遭剥蚀，盆地水动力条件较为活跃，对煤层气保存不很有利。
阜新盆地煤层气勘探程度低，1993～1997年矿区利用煤层瓦斯抽放井5口，抽放量727×104m3。近年来，在盆地内施钻煤层气勘探井5口，其中2口为资料勘探井，1999～2000年施钻的LJ1-3煤层气勘探井，LJ-1井排采近5个月，最高产气量3320 m3/d，平均产气量2900～3000 m3/d。
阜新盆地煤层分布广，埋藏深度适中，大多在500～1000 m之间，煤种以长焰煤为主，少量为气煤，煤炭资源量达25.0×108t。据西安煤炭研究分院测算，煤层气资源量为55.71×108m3，其中预测储量为48.67×108m3，远景资源量为7.04×108m3。
参见《中国煤层气盆地图集》“阜新盆地地质图”、“阜新盆地早白垩世沙海中期岩相古地理图”、“阜新盆地早白垩世阜新早中期岩相古地理图”、“阜新盆地含煤层段厚度及煤层特征表”、“阜新盆地下白垩统阜新组煤层厚度图”、“阜新盆地下白垩统主煤层煤岩变质程度图”、“LJ-001孔煤层含气量数据表”、“阜新盆地阜新组煤层等温吸附参数表”、“阜新组煤层等温吸附曲线”。
陈兆山 王志刚
（东北煤田地质局一〇七勘探队 阜新 123000）
作者简介：陈兆山，男，1960年10月生人，教授级高工，物探、煤层气，邮箱：czschenzhaoshan@163.com。
摘要 本文结合刘家区煤层气开发实践，对其主控地质因素进行了综合分析，就单井控制煤层气可采资源量、构造发育情况、岩浆活动情况、水文地质情况、煤储层改造后的综合渗透率、临界解吸压力和盖层条件进行了论述。提出了该区煤层气开发的布井原则和有利区块。认为该区煤储层内、外生裂隙发育，有利于煤层气藏的产出，在靠近辉绿岩墙、岩床附近的煤层煤阶高，煤层气含量高，外生裂隙极其发育，易改造成高渗透区，有利于煤层气开发。选择煤层气井位应靠近裂隙发育带，但应避开主裂隙带；在向斜翼部或煤储层近同期形成的裂隙带是最理想的布井区块。
关键词 煤层气 主控地质因素 单井控制的煤层气可采资源量 渗透率 临界解吸压力 采收率
Analysis on Main Geological Control Factors of Coalbed Methane in Liujia Mining Area，Fuxin Basin
Chen Zhaoshan，Wang Zhigang
（Team No.107，Northeast Bureau of Coal Geology，Fuxin 123000）
Abstract：Combined on the development practice of CBM in Liujia mining Area，the paper comprehensively analyzed the main geologic control factors of CBM and discussed recoverable resource of CBM controlled by one single well，structural development，magmatic activity，hydrology，synthetic permeability after coal reservoir transformation，critical desorption pressure and cap formation.It put forward the principle of drilling distribution and advantageous areas for development of CBM.It was concluded that inner and outer formed cleats very develop in this area，which is in favor of CBM's output，and coal rank and gas content are high and outer cleats very develop near the diabase dike and sheet，which is easy to be transformed into high permeable areas in favor of development of CBM.CBM wells should be located near the zones with developed cleats and away from the direction of main cleats.The flank of syncline and zones of cleats formed at same time of coal seams are the most perfect place to arrange drilling.
