沁水盆地煤層氣國際合作區塊勘探現狀

黃曉明 賈高龍 郭奕宏 王艷芳

(中聯煤層氣有限責任公司國際合作部,北京 100011)

沁水盆地煤層氣國際合作區塊勘探現狀

黃曉明 賈高龍 郭奕宏 王艷芳

(中聯煤層氣有限責任公司國際合作部,北京 100011)

山西沁水盆地一直是國內煤層氣勘探開發的熱點地區,吸引了國內外眾多煤層氣專業公司和石油天然氣公司來此投入商業運營。本文在詳細評價了該盆地7個煤層氣國際合作區塊的基礎上,全面介紹了其中5個區塊的煤層氣基本特征。內容涉及到煤層氣地質條件、氣含量、等溫吸附特性、煤層埋深、滲透率和生產曲線等。綜合分析對比這些參數,有助于我們了解沁水盆地煤層氣的生產特性,進而確定其商業開采價值。

沁水盆地 國際合作區塊 煤層氣 潛力

沁水盆地是一個南北走向,東西對稱的構造盆地 (圖1)。近年來,由中聯煤層氣有限責任公司等和與其合作的國外眾多專業公司的共同努力,發現該盆地石炭-二疊系煤層氣藏。然而,目前的勘探開發熱點還主要集中在盆地的南北兩端,沁水盆地中部廣大區域的煤層氣勘探開發尚處于起步階段。中聯煤層氣有限責任公司應殼牌中國公司的邀請,對沁水盆地內部國際合作區塊的煤層氣潛力做出了較為全面的評價。

1 柿莊南區塊

柿莊南區塊位于山西省沁水縣與長子縣境內,即沁水盆地東南部,合同區塊面積388km2。其地理坐標為:東經112°33′～112°48′,北緯35°46′～36°58′。

中聯公司與格瑞克能源公司于2003年1月8日簽訂《中華人民共和國山西柿莊南地區煤層氣資源開采產品分成合同》,自2003年3月1日執行以來進行了聯合地質研究,鉆探完成了近六十口參數井及生產試驗井,有近五十口井進行排采,煤層氣產量一般為2000m3/d。目前已完成了總體開發方案的編制,即將進入開發階段。

本區主要含煤地層為石炭系上統太原組、二疊系下統山西組,共發育煤層6～11層,其中山西組3號主力煤層平均厚度5.82m,太原組15號主力煤層厚度0.80～7.07m。區內總體構造較為簡單,較大的斷層有寺頭正斷層和后城腰正斷層,還有一些小斷層,斷層方向主要呈北北東向和近南北向展布,地層傾向西北,傾角平緩,主力煤層埋藏深度在300～1000m,一般為700m。

區內有煤系基底的奧陶系灰巖裂隙巖溶含水層、太原組K2和K3灰巖含水層、山西組砂巖裂隙含水層、石盒子組砂巖裂隙含水層和第四系砂礫巖含水層,幾套含水層系之間各自形成了獨立的水動力承壓系統,一般不存在水力聯系。

該區主力煤層含氣量在9.59～24.60m3/t之間,煤鏡質體反射率在2.20%～3.99%之間,屬于貧煤～無煙煤;主力煤層具有較強的生氣能力和吸附能力,蘭氏體積50.81～66.09m3/t,含氣飽和度60%～90%,儲層滲透率0.004～3.34md,3號煤層滲透率普遍高于15號煤層,3號煤層儲層壓力在2.82～3.83MPa之間,15號煤層儲層壓力在4.34～6.11MPa之間。

柿莊南區塊含煤面積388km2,主力煤層平均總厚度10m,平均含氣量15m3/t,煤容重1.4t/m3,估算煤層氣總資源量可達810×108m3以上,平均資源豐度為2.09×108m3/km2。

