临汾区块煤储层地应力对煤层气产量的影响

・２０・　长江大学学报（自科版）　２０１５年５月第１２卷第１４期（石油中旬ＴＵ）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｍａｙ　２０１５，Ｖｏ１．１２　Ｎｏ．１４　（１４）：２Ｏ～２１，３９．　［ｇｌ著格式］王丹，赵峰华，孙俊义，等．临汾区块煤储层地应力对煤层气产量的影响［Ｊ］．长江大学学报（自科版），２０１５，１２　临汾区块煤储层地应力对煤层气产量的影响　干皿　／Ｅｐ国矿业大学（北尿）地球科学与测绘工程学院，北京１　００００８＼　…　＼中石油煤层气有限责任公司临汾分公司，山西临汾０４１　０００　，　赵峰华　（中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京１　ｏｏｏｏ８）　到１俊义，武晓磊，姚晓莉　（中石油煤层气有限责任公司临汾分公司，山西临汾０４１　ｏｏｏ）　宋治霞　（中石化中原油田分公司石油勘探开发科学研究院。河南濮阳４５７００１）　［摘要］利用测井、压裂、样品测试和煤层气排采等资料，对临汾区块煤储层地应力特征及其对煤层含气　量的影响进行研究。结果表明，最小水平主应力影响煤层气的富集和渗透性，与煤层含气量呈负相关，　即最小水平主应力越大含气量越低、单井产气量越低；断层附近地区，由于应力释放而造成最小水平主　应力较小、煤层气保存条件差，因此煤层含气量和单井产气量也较低。煤层气开发应寻找避开断层的低　应力区。　［关键词］临汾区块；地应力；煤层气；产气量；断层　［中图分类号］ＴＥ１２２．２；ＴＥ１２３．２［文献标志码］Ａ　［文章编号］１６７３—１４０９（２０１５）１４—００２０—０２　区域构造应力场是控制构造发育、展布、组合及其演化的重要因素之一。不同的构造类型决定了煤　层气的赋存状态、煤储层的裂隙发育程度、煤层气藏类型和保存条件等　。笔者以临汾区块为例，从构　造应力场演化的角度，探讨了其与煤层气富集的关系。　１临汾区块构造及应力特征　１．１临汾区块构造特征　研究区位于鄂尔多斯盆地晋西挠褶带南部。晋西挠褶带为一由东向西倾伏的巨大单斜构造口］，发育　一系列北东向展布的断层，将斜坡复杂化，形成了坳隆相间的构造格局。贯穿全区的北东向古驿一窑渠　逆冲断层将区块划分为东、西２个大构造单元。在古驿一窑渠逆冲断层的牵引作用下，在上盘形成了一　个北东一南西向展布的长轴背斜构造，构造幅度达到８０～１２０ｍ。背斜构造的北西翼地层倾角相对较缓，　约２～４。，南东翼较陡。断层上盘为一个宽缓的背斜构造，整体倾向北西；下盘由于逆冲和上盘的载荷　作用而形成了一个同样倾向北西的缓斜坡，整体由西向东抬升，倾角３～６。。　１．２临汾区块现今地应力特征　通过对研究区内３３口煤层气探井的煤层水力压裂施工参数和测井获得的地应力资料进行分析，主　力煤层储层压力梯度为０．４９～Ｏ．９３ＭＰａ／１００ｍ，破裂压力梯度为０．９５～２．９３ＭＰａ／１００ｍ，闭合压力梯度　为０．８９～２．０９ＭＰａ／ｌＯＯｍ。煤层储层压力、破裂压力和闭合压力与煤层埋深呈线性关系，随埋深增大　而升高。　通过对水力压裂法测定，研究区７４３～１２９３ｍ范围内３３个煤层应力资料统计显示：最大水平主应　力（　…）梯度为０．９８～２．９４ＭＰａ／１００ｍ，平均２．１９ＭＰａ／ｌＯＯｍ，方向主要为ＮＥＥ方向；最小水平　主应力（　…）梯度为０．８９～２．０９ＭＰａ／ｌＯＯｍ，平均１．６８ＭＰａ／ｌＯＯｍ；垂直主应力（口　）梯度为　２．Ｏ２～２．４８ＭＰａ／１００ｍ，平均２．３１ＭＰａ／ｌＯＯｍ。煤层主应力与埋深呈线性关系，随埋深的增大而升高。　［收稿臼期］２０１４一ｌｌ一２３　［基金项目］国家　十二五”重大专项（２０１１ＺＸ０５０３８一ＯＯ１）。　［作者简介］王丹（１９８２一），男，工程师，博士生，现主要从事煤层气勘探开发方面的研究工作，４０４８３３２０＠ｑｑ．ｃｏｒｎ。　第１２卷第１４期　王丹等：临汾区块煤储层地应力对煤层气产量的影响　・２１・　研究区煤层埋深在１０７０ｍ以上，现代地应力较弱，　＞水平主应力（　ｎ），主力煤层处于拉张状态；煤　层埋深在１０７０￣１２００ｍ，地应力状态转化为　≈　≈　…，煤层由伸张状态向挤压状态过渡；煤层　埋深大于１２００ｍ，地应力状态转化为　…　≈ｄ　＞　…　，Ｏ＇ｈ，ｍｉｎ＞２０ＭＰａ，煤层处于挤压状态。　