Keywords：coalbed methane；main geological control factors；recoverable resource；permeability；critical desorption pressure；recovery
引言
阜新盆地是我国煤田勘探与煤层气开发较早的盆地之一，矿井多属高沼气矿井，致使煤矿发生过多次灾害性事故。1995～1997年阜新矿务局与中美CBM公司在刘家区施工煤层气预探井两口，均因施工工艺问题未果。近年来东北煤田一〇七勘探队和阜新市对该区进行了大量的煤层气地面勘探和开发工作，取得了令入满意的成果。该区于2002年10月开始商业运行，日供气量16000～25000m3，其交通位置详见图1。1999年至今施工了11口煤层气地面开发井，单井产气量均达到了工业气流，产气量：1000～8500m3/d，LJ-1井实测煤层气含量 6.3～10.37m3/t（原煤基）；实测渗透率 0.323×10-3～0.469×10-3μm2，压裂改造后综合渗透率为21.5610-3μm2。这一结果说明该区不同位置的煤层气井产能有较大差别；煤储层改造前后渗透率变化较大。为了获得理想煤层气产能，本文结合几年来煤层气开发实践，对煤层气主控地质因素进行综合分析，力求提出今后选择煤层气井位的原则，为其他煤层气开发区块提供借鉴。
图1 阜新煤田交通位置图
1 主控因素
几年来刘家区煤层气开发实践证明，在靠近辉绿岩墙、岩床附近的煤层被侵入体烘烤，使煤变质程度增高，煤层气含量大，内、外生裂隙极其发育，是煤层气开发的理想区域，例如：LJ-5井和LJ-6井日产气量4500m3、LJ-3井日产气量6500m3。与目标煤层近同期张性裂隙带也是煤层气开发的理想区域，如：LJ-10 井日产气量8500m3；同时发现研究区向斜轴部煤层气井产气量低于向斜翼部，如：LJ-1 井（轴部）产气量小于LJ-3井（翼部）产气量。
煤层气井产能的高低与煤储层哪些因素有着重要关系？如何选择煤层气井位才能达到经济效益合理，笔者认为主要取决于研究区单井控制的煤层气资源量、构造发育情况、岩浆侵入因素、水文控制因素、改造后的综合渗透率、临界解吸压力和它的盖层条件。
1.1 单井控制的煤层气资源量
单井控制煤层气资源量的大小主要取决于煤层的厚度、采收率、煤层含气量和单井控制的面积。研究区内主要由白垩纪地层组成，全区发育五大煤层群；其中三大主要煤层群，自上而下为：孙本煤层群、中间煤层群、太平煤层群。这三大煤层群也是研究区煤层气地面开发的目标层，最大累计可采煤层厚度86.53m（7001 井），平均累计可采煤层厚度42.96m，具体详见表1。
表1 刘家井田主要可采煤层统计表
仿地层温度条件下，煤层自然解吸到每天少于10mL 终止的要求，LJ-1 井煤层气含量测试结果：孙本煤层（原煤基下）6.3～7.51m3/t；中间煤层（原煤基下）7.69～10.14m3/t；太平煤层（原煤基下）9.52～10.37m3/t；LJ-1井距辉绿岩侵入体较远，而且又地处向斜轴部，所测定的煤层气含量在研究区内属低值，其他部位煤层气含量会更大些；实际产出的煤层气，甲烷浓度大于97%，其他成分以氮气为主。
单井控制的煤层气资源量：G井=A·H·D·C
G井——单井控制的煤层气资源量（m3），A——单井控制范围的面积（m2），H——单井控制范围内的煤层平均厚度（m），D——煤层的容重（t/m3），C——单井控制范围内的煤层气含量（m3/t）。
单井控制煤层气可采资源量：G可=G井·采收率
区块内不同部位的煤层含气量均有所差异，但变化不会很大；同一井型同一区块单井控制面积也不会有较大变化；所以单井控制煤层气可采资源量主要由煤层厚度和采收率来决定。而采收率又主要取决于钻井的工艺和储层改造方法，如：垂直井的控制半径约150m、采收率为40%，而羽状水平井控制范围约1km2、采收率为80%（来自美国有关资料；中国可能会小些）。本区的煤层含气量相对稳定，钻井工艺主要为垂直井，储层改造方法为清水携砂压裂，因此煤层厚度就成了井位选择的主要因素。陆相盆地构造复杂，煤层厚度变化大，如井位选择不当就会造成单井控制煤层气可采资源量过小，直接影响到经济效益。
以刘家区为例阐述在井位设计时，如何考虑对单井控制煤层气可采资源量这一主控因素的影响：
根据《辽宁省阜新市刘家区煤层气普查地质报告》结论数据：煤层气生产井服务年限13.2年、控制半径150m、煤层气含量按9.21m3/t、采收率40%、煤层气售出价格1.20元/m3来估算（垂直井）。
本区煤层气生产井总体工程费用250万元/井（垂直井），排水采气工程费用30万元/年·井，税金等其他费用50万元/井；一口煤层气生产井从开始到结束需投入696万元（贷款利率略）。需要采出580×104m3煤层气才能达到收支平衡，这就需要有1450×104m3的单井控制储量做保证，因此该区煤层气井位处的煤层厚度应大于16.15m。