2 柿莊北區塊

柿莊北區塊位于山西省長子縣與高平縣境內,即沁水盆地東南部,其地理坐標為:東經112°33′～112°48′,北緯35°58′～36°07′,合同區塊面積374.92km2。截止目前,本區共完成了15條二維地震測線122.61km,和8口煤層氣參數井和生產試驗井的施工作業,并對4口井進行了排采,排采初期氣產量較低。

本區主要含煤地層為石炭系上統太原組與二疊系下統山西組,山西組含煤3～5層、太原組含煤5～14層,煤層累計厚度為9.9～11.9m,平均厚度為10.9m。主要目的層3號煤層厚度4.4～7.0m, 15號煤層厚度為4.5～4.9m。煤層變化規律總體上表現為北薄南厚。

該區塊地質構造較為簡單,地層傾向西北,傾角平緩,主要有寺頭正斷層以及與之伴生的次一級斷層,多呈北東向展布。區塊內主力煤層埋藏深度一般為800～1100m。

該區塊水文地質特征與柿莊南區塊相似,含水層有煤系基底的奧陶系灰巖裂隙巖溶含水層、太原組灰巖含水層、山西組砂巖裂隙含水層、石盒子組砂巖裂隙含水層和第四系砂礫巖含水層。

煤巖分析成果表明,3號與15號煤層鏡質組含量平均78%,惰質組含量平均21%,殼質組含量甚微。煤灰分平均14%,揮發分產率8.26%～15.24%,固定碳含量60.01%～77.49%,鏡煤反射率Ro為2.04%～3.17%,煤類為貧煤～無煙煤。

主力煤層含氣量一般為4～22m3/t,其中3號煤層含氣量一般為4～16m3/t,15號煤層含氣量一般為4～22m3/t。3號煤層含氣飽和度為22.4%～100%,平均為62.4%;15號煤層含氣飽和度為28.1～96.0%,平均為58.5%,多為欠飽和狀態。煤儲層滲透率一般小于1.0md。3號煤儲層壓力平均3.49MPa,15號煤儲層壓力平均4.36MPa,平均壓力梯度為7.1KPa/m。

柿莊北區塊含煤面積374km2,3號煤層厚度平均為5.7m,15號煤層厚度平均為4.7m,主力煤層含氣量平均為16m3/t,煤容重1.4t/m3。估算煤層氣總資源量870×108m3,資源豐度為2.33×108m3/ km2。

3 壽陽區塊

壽陽區塊位于晉中市壽陽縣,西距太原市約50km。區塊范圍地理坐標為:東經112°49′～113° 21′,北 緯 37°30′～ 37°55′,區 塊 面 積 為1961.892km2。

本區煤層氣勘探歷經十多年,進行了綜合地質研究、煤層氣資源評價以及勘探開發可行性研究。由中聯公司和遠東公司等完成了地震、煤層氣參數井、水平井及定向井排采作業,先導性試驗井產氣量一般為600m3/d,最高氣產量1600m3/d。

壽陽區塊位于沁水煤田的東北部,區內構造較為簡單,地層傾角一般5°～12°。構造多呈短軸褶曲,見有蔡莊向斜、大南溝背斜和草溝背斜等。區內以正斷層為主,斷層對煤儲層有一定影響,局部地段地層傾角可達30°。區內西北部的煤層露頭附近的淺部地區發育有巖溶陷落柱。煤儲層埋深500～1400m(圖2)。

圖2 壽陽區塊3號煤埋深等值線圖

本區主要含水層有中奧陶統灰巖巖溶裂隙含水層、太原組灰巖裂隙含水層、山西組砂巖裂隙含水層、第四系砂礫石層孔隙含水層。本區各含水層之間基本是相對獨立的含水體系。

含煤地層主要為太原組和山西組,共含可采煤層5～7層,可采煤層總厚度6～14m。中部韓莊井田為6～14m,東部和西部煤層厚度為6～10m。煤中顯微組分以鏡質組為主占83%,惰質組占14%,半鏡質組含量占3%。3號煤為低中灰～低硫煤,6號煤為中灰～中硫煤,8號煤為中灰～中硫煤,9號煤為中灰～低中硫煤,15號煤為低中灰～中高硫煤。煤類為瘦煤和貧煤,均屬高發熱量煤,煤的鏡質組反射率為1.60%～2.60%。