２煤层气富集特征　２．１煤储层厚度变化　临汾区块主力煤层空间展布连续、分布稳定、厚度大，煤层气富集，为煤层气开发提供了坚实的物　质基础　。其中，上主力煤层单层厚度介于２．２～７．１ｍ，平均厚度大于４ｍ，分布面积广，全区发育，　午城一小回宫一窑渠间的厚度超过５ｍ，向东北变薄；下主力煤层厚度介于３～９ｍ，午城一小回宫一窑渠间　的厚度超过６ｍ，向东北变薄。　２．２煤岩含气特征　研究区主力煤层按演化程度可以分为焦煤、瘦煤、贫煤和无烟煤等，成分以甲烷为主，体积分数在　９８　９／６以上　。研究区上主力煤层平均含气量１３ｍ。／ｔ，下主力煤层平均含气量ｌＯｍ。／ｔ。区内主力煤层含　气量分布有很大的相似性，均有３个主要的煤层气富集带，工区北部午城一窑渠、东部蒲县一明珠和南部　曹井一车城乡。　３构造应力场演化对临汾区块煤层气产量的影响　３．１　构造演化对临汾区块的影响　鄂尔多斯盆地的演化主要经历了印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动等３次古构造运动　。石炭一　二叠纪巨厚地层的稳定沉降对该区的煤层和煤层气的形成具有重要意义；三叠纪中后期的印支运动，造　成地壳抬升和挤压变形，主要表现为挤压作用，煤层气的逸散程度较小；燕山运动早期，煤的变质作用　和生气作用终止，盖层变薄，同时北西一南东向挤压应力产生了大量北北东向的断裂构造，导致煤层气　保存条件变差；喜马拉雅期构造应力场由压扭性变为张扭性，断裂呈不同程度开放，导致煤层气逸　散Ｌ５］。但临汾区块整体上构造简单，区域盖层发　育，煤层气保存条件有利　］。　３．２构造应力对煤层气富集的影响　１６　１４　－　Ｌ　一　●●　ｙ＝－０．３２１５ｘ＋１６．２１７　。５●　对研究区构造应力与上主力煤层含气量进行　分析（见图１），每吨煤含气量与ｔＹｈ，　ｉ　在一定的　１２　！０　．一　’・●—＼．．！　’．　。●　●　。一　：　●　！　●　应力范围内呈负相关，即在应力大于１２ＭＰａ范　垫　围内，每吨煤含气量随　的增大而减小。经分　营　●　析，图中明显偏离趋势线的数据点均分布于断层　附近，由于应力释放而造成Ｏ＇ｈ　较小，煤层气在　断层附近保存条件较差，造成含气量较低。　３．３　实例　　。６　９　ｌ２　ｌ５　…ｌ８　，ＭＰａ　２１　２４　２７　图１　上主力煤层吨煤含气量与　．ｍ．　关系　Ａ井位于研究区内古驿一窑渠背斜带上，上　主力煤层１１０１～１１０５ｍ，厚４ｍ，　ｉ　为１５．２６ＭＰａ，含气量１２．３６ｍ。／ｔ，历史最高产量１７８０ｍ。／ｄ，产　为　气量１２００ｍ。／ｄ，产水量１．１９ｍ。／ｄ，井底压力１．９１ＭＰａ，套压０．２８ＭＰａ。　Ｂ井位于研究区内古驿一窑渠背斜东部的凹陷，上主力煤层１２８７～１２９０．５ｍ，厚３．５ｍ，　２３．５０ＭＰａ，含气量９．２６ｍ。／ｔ，目前产气量５２０ｍ。／ｄ，产水量３．３１ｍ。／ｄ，井底压力３．３９ＭＰａ，套压　１．６０ＭＰａ。Ｃ井位于研究区内古驿一窑渠背斜带上，紧邻断层。上主力煤层１０５９～１０６３ｍ，厚４ｍ，　…　为１４．５３ＭＰａ，含气量６．２７ｍ。／ｔ。该井生产２６个月，日产水量较大，未产气，目前已关井停止　（下转第３９页）　生产。　第１２卷第１４期　张翔等：不同孔隙类型组合的胶结指数计算模型分析　４结语　在三孔隙模型中，孔隙一般分为３种类型：基质孔隙、裂缝和非连通孔洞。计算并研究了基质孔隙　与裂缝并联，再与非连通孔洞串联；基质孑Ｌ隙与非连通孔洞串联，再与裂缝并联共２种不同孔隙类型组　合情况下的ｍ值。计算结果表明，２种三孔隙模型计算的ｍ差异不大，且均与岩心试验分析的ｍ符合　度较高。但在实际碳酸盐岩地层中，基质孔隙、裂缝和孔洞的组合形式复杂多样，２种模型可能同时存　在，比理论模型更为复杂，需进一步研究。　［参考文献］　［－１３　Ｓｅｒｒａｚ　０．Ｆｏｒａｍａｔｉｏｎ　ｍｉｃｒｏ　ｓｃａｎｎｅｒ　ｉｍａｇｅ　ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ［ｚ］．Ｈｏｕｓｔｏｎ：Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ　Ｓｅｒｖｉｃｅ，１９８９：１１７．　［２］Ａｇｕｉｌｅｒａ　Ｒ．