1.2 构造发育情况
阜新盆地位于新华夏系第三沉降带与天山-阴山东西复合构造带、赤峰-铁岭断隆带交接部位。属中生代陆相断陷型沉积盆地，具有东西分带，南北分块的构造格局。在白垩纪以后由于地层受南北向挤压作用形成了刘家与王营子NNE向宽缓向斜构造，其后应力场由挤压体制逐渐转化为右旋张扭，使原应力场中形成的NNE、NEE 两组外生裂隙处于张剪或引张状态，造成该区煤层割理和外生裂隙系统极其发育，煤储层易改造成高渗透率储层。见图2所示。与煤储层近同时期形成的裂隙带或穿过煤储层向上延伸较短，未破坏盖层的断裂带，不但能够形成煤层气良好的通道，而且为煤层气的储集提供了有利的条件，这样的区块是最理想煤层气开发区，如LJ-5、LJ-6井位于八带岩墙，LJ-10井位于刘家2号断层都形成了良好的产能；后期形成的裂隙带为煤层气提供良好的逸散通道，不利于煤层气赋存，使煤储层含气量降低、临界解吸压力降低，还有可能沟通上部的含水层造成产水量过大，不宜排采。如LJ-7井位于后时期产生的平安2号断层附近，煤层气通过该断层逸散，水量很大、产能很低（200m3/d）。
1.3 岩桨活动情况
研究区因白垩纪后期地应力场的改变，形成许多正断裂，煤层中的裂隙系统发育，所以第三纪辉绿岩沿断裂及裂隙侵入形成侵入体，多以岩床和岩墙产出。该区辉绿岩共分三期，第一期主要以北东向岩墙和主岩床为代表，共有6带岩墙，即NE1-NE6，该期岩墙规模不大，仅对西北部中间及太平煤层略有影响。第二期辉绿岩主要以东西向岩墙为代表，共有13带岩墙，即B1-B13带。由西部王营矿贯穿至刘家区，对煤层有一定的破坏作用。尤其是三带、六带、八带岩墙规模较大。第三期是最晚一期辉绿岩活动，而且活动最频繁，共有4带，NNE1-NNE4带，其中NNE3 带规模最大，对煤层的破坏作用也大，但该岩墙分布在刘家区西北边缘，主要是对浅部的五龙矿影响较大，对刘家区中间、太平煤层有一定的影响；但同时它也对煤层气藏的形成起着十分积极的作用，尤其对五龙、刘家区等影响更大一些，距辉绿岩侵入体一定范围内，煤的变质程度随距侵入体距离的减小而增大，甚至变质成天然焦，因此在辉绿岩侵入体附近的煤层含气量高。
辉绿岩的侵入使煤层割理系统进一步发育，在其附近外生裂隙也比远离构造带的区域发育。从而因辉绿岩的侵入改善了煤储层的渗透率，如：LJ-5、LJ-6 井的渗透率要高于其他各井。由于天然焦含气类型主要为游离气，又为高渗透性地层，且与侵入体直接接触，易造成煤层气沿断裂带逸散，因此天然焦区不是理想的煤层气开发区块。
1.4 水文地质情况
阜新煤田水文地质条件较为简单，其含水层多为弱含水层水量不大，含水层自上而下为第四系含水层，阜新组水泉煤层顶板砾岩、砂岩承压含水层，厚度180～254m；阜新组水泉-孙本煤层间砂砾岩层承压弱含水层，厚度40.00～68.00m；阜新组中间煤层裂隙承压弱含水层；辉绿岩与围岩接触蚀变裂隙含水带；断裂构造裂隙含水带，区内两条主断层：平安F2、刘家F1都张性断层，导水性较好，在钻井过程中，均有漏水现象。
（1）第一含水层：位于孙家湾组底界-水泉煤层群顶界，为灰白色砾岩、砂岩夹粉砂岩、泥岩及薄煤，厚度180～254m。该段多发育裂隙，钻孔漏失水量0.5～14m3/h。
图2 刘家煤层气普查区块划分示意图
（2）第二含水层：位于水泉煤层底界-孙本煤层顶界，以质地疏松的砂砾岩为主，厚度40～68m。渗透系数0.29×10-4m/d，单位涌水量0.11×10-14L/s.m。钻井钻遇该层段时多见裂隙，常发生严重漏水现象，漏失量1～25m3/h。
（3）第三含水层：位于中间煤层群以下的砂砾岩、粗砂岩、中砂岩，主要是裂隙承压水。
（4）辉绿岩与围岩接触蚀变裂隙含水带：渗透系数1.95×10-4m/d，单位涌水量0.52×10-4L/s.m。
（5）断裂构造裂隙含水带：区内有平安二号断层、刘家F1两条主要断层。据钻井施工所见，平安二号断层西部边界断层裂隙带漏水，西北部的刘家F1为张性断层，导水性较好。钻井钻遇该裂隙带时多漏水，漏失量8～12m3/h。该区的充水因素分析主要为：辉绿岩及其围岩接触裂隙带、向斜构造裂隙带、断裂构造裂隙带。
综合上述，对该区水文地质条件的分析表明，属中等，煤系含水层不多，单位涌水量很小，煤层本身弱含水。笔者认为第二含水层和第三含水层以承压水状态填充在中间和孙本煤层的上下地层之中，形成了二次圈闭，有效地抑制了煤层气逸散。煤层水是煤储层降压采气的介质，它也是煤层气高产的必要条件，同一区块煤层本身含水量大的区域煤层气产量高。如：LJ-5和LJ-6井。
因白垩纪晚期地应力场的改变，生成许多正断裂及裂隙系统，致使断裂带附近的煤层与含水层沟通或与其他砂岩层相连，使煤层气向上运移，造成附近煤储层含气饱和度下降、临界解吸压力降低。如LJ-9井煤储层通过三带岩墙与上覆含水层相通，使该井水量很大，导致水位不能降到预定深度，无法形成产能，因此在布煤层气井位时，距充水带的距离应大于压裂半径。
1.5 煤层的渗透率