煤層含氣量在7～23m3/t之間,平均13.02m3/t。煤層氣成分以甲烷為主,含量占 70.63～99.87%。本區煤的吸附能力很高,3號煤原煤的飽和吸附量平均 28.29m3/t,蘭格謬爾壓力平均2.41MPa,煤儲層壓力在400～600m深度區間內變化于2.53～4.67MPa,在600～900m深度區間內變化于3.25～6.85MPa,壽陽地區煤儲層總體上表現為地層欠壓。煤層滲透率為0.1～82.8md。

煤層氣資源評價成果:3號煤層預測儲量為919.49×108m3,15號煤層預測儲量為 924.01× 108m3,其它煤層的推測資源量為2621×108m3,所有煤層的煤層氣總資源量為4855×108m3,總資源豐度為2.48×108m3/km2。

4 沁源區塊

沁源區塊位于山西省沁源縣、沁縣境內,區塊地理坐標為:東經112°11′00″～112°46′00″,北緯36°22′00″～ 37°00′00″,區塊登記面積為3663.303km2。

中聯公司與格瑞克能源公司于2003年1月8日簽訂《中華人民共和國山西沁源地區煤層氣資源開采產品分成合同》,自2003年3月1日執行以來,進行了聯合地質研究,鉆探完成了十多口參數井及先導性開發井組,目前大部分煤層氣井正在進行排采作業,排采初期氣產量較低。

該區塊位于沁水盆地中部,為一個寬緩的向斜構造,地層傾角5°～15°,伴有波狀起伏,區內斷層稀少,在沁源縣松羅村附近發育有東西向的松羅正斷層,區塊內無明顯的巖漿活動,但存在陷落柱。煤層埋深一般300～1500m左右。

本區主要含煤地層為山西組與太原組。山西組由淺灰色中細粒砂巖、含細礫粗砂巖、深灰色～灰色泥巖、粉砂巖和煤層組成,底部為深灰色中粗粒砂巖 (K3北岔溝砂巖)標志層,山西組平均厚度為40m,共含煤3～6層,其中3號主力煤層厚度一般為3m。太原組由深灰色砂巖、粉砂巖、黑色泥巖和含動物化石的灰巖以及煤層組成,底部為淺黃色厚層狀中細粒石英砂巖 (K1晉祠砂巖)標志層,太原組平均厚度為120m,共含煤9～14層,含煤總厚度3.83～13.65m,其中8號煤層厚度0.15～1.83m,9+10(15)號主力煤層厚度 0.15～5.12m。

該區塊西部700m以淺范圍內,3號煤含氣量平均3.5m3/t,15號煤含氣量平均4.5m3/t;而在該區塊以東的潞安一帶3號煤含氣量平均10m3/t,15號煤含氣量平均9m3/t;在屯留一帶,3號煤含氣量平均12m3/t,15號煤含氣量平均11m3/t。本區塊3號煤層與 8+9(15)號煤層含氣量平均12.5m3/t以上?？傮w講,盆地北部的壽陽和南部的晉城一帶要比中部的沁源一帶含氣量高。

本區塊含煤面積3660km2,煤層平均總厚度8m,煤的容重1.4m3/t,平均含氣量13m3/t,估計煤層氣資源總量5330×108m3,資源豐度為1.46× 108m3/km2。

5 古交區塊

古交煤層氣勘查區塊位于山西省太原市西約15km處,地理坐標為:東經111°59′～112°21′(,北緯 37°34′～ 37°55′,區 塊登 記 面積 為1045.588km2。

