沁水盆地南部高煤阶煤层气评价工作及其成效——以郑庄-樊庄区块为例

摘 要

摘要：为指导煤层气的有效评价和高效开发，以中国第一个整装、高丰度、高煤阶大型煤层气田——山西沁水盆地南部煤层气田郑庄 樊庄区块为例，系统总结了该区煤层气田评
摘要：为指导煤层气的有效评价和高效开发，以中国第一个整装、高丰度、高煤阶大型煤层气田——山西沁水盆地南部煤层气田郑庄 樊庄区块为例，系统总结了该区煤层气田评价工作的重点、经验与成效。勘探开发实践中形成的“少数资料井钻探→井组试采→提交探明储量→先导试验区→规模开发”工作程序，各环节互相补充，实现了资源的有效评价和开发；通过对煤储层资源参数、地质参数、物性参数的评价和分类，形成了一套适合该地区的煤储层评价技术体系，并划分出3个Ⅰ类建产区、4个Ⅱ类建产区、4个Ⅲ类建产区；评价成果为煤层气合理开发、技术、政策的制订和开发部署方案的调整提供了重要依据；认识到埋深大于1000m的区域不是开采禁区，仍具有较好的产气能力，甚至可以实现高产。
关键词：沁水盆地南部；高阶煤；煤层气；评价；工作程序；顶底板；储层参数；成效与认识
1 煤层气评价工作重点及其经验与成效
    为指导煤层气的有效评价和高效开发，以沁水盆地南部煤层气田郑庄-樊庄区块为例，系统总结了该区煤层气评价工作的重点、经验与成效[1～4]。
1.1 工作重点
    1) 重视早期普查和勘探研究工作，优选有利区带进行深入的地质研究和评价井的部署钻探。该阶段我们积累一些经验，充分利用地震等勘探技术手段，进一步落实构造和储层特征，对于水平井部署区域，更要开展三维地震勘探，来提高对煤层的精细认识。
    2) 加强对产能的评价，提交优质可动用资源。除开展单井点煤层气井排采效果分析以外，更重视对煤层气井组排采效果的分析，以提高对产能的认识。如晋试1井组的钻探、排采效果研究，为上交探明储量提供了充分依据。
    3) 重视对开发可行性的评价。在资源评价的基础上，重视今后规模投入开发的可行性研究，提高产能建设的到位率。
    4) 通过总结已开发区的经验和教训，优化评价程序，以指导下一步评价工作。目前基本形成“少数资料井钻探→井组试采→提交探明储量→先导试验区→规模开发”这样一个程序，各环节互相补充，实现资源的有效评价和开发。
1.2 经验与成效
1.2.1探明千亿立方米整装、高丰度大型煤层气田，为开发建设提供了资源基础
    截至2010年底，郑庄-樊庄已累计探明煤层气储量超过千亿立方米，为沁水盆地第一个探明千亿立方米整装、高丰度(资源丰度达1.58×108m3/km2)煤层气田，也为煤层气的开发建设提供了必要的物质基础。
1.2.2深化煤储层评价技术体系，优选建产目标区域
    通过对煤储层资源参数、地质参数、储层物性参数进行评价和分类(表1)，形成一套适合该区的煤储层评价技术体系，并掌握了区内含气量分布特征(一般介于15～25m3/t，平均为20.2m3/t，66%的井含气量大于20m3/t)，划分出3个Ⅰ类建产区、4个Ⅱ类建产区、4个Ⅲ类建产区，为产能建设提供了有利区块。