该区在煤层气普查阶段通过对参数井LJ-1井采用裸眼试井的方法测得主要储层段渗透率数据。
孙本煤层段渗透率为0.428×10-3μm2；
中间煤层段的渗透率为0.469×10-3μm2；
太平煤层段的渗透率为0.323×10-3μm2。
孙本煤层段渗透率值是由辽河油田井下作业公司测试大队采用DST裸眼试井工艺测得的，测试段厚27m（730～757m）。中间煤层段和太平煤层段渗透率值是由中国煤田地质总局第一勘探局煤层气勘探开发研究所采用裸眼注入压降法试井工艺测得的。中间煤层段测试厚度为17.98m（818.82～836.80m）；太平煤层测试段厚度为59.59m（841.61～901.20m）。
孙本煤层、中间煤层、太平煤层均进行了清水携砂压裂改造；经排水采气试验的日排水量、稳定水位深及排液累计量等参数，计算出LJ-1井孙本煤层、中间煤层、太平煤层综合渗透率为21×10-3μm2。分析认为，由于裂隙是在张性应力场中形成的，处于引张状态，所以易改造形成高渗透率。LJ-1井距裂隙带较远况且如此，那么在裂隙带附近就可想而知了。如LJ-5综合渗透率为44.3×10-3μm2。
笔者认为煤储层原始渗透率很低，张性断裂对煤层气的破坏作用范围较小，建议煤层气井设计时，其井位距张性断裂150m 为宜。如：LJ-12 井距九带、十带岩墙100m，该井产能1600～2000m3/d，LJ-1井控制范围内无辉绿岩侵入体，其产能2200～2500m3/d。
1.6 临界解吸压力
LJ-1井孙本煤层、中间煤层、太平煤层储层压力分别为：6.74MPa、6.75MPa和8.24MPa；计算储层压力梯度孙本煤层0.907MPa/hm、中间煤层0.82MPa/hm、太平煤层0.98MPa/hm，属负压地层，煤层吸附量有一定的降低。经Langmuri 方程和煤层气解吸总量计算出三个目标层临界解吸压力分别为：孙本煤储层4MPa、中间煤储层6MPa、太平煤储层5.8MPa。临界解吸压力如此之高尚属国内少见，这对煤层气产出提供很强动力；经该井排采试验也证明了这一点。其他各井为生产井未获取上述参数，但排采试验中我们发现初始产气时各井内的储层压力有较大差别。其规律是：平安二号断层附近的LJ-7井水位降到750m时才初始产气（目标煤储层顶板深度827.01m）、LJ-4井目标煤储层因辉绿岩侵入使其多数变质成天然焦，初始产气水位深为 650m（目标煤储层顶板深度709.66m）；远离构造带或在与煤储层近同期裂隙带附近的煤层气井初始产气水位深与LJ-1井一致；临界解吸压力高的井产气量大，反之产气量小。
1.7 盖层
煤储层的盖层对于煤层气的保存与富集具有十分重要的意义，良好的封盖层可以减少煤层气的向外渗流运移和扩散，保持较高地层压力，维持最大的吸附量，减弱地层水渗流对煤层气造成的损失。即使低变质的煤如果盖层良好那么也可以获得理想的产能。例如LJ-3井和LJ-1井等。
该区虽然盖层条件较好，但局部存在较大的张性断裂，会促使气体沿断裂面向上运移，造成煤层气逸散，从而使煤层的含气性变的很差，含产气量降低、含气饱和度降低、临界解吸压力降低、产气量降低。如：LJ-7 井、LJ-8 井处于平安二号断层附近（属开放性断层），产气量较小，产水量特大，水位深不易降到产气深度范围。
该区孙本煤层群顶板岩石为5m左右的泥岩，其上以灰白色泥质胶结的砂砾岩、细砂岩、中砂岩，砂砾岩含孔隙水，质地疏松，钻井岩心的RQD值一般为64%～86%，笔者认为虽然该层顶板泥岩层很薄，但是其上覆的砂岩粒径较小，排替能力较强，所以该层的封盖性能较好，例如LJ-1井孙本煤层含气饱和度85%。在辉绿岩发育地区RQD值（大于10 c m岩心段之和与取心段长之比）为30%～60%，断层带附近为20%～50%。虽然该层封盖性能较好，但在断裂带附近的煤层与含水层沟通，使煤层气向上运移，造成附近煤储层含气饱和度下降、临界解吸压力降低。如：LJ-9井煤储层通过三带岩墙与上覆含水层相通，使该井水量很大，导致水位不能降到预定深度，无法形成产能。
中间煤层群顶板（亦为孙本煤层群底板）岩性为一套砂砾岩、细砂岩和粉砂岩。钻井岩心的RQD值为84%～98%，个别因受辉绿岩侵入及断层影响，RQD偏低为50%～70%。盖层顶板抗替能力较强，含气饱和度95%（LJ-1井）。
太平煤层群顶板（亦为中间煤层群底板）岩性为粉砂岩、中砂岩和砂砾岩，RQD值为84%～98%，底板岩性为粉砂岩、细砂岩和中砂岩，RQD值在78%左右，辉绿岩侵入区RQD值偏低为30%～60%，形成了很好的封盖能力，且性能比较稳定，为良好的封盖岩类。
2 结论与建议
（1）该区煤层气主控地质因素为单井控制可采资源量、构造发育情况、岩浆侵入因素、水文地质因素、改造后的综合渗透率、临界解吸压力和它的盖层条件。只有对上述主控因素综合分析，才能优选出煤层气井位，才能有效地保证煤层气生产井的产能和经济效益合理。