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｆ“ｔｒｅｎｄｓ　ｉｎ　ｃｅｎｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｅｘｐｏｎｅｎｔｓ（ｍ）ｆｏｒ　ｃａｒｂｏｎａｔｅ　ｐｏｒｅ　ｓｙｓｔｅｍｓ”ＥＪ３．Ｐｅｔｒｏｐｈｙｓｉｃｓ，２００３，４４（５）：３０１￣３０４．　［３２　Ａｇｕｉｌｅｒａ　Ｍ　Ｓ，Ａｇｕｉｌｅｒａ　Ｒ．Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｍｏｄｅｌｓ　ｆｏｒ　ｐｅｔｒｏｐｈｙｓｉｅａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｄｕａｌ　ｐｏｒｏｓｉｔｙ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ　ＥＪＪ．Ｐｅｔｒｏｐｈｙｓｉｃｓ，２００３，４４（１）：　２１～２５．　Ｅ４］Ａｇｕｉｌｅｒａ　Ｒ　Ｆ，Ａｇｕｉｌｅｒａ　Ｒ．Ａ　ｔｒｉｐｌｅ　ｐｏｒｏｓｉｔｙ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｐｅｔｒｏｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｎａｔｒｕａｌｌｙ　ｆｒａｃｔｕｒｅｄ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ［Ｊ］．Ｐｅｔｒｏｐｈｙｓｉｃｓ，　２００４，４５（２）：１５７～１６６．　Ｅ５］ＡＩ—Ｇｈａｍｄｉ　Ａ，Ｃｈｅｎ　Ｂ．Ａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｔｒｉｐｌｅ　ｐｏｒｏｓｉｔｙ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎａｔｕｒａｌｌｙ　ｆｒａｃｔｕｒｅｄ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ［Ｊ］．ＳＰＥ１３２８７９，２０１０．　［编辑］　龚丹　（上接第２１页）　通过以上分析认为，构造应力对煤层气的富集和产气量影响较大，构造应力通过控制煤储层的渗透　率来影响煤层气井的产量　。在一定范围内，构造应力越小，煤层含气量越高，煤层渗透性越好，往往　产气量也越高；而断层附近由于应力释放，构造应力也比较小，但煤层顶底板发育裂缝，煤层气不易保　存，产水量大，不利于煤层气井排采，产气效果往往不好。　４结论　１）研究区上主力煤层平均吨煤含气量１３ｍ。，下主力煤层平均吨煤含气量１０ｍ。。区内上、下２主　力煤层含气量分布有很大的相似性，均有３个主要的煤层气富集带。断层发育地区，煤层气保存条件不　好，是含气量较低区域。　２）最小水平主应力影响煤层气的富集和渗透性，煤层含气量和单井产气量随最小水平主应力的增　大而减小；断层发育地区，应力释放，煤层含气量受保存条件变差，含气量较低。　３）煤层气开发寻找最小主应力相对较低的地区，但必须避开断层发育区。　［参考文献］　Ｉ－１］杨兴科，杨永恒，季丽丹，等．鄂尔多斯盆地东部热力作用的期次和特点ＥＪ］．地质学报，２００６，８０（５）：７ｏ９￣７１ｏ．　［２］吴国代，桑树勋，杨志刚，等．地应力影响煤层气勘探开发的研究现状与展望［Ｊ］．中国煤炭地质，２００９，２１（４）：３１～３３．　［３］叶建平，秦勇，林大扬，等．中国煤层气资源［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版社，１９９８：１３～１５．　［４］刘池洋．盆地构造动力学研究的弱点、难点及重点Ｉ－Ｊ］．地学前缘，２００５，１２（３）：ｌ１３～１２４．　Ｅ５］王永，冯富城，毛耀保，等．沁水盆地南端煤层气赋存的构造条件分析［Ｊ］．西北地质，１９９８，１９（３）：２８～１３．　Ｅ６３孙斌，王宪花，陈彩虹，等．鄂尔多斯盆地大宁一吉县地区煤层气分布特征［Ｊ］．天然气工业，２００４，２４（５）：１７￣２０．　［７］倪小明，苏现波，张小东．煤层气开发地质学［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００９．　［编辑］　邓磊