    Ⅰ、Ⅱ类为优质可动用资源区块，主要分布在东大井区中部和里必井区(图1)，作为2011—2012年产能建设的主力区块。
 

1.2.3不断深化认识，优化调整部署，为产能建设井位部署打下坚实基础
在揭示沁水盆地南部煤层气田煤层气高产富集规律的基础上，建立开发单元，指导有利区块优选和井位标定。
    2008年编制了郑庄区块9×108m3产能建设方案，原则上以水平井为主、直井为辅，部署区域在埋深800m以浅、含气量大于15m3/t。共部署水平井146口、直井116口。
    2010年9月，根据二维地震及新钻评价井资料，对郑庄区块重新进行了构造解释，构造较前期认识更加复杂；且由于埋藏深，钻水平井的难度更大，同时根据樊庄水平井的实施状况，对方案进行了适当调整，由原来以水平井为主，直井为辅，调整为水平井和直井并重，且增加一定数量的丛式井，共建产能9.1×108m3。
2 勘探开发研究成果及认识
2.1 断块内部构造复杂，小断层和“陷落柱”发育
区块构造较复杂，小断层发育，“陷落柱”较多。主要发育NE向正断层，另有部分NNE或NEE向展布的正断层。大部分断层断距较小，一般小于60m；断层延伸长度多数比较短，介于3～7km。断层倾角介于50°～60°，产状较陡。已解释出褶皱构造超过30个，以北东和南北向为主，解释断层350条，疑似“陷落柱”29个，为产能建设特别是水平井部署提供了有力的支撑。
    樊庄区块地震资料较少，勘探初期认为，郑庄-樊庄区块整体地层宽阔平缓，区内断层稀少，属构造相对简单的斜坡带。近年来根据实钻和二维、三维地震资料分析结果，发现区内构造较复杂，小断层和“陷落柱”比较发育，与以前的认识差异较大。由于小断层和“陷落柱”发育，对水平井钻探不利。
    从樊庄区块排采来看，煤层产气量和断层及“陷落柱”有很大关系，断层和“陷落柱”附近煤岩破碎，乃至缺失，易造成煤层气逸散，如华固24-2井钻遇“陷落柱”，3#煤层缺失。
    郑试35井郑试43井所在区域(图2)靠近寺头断层，区域内NNE向小断层发育，而郑试35井和郑试43井均处于断层附近，距离断层小于100m3。断层切割煤层会破坏顶底板的封存性能，加速煤层气的解析、逸散，且部分断层可能沟通煤储层附近含水层，导致煤层气的溶解流失。因此，郑试35井-郑试43井区内含气量普遍较低，郑试35井、郑试43井的含气量仅为3.24m3/t和8.06m3/t。

2.2 煤层厚度较大，埋深适中，埋深超过1000m的区域仍具有较好产气能力
    分析钻井资料表明，3#煤层厚度介于3.55～7.35m，平均为5.4m；15#煤层厚度变化大(为1.85～6.7m，多数煤层厚度介于2.6～5.5m)，平均为3.50m。
    该区主力煤层3#煤层埋深介于300～1200m，樊庄西南部成庄区块的埋深小于300m，大部分地区埋深介于300～500m，郑庄北部大于1000m。
    该区主力煤层在埋深大于1000m的区域，仍具有一定的渗透性和较高的产气能力。目前，郑庄区块有41口评价井煤层在大于1000m区域，有19口井进行了试采，其中有9口井获得了稳产工业气流。目前，3#煤层埋深(如郑试60井)最大已达1336.9m，日产气量稳定在2000m3以上。证实了沁南地区埋深超过1000m的区域仍具有较好的开采价值。
2.3 煤层顶底板对煤层气的赋存有较大的影响
    沁水盆地南部3#煤层为下二叠统山西组，其上覆地层为下二叠统石盒子组，在上覆地层中发育着较稳定的泥岩，对煤层气的保存具有良好的封闭作用。这种封闭作用主要体现在盆地南部的东西部地区由于煤系地层的强烈剥蚀，其封闭条件较差。
    最新研究结果表明：区内15#煤层底板厚度介于1.0～2.55m的泥岩，局部为粉砂岩；3#煤层底板为泥岩、粉砂岩，2个主要煤层的底板岩性均具有较好的封挡性能。相对而言，虽然3#煤层底板的粉砂岩多于15#煤层，封挡性略逊于15#煤层，但煤层气以吸附气为主，影响不大。
    郑庄地区3#煤层顶底板岩性以泥岩、砂质泥岩为主，具备很好的封堵效果，但在郑试15井-郑12-7井所在区域，顶底板均为泥质砂岩(图3、4)，郑试61井-郑试49井区域，其顶板或底板为泥质砂岩，2块区域顶底板的封堵效果不及泥岩区域，导致含气量(小于15m3/t)与周边区域相比较低。

3 结论
    1) 煤层气评价工作是获得千亿立方米煤层气探明储量的重要保障，在郑庄-樊庄区块煤层气勘探开发实践中形成的“少数资料井钻探→井组试采→提交探明储量→先导试验区→规模开发”工作程序，各环节互相补充，实现了资源的有效评价和开发。
    2) 煤层气评价工作所取得的认识为今后类似区块的评价提供了借鉴，评价成果为煤层气合理开发、技术政策的制定和开发部署方案调整提供了重要依据。
    3) 勘探开发研究成果丰富了对煤层气富集高产的认识，即埋深超过1000m的区域不是开采禁区，其仍具有较好的产气能力，甚至可以实现高产。
参考文献
[1] 冯三利，叶建平.中国煤层气勘探开发技术研究进展[J].中国煤田地质，2003，15(6)：19-23.
[2] 林晓英，苏现波，郭红玉.沁水盆地东南部寺头断层对煤层气藏的封闭性评价[J].天然气工业.，2010，30(4)：20-23.
[3] 石书灿，林晓英，李玉魁.沁水盆地南部煤层气藏特征[J].西南石油大学学报，2007，29(2)：54-56.
[4] 钱伯章，朱建芳.煤层气开发与利用新进展[J].天然气与石油，2010，28(4)：29-34.
 
(本文作者：孟庆春 张永平 郭希波 孙以剑 张俊杰 中国石油华北油田公司勘探开发研究院)