（2）煤储层内、外生裂隙发育有利于煤层气的产出。在靠近辉绿岩墙、岩床附近煤层的煤阶高，煤层气含量高，外生裂隙极其发育，是煤层气开发理想区块，如LJ-3井日产气量6500m3，建议在该区块布井。
（3）经 LJ-1、LJ-2、LJ-3、LJ-4 排采试验证明研究区外生裂隙发育不均，如：LJ-1、LJ-3产水量在3～5m3/d、LJ-2、LJ-4产水量在15～30m3/d。产水量过高，携砂能力强，易淤井，选择煤层气井位应靠近裂隙发育带，但应避开主裂隙带。
（4）近辉绿岩侵入体的煤层形成天然焦，其煤层气含量高，煤层气多以游离态赋存，产气量衰减速度快，高产期短，易影响煤层气井的服务年限。建议不在天然焦处布井。
（5）研究区向斜轴部煤层气井产气量低于向斜翼部，如LJ-1 井（轴部）产气量小于LJ-3井（翼部）产气量。建议以在向斜翼部布置煤层气井为宜。
（6）与煤储层近同时期形成的裂隙带或穿过煤储层向上延伸较短，未破坏盖层的断裂带，是最理想煤层气开发区；如LJ-10井日产气量8500m3。建议在煤储层近同时期形成的裂隙带或穿过煤储层向上延伸较短，未破坏盖层的断裂带附近布井。
（7）该区煤层气开发的有利区块应在Ⅰ区块和Ⅱ区块：面积约6km2，平均煤厚54m，可采煤层储量2.54×108t，占全区总储量的66%（详见图2）。该区具有良好的开发潜力，主要表现在：地理位置优越，距市中心仅5km，并于2002年建成了刘家煤层气管网，2003年11月建成了CN G母站，可向周边城市用户及汽车供气，用户广泛。
（8）采取空气、泡沫等欠平衡钻井技术可最大限度地减少对煤储层的污染。
辽宁阜新素有“煤电之城”美誉，现有国营煤矿五个，民营煤矿一百零一个。其中一共有八个大矿场，九十二座小矿。
阜新矿业有限责任公司于2002年3月由阜新矿务局改制成立，阜新矿业有限责任公司位于辽宁省阜新市辖区内，交通便利，国铁新义线、国道101线、沈阜公路和阜锦高速公路在此经过，并临近沈阳桃仙、锦州机场和锦州港。
恒大煤业公司
地址：阜新市海州区韩家店镇
恒大煤业公司是2005年1月16日由原阜新矿业集团王营煤矿破产改制重组而成的股份制企业。其矿井于1978年建设，1987年10月24日移交，1988年2月正式生产。目前，全矿共有全民在职职工1828人。截至2007年底，该矿共有煤炭地质储量14711万吨，其中：可采储量1601万吨。现资产总额为2.75亿元。2007年，共计生产煤炭79.58万吨，实现企业总收入3.32亿元。
五龙矿
地址：辽宁省阜新市海州区五龙路
五龙矿原是我国“一五”期间156个重点建设项目之一，于1952年6月11日移交生产，目前，全矿共有全民在职职工5541人。截止2007年底，五龙矿共有煤炭地质储量28407.6万吨，其中：可采储量12738.1万吨。现资产总额为4.35亿元。2007年，全矿生产煤炭160.77万吨，实现企业总收入6.83亿元。
清河门矿
地址：辽宁省阜新市清河门区清河街道
清河门煤矿位于阜新煤田西部清河门区境内，于1958年6月建井，1964年12月16日投产，目前，全矿共有全民在职职工4649人。截止2007年底，该矿共有煤炭地质储量7896万吨，其中：可采储量3275.8万吨。现资产总额为1.67亿元。2007年，全矿生产煤炭149.46万吨，实现企业总收入4.33亿元。
八道壕矿
地址：辽宁省黑山县八道壕镇矿东街文化路1号
阜琳矿是从八道壕矿生产部分分立而产生的。目前，全矿共有全民在职职工3804人。截至2007年底，全矿共有煤炭地质储量6962.9万吨，其中：可采储量1726.8万吨。现资产总额为1.53亿元。2007年，全矿生产煤炭99.71万吨，实现企业总收入3.28亿元。
兴阜矿
兴阜矿前身为海州立井。目前，全矿共有全民在职职工2706人。截至2007年底，该矿共有煤炭地质储量6611.8万吨，其中：可采储量3035万吨。现资产总额为4.02亿元。2007年，全矿生产煤炭100.74万吨，实现企业总收入2.35亿元。
伊马矿
地址：辽宁省阜新市伊马图镇
伊马矿前身为艾友矿五井，1997年12开工，1999年12月投产。目前，全矿共有全民在职职工1715人。截至2007年底，五龙矿共有煤炭地质储量795万吨，其中：可采储量249万吨，现资产总额为1.7亿元。2007年，全矿生产煤炭61.7万吨，实现企业总收入1.69亿元。
乌龙矿
地址：辽宁省阜新市乌龙坝乡
乌龙矿是于2000年1月从清河门矿分离出来的。目前，全矿共有全民在职职工802人。截至2007年底，该矿共有煤炭地质储量458万吨，其中：可采储量148.9万吨，现资产总额为0.66亿元。2007年，全矿生产煤炭25.6万吨，实现企业总收入0.95亿元。
艾友矿
地址：辽宁省阜新市伊马图镇
艾友立井于1992年动工兴建，1997年11月18日正式竣工投产，目前，全矿共有全民在职职工3575人，截至2007年底，该矿共有煤炭地质储量7656万吨，其中：可采储量3556万吨。现资产总额为7.99亿元。2007年，全矿生产煤炭179.39万吨，实现企业总收入5.57亿元。