該區塊位于西山煤田內,地質勘探程度高,勘探鉆孔多。目前與泛亞大陸公司合作勘探開發本區塊的煤層氣資源,已施工完成了數口參數井與開發試驗井,經3口井的排采作業,初期產氣量一般為1000m3/d。區內斷裂構造以北東東向為主,其它方向展布的斷裂數量少、規模小,主要褶皺構造有北東東向的獅子河-馬蘭向斜和水峪貫-泉泉寺向斜,少量的陷落柱發育。煤儲層埋藏深度一般為200～1000m。

本區水文地質條件較簡單,發育有四套含水層:中奧陶統灰巖巖溶含水層、太原組灰巖裂隙含水層、山西組砂巖裂隙含水層、第四系砂礫層孔隙含水層,各含水層之間基本是相對獨立的含水體系,沿氣田周邊分布的富水帶對深部的煤層氣具有相當程度的封閉性。

本區主要含煤地層為二疊系下統山西組及石炭系上統太原組。山西組主采煤2號煤層平均厚度2.3m,太原組主采煤8號煤層平均厚度3.9m、9號煤層平均厚度2.2m,三個主力煤層厚度穩定-較穩定。

本區原煤灰分一般為20%,揮發分一般為15%,原煤硫分1%～2%,發熱量一般為35MJ/ kg,鏡煤反射率1.1%～2.5%,煤類為肥煤-焦煤-瘦煤。

西山煤田范圍內,含煤面積2165km2,三個主力煤層的含氣量均大于8m3/t,其煤層氣資源量約為937×108m3,氣田內所有可采煤層的煤層氣資源總量約為1266×108m3。所登記的古交煤層氣勘查區塊內,含煤面積 1045km2,主力煤層總厚度8.4m,平均含氣量8m3/t,煤的容重1.4m3/t,估算煤層氣資源量 980×108m3,資源豐度為 0.94× 108m3/km2。

6 結語

沁水盆地是我國煤層氣勘探開發較為成熟的地區,估算煤層氣資源總量為3.95萬億m3。

煤層氣資源主要是以吸附氣和少量游離氣的形式賦存于晚古生界石炭-二疊系煤儲層和煤系地層中。

煤層埋深為200～1500米,含氣量為8～23m3/ t,滲透率為0.004～82.8md,煤層氣產量一般為2000m3/d,個別達上萬方。

本文在評價了沁水盆地內七個國際合作區塊的煤層氣潛力的基礎上 (表1),較為詳細的論述了其中五個區塊。

表1 沁水盆地煤層氣國際合作區塊勘探成果

[1] 全國煤炭資源預測與評價研究報告 [R].北京:中國煤田地質總局,1997.

[2] 戴金星等.中國天然氣地質學.卷2,北京,石油工業出版社,1996.

[3] 馮三利等.21世紀中國煤層氣產業發展與展望[M].北京:煤炭工業出版社,2003.

[4] 葉建平等.中國煤層氣勘探開發技術研究 [M].北京:石油工業出版社,2007.

[5] 王明壽.山西煤層氣資源概況及找氣方向 [J].中國煤層氣 (4),1996. (責任編輯 桑逢云)

General Exploration Status of the CBM Blocks in Qingshui Basin

Huang Xiaoming,Jia Gaolong,Guo Y ihong,Wang Yanfang
(China United Coalbed Methane Co.,Ltd.,Beijing 100011)

Qinshui basin in Shanxi province is always hot spot for CBM development and exploration which has attracted many CBM companies and oil and gas enterprises for commercial operation.A total of seven CBM blocks in the Qinshui Basin were evaluated exactly,and five of them were introduced briefly in the paper. Comparisons and analysis of the geological conditions,the gas content with the isotherms and the burial depth of the coal seams,and the production rate with permeabilityof coal seams are conducted to understand the gas productivity,and to help determine the potential for commercial development.

Qinshui basin;lease area;coalbed methane;potential

黃曉明,男,畢業于浙江大學地質系,高級工程師,從事煤層氣地質勘探與開發。