海州露天矿
地址：辽宁省阜新市太平区煤城路85号
海州露天煤矿是我国第一个五年计划期间156个重点建设项目之一。1950年开始建设，1953年7月1日投产，当时为亚洲最大的机械化露天煤矿。2005年6月8日因资源枯竭宣告破产，2008年6月19日挂牌改制为辽宁海州露天矿业有限责任公司。几十年来，全矿累计生产煤炭2.4亿吨，创工业总产值103亿的贡献。目前，海州露天公司共有全民在职职工2034人。截至2007年底，露天坑下共有煤炭地质储量175.8万吨。现资产总额为1.72亿元。
困窘中的“煤电之城”
辽宁省阜新市有162.3万人，面积8938平方公里，素以“煤电之城”美誉全国。建国36年来，为国家做出了巨大贡献，提供煤炭3.6亿吨，电力1037.7亿度。但由于长期单一发展，城市建设和经济生活十分落后，环境污染严重，基础设施薄弱，城市功能失调，引发出：就业难、住房难、吃水难、行路难、入托难、上学难等诸难局面，煤电之城陷入了困境。
三十多年来，阜新市单一发展煤、电工业。解放初期，煤炭工业产值占全市工业总产值的78.8%。“一五”时期，阜新成为能源工业建设的重点，全国156项重点工程中，有4项安排在阜新，其中有3项煤炭和1项电力工程，煤电工业产值占全市工业总产值的82.2%。此后煤、电一直是阜新经济建设的主体，“二五”、“三五”、“四五”、“五五”的煤电工业产值占全市工业总产值的比重分别为：79.4%、77.3%、66.0%和53.1%。1949—1985年，阜新用于煤电工业的投资占全市工业投资的78%。
片面发展，使阜新经济走上畸型道路。在三十多年中，有十八年出现财政赤字，国家净补6.8亿元1985年人均创造工农业总产值1112元，人均国民收入579元，职工平均工资1008.9元，农村人均收入391元，人均住房面积3.9米2，城市供水普及率69.7%，至今居民没有生活用煤气。除煤电工业外，其它工业非常薄弱，1985年，其它工业上缴财政的利税为零。到了2000年，煤矿将全面进入萎缩期，如果其它工业还没有相应的发展，煤矿萎缩带来的一系列经济、社会问题，将更难解决。这不能不引起人们深思。
煤城——因煤而立，因煤而生。目前我国有重点煤炭城市几十座，有三百多座城市有煤炭选采业，阜新的现状有一定的代表性，各级领导应该高度重视煤炭城市的发展，拿出切实可行的政策来，解救煤炭城市的困窘。
煤炭城市的发展特别有两点应引以为戒：一、不能单一搞煤炭采掘业，而应走以煤炭为中心综合发展的道路。在抓好采掘业的同时，与煤炭直接相关的工业以及为其服务配套的工业要相应发展，还要根据各地资源条件，因地制宜，发展相应的工业企业，形成一个以煤炭为中心的工业综合体。二、煤炭城市要科学规划，合理布局，规模适度。规模大小的客观标准是：即有利于生产，又能使矿工、居民安居乐业。
张俊宝 何玉梅
（东北煤田地质局一〇七勘探队 阜新 123000）
作者简介：张俊宝，教授、研究员级高工，主要从事煤田地质、煤层气地质及其他有关地质工作。近年来在国家级刊物上发表有关煤层气、地热方面学术论文5篇。
摘要 2003年3月1日，辽宁省阜新市煤层气地面开采（CBM）、矿区井下抽放煤层气（CMM），正式向市区供气，实现了煤层气商业性开发。本文根据该区刘家区煤层气地面开采和阜矿集团矿井瓦斯抽放的实际情况，对目前开发利用现状及前景作了论述。
关键词 煤层气地面开采 矿井煤层气抽放 煤层气商业性开发
Status of CBM Development and Utilization in Fuxin City，Liaoning Province
Zhang Junbao，He Yumei
（Team 107 of Northeast Bureau of Coal Geology，Fuxin 123000）
Abstract：The projects of surface CBM exploitation and underground extraction located in Fuxin city，Liaoning Province formally supplied the CBMflow to the citizens on March 1，2003，which realized the commercial development of CBMin this area.Based on the actual status of surface CBMexploitation projects in Liujia area and underground gas extraction projects of Fuxin Coal Group，the status and prospects of local CBM development and utilization were discussed.
Keywords：CBM；surface exploitation；underground extraction；commercial development
引言
阜新市位于辽宁省西部，介于沈阳、锦州两市之间。2003年3月1日，刘家区地面开采煤层气，阜新矿区的井下抽放煤层气，已经向阜新市市民供气，日供气规模（8～12）×104m3（34%CH4），从而结束了阜新市居民17年燃用煤制气的历史，有6.5万户居民用上了质量好、热值高的煤层气。经过近4年的运行表明：“供气稳定，安全可靠”。以地面钻井煤层气开采（CBM）、矿井煤层气抽放（cmM）为标志的煤层气开发利用工程实现产业化，居全国之首。
1 煤层气（CBM）勘探背景
阜新市煤层气地质工作较早。1996年，由东北煤田地质局一〇七队为中美煤层气CBM公司提交了《阜新煤田煤层气赋存条件》报告，基于对资料的分析、研究，对阜新盆地煤层气资源条件做出了评价，提出了刘家区为煤层气开发重点区。
刘家区位于阜新煤田中部，赋存有下白垩统阜新组煤层。据1993年精查报告，煤炭储量28195×104t，天然焦储量6223×104t，煤层埋深在600～1000m，煤层最大累厚约98m，煤类以长焰煤为主，深部有少量气煤，煤层层数多、厚度大、煤层气含量较高，具有小而肥的特点。1998～2001年，由国家和辽宁省投资，东北煤田地质局一〇七队在刘家区进行了煤层气普查勘探工作，共施工4口煤层气参数及试验井，经排采试验，单井日产量最高达6000m3，平均在3000m3左右，甲烷成分98%左右，表明该区具有良好的煤层气开发前景。2001年东北煤田地质局一〇七队提交了“辽宁省阜新刘家区煤层气普查报告”，经中国煤炭地质总局审查批准，全区煤层气资源量52.171×108m3，其中控制资源量32.289×108m3，远景资源量19.882×108m3。
2002年由阜新市投资在该区块内又施工了4口煤层气生产井，形成了8口煤层气井网，于2003年3月1日正式向市区供气，平均每天供气约2×104m3左右，实现了商业性开发，这在我国地面煤层气开采尚属首例。
2 矿井煤层气（CMM）抽放系统
阜矿集团现有8个井工矿，其中高瓦斯矿井三个（五龙矿、清河门矿、海州立井），突出矿井两个（艾友矿、王营矿），低瓦斯矿井三个（伊马矿、乌龙矿、八道壕矿）。经煤炭科学总院抚顺分院1997年鉴定，煤层气储量达116.06×108m3，其中五龙矿、刘家区及海州立井66.34×108m3，王营矿24.81×108m3，艾友矿11.98×108m3，清河门矿12.93×108m3，瓦斯含量为10～12m3/t，按可抽量30%计算，可采储量34.82×108m3。从煤层气赋存情况分析，气源量比较充足。
阜矿集团煤层气抽放始于1993年，在王营矿南风井建成一套煤层气抽放利用系统，并于1997年6月实现向阜新氟化学总厂供气。《综合利用瓦斯供居民生活用气工程》于1999年6月被辽宁省计委批准立项建设。该工程于2000年4月开工建设，2001年9月29日全部施工完毕，2003年3月1日向阜新市民供气。
目前在8个矿井中有6个矿井已经先后建立、改造、完善了地面或井下瓦斯抽放系统。五龙矿、艾友矿、清河门矿、恒大公司、海州立井5个矿井共建有6套地面永久瓦斯抽放系统，同时部分矿井还有井下移动抽放系统。瓦斯抽放基本方法是采用以高位顶板瓦斯抽放道或临近层抽放为主，高位钻场水平长钻孔、采空区埋管等辅助抽放为辅的综合抽放方法。
3 开发利用现状
阜新市所辖二县五区。其中：海州区为燃气的普及区。清河门北山地区远离市区约45km，为独立的区域。市政设施不发达，到目前为止，本区内无煤气供应系统。2003年实际供气量506×104m3（CH434%，1489×104m3），其中：市氟化学总厂：100×104m3（CH434%，295×104m3），市煤气厂：406×104m3（CH434%，1194×104m3）。2004年实际供气量：617×104m3（CH434%，1816×104m3），其中：市氟化学总厂：55×104m3（CH434%，163×104m3），市煤气厂：562×104m3（CH434%，1653×104m3）。
目前由于利用量少，在满足井下安全通风的条件下，只能限量抽放。五龙、王营和艾友三矿共抽放纯煤层气量8.82×104m3/d，向市及氟化学总厂供气部分利用外（市氟化学总厂0.34×104m3/d，混合量10000m3/d，市煤气厂1.7×104m3/d，混合量50000m3/d），每天剩余6.78×104m3/d纯煤层气，因利用能力不足而白白放空，利用率仅为30%。
目前刘家地面煤层气开采主要供应市区民用，平均产气量（1.5～1.7）×104m3/d（CH498%）。2005年4月阜新市煤气厂推行出租车油改气，目前大约有500辆出租车改用煤层气，经过1年多的运行，效果很好，每天用气约1×104m3。
4 下一步规划
4.1 用气规划
4.1.1 市区用气规划
阜新市居民用气：近年来，由于城市经济建设的发展，市区内燃气用户逐年增加，据阜新市煤气公司统计，年用气量递增率达到7%左右。根据市区发展的需要，阜新市煤气厂特编制阜新市区2004～2015年燃气用量规划表，详见表1。
表1 阜新市区燃气用量规划表
4.1.2 工业用气
根据东北老工业基地振兴和发展的需要及资源枯竭型城市经济转型的需要，阜新市地方工业对洁净能源的需求将进一步增加，本项目的主要供气方向拟定为阜新市玻璃厂及阜新市氟化学厂。
供气规划能力为：将王营矿、五龙矿刘家区抽放系统及刘家区地面开采系统的煤层气，集中输配至5.4×104m3输配站储气柜，经加压后输配给阜新市氟化学总厂及阜新市玻璃厂，总供气能力为10.87×104m3/d、3967×104m3/a。其混兑后CH4含量为55%，热值为4680kcal/m3，混兑后日供气量19.92×104m3，年供气量为7271×104m3。
4.2 供气规划
4.2.1 矿区煤层气抽放
根据各矿相对位置及周边可利用条件，阜矿集团拟对海州立井、五龙矿、刘家区、王营矿、艾友及清河门矿的矿井煤层气进行抽放及开采。
通过对阜矿集团的煤层气资源量、矿井可采状况、抽放煤层气条件的分析，根据与阜新市煤气公司的供气协议及向工业用户供气协议要求，确定项目建设规划如下：
伴随回采工作面生产，各矿井下抽放煤层气总能力11.69×104m3/d、折合混气34.4×104m3/d（34%CH4），阜矿集团煤层气井下抽放规划见表2。
表2 阜矿集团煤层气井下抽放规划表
4.2.2 地面钻井开采煤层气
根据东北煤田地质局一〇七队1998～2002年在刘家区进行小井网开采煤层气的实践证明，单井平均产气量为3000～5000m3/d。预计在刘家区施工煤层气地面钻井22口，单井开采煤层气按3000m3/d计算，可采煤层气6.6×104m3/d（CH498%）、2409×104m3/a（CH498%），地面煤层气钻井开采将根据实际需要进一步调整钻井数量及完井工艺方法，以保证供气能力的稳定、可靠。预测煤层气井的服务年限为10～15年。10～15年后部分煤层气钻孔，由于受煤炭开采的需要可转为矿井采空区抽放钻井，如采空区井下封闭较好，预测抽放CH4浓度可达70%～90%。煤层气钻孔仍可以服务5～20年，可以满足项目规划的要求及市场规划的需要。
另外根据各生产矿井目前煤炭开采情况，可在尚未开采的区块内进行煤层气地面钻井的施工，以达到先采气后采煤的效果。
5 结论
以上就阜新市煤层气开发利用现状和下一步规划作了简述，实际上，就目前开采规模远远达不到市场需求。阜新市目前居民约20万户，但只有6.5万户居民用气，还有三分之二户的居民没有用气。阜新市玻璃厂目前已经完成了二期改造工程，3个窑日需发热量5000cal/g的煤层气32×104m3。加大生产规模既能满足市场需求带来更大的经济效益，又能减少因瓦斯给煤矿生产造成的危害。
