6大城試氣井組動態(tài)分析與預(yù)測研究

1、6 大城試氣井組動態(tài)分析與預(yù)測研究6.1大城地區(qū)及試驗井組煤層氣地質(zhì)特征6.1.1大城地區(qū)煤層氣概況大城凸起位于滄縣隆起北部西翼，東南以大城、靜海斷裂為界，毗鄰里坦凹陷帶，西北以下第三系尖滅線與西部的楊村斜坡、文安斜坡接壤，基本構(gòu)造形態(tài)為東南高、西北低，走向北東，傾向北西的單斜構(gòu)造，該區(qū)面積為2400 km2。至1998年底大城地氏有大參1井、大11井、大14、大15、大16、大試1井、大8、大10、d1、d2、d3勝1、葛2、葛3、葛4、葛5、葛8、西4、文36等19口井揭開或揭穿石炭二疊系煤第地層。石炭二疊系的聚煤中心在凸起東南部，是早第三紀(jì)古地溫異常區(qū)帶，主要含煤層系為山西組、太原組、煤

2、階主要為肥煤階，煤層頂部埋深最淺915m，煤層中部埋深1800m以淺的煤層展布面積達(dá)1000km2，煤層甲烷資源豐富。1991年在大城凸起三呼莊構(gòu)造上鉆探大參1井，并于19931994年抽排試氣，最高日產(chǎn)氣達(dá)6391.7m3，打開了煤層氣勘探開發(fā)試驗的新局面。19961997年在凸起南部西翼鉆探大試1井，由于該井處于煤層甲烷風(fēng)化帶，經(jīng)抽排試氣未獲氣流。為擴大勘探試驗成果，勘探局新區(qū)事業(yè)部煤層氣項目經(jīng)理部在大參1井南側(cè)打了一個試驗井組，完鉆了4口井，即大11、大14、大15及大16井。其中大參1、大11井為煤層氣取芯井。試驗井組于1998年4月開始抽排試氣，1998年10月9日獲得最高日產(chǎn)氣32

3、96 m3，其中大11井日產(chǎn)氣為3128 m3。1998年11月3日抽排試氣工作全部結(jié)束。實施狀況表6-1。表61 大城煤層氣試驗井組實施情況表井號參數(shù)大參1大11大14大15大16完鉆井深（m）15001345134513501340完鉆層位奧陶系本溪組本溪組本溪組本溪組取芯進(jìn)尺（m）130.2268.37巖芯長度（m）118.3854.45煤芯長度（m）5.827.73巖芯收獲率（）90.979.6煤層層數(shù)1414131515煤層厚度（m）27.626.526.725.530.8試氣層位2-4煤、4-6煤2-4煤2-4煤2-4煤2-4煤壓裂3層4次2層2次2層2次2層2次2層2次試井測試2

4、層2次2層2次最高日產(chǎn)氣量（m3/d）6391.732182191794296.1.2煤層分布石炭二疊系煤層分布較穩(wěn)定，有兩個聚煤中心，北部以勝1井為中心，煤層厚度33.55m，南部以西4井為中心，煤層厚度20.2m?？傮w上從北向南煤層變薄。在凸起高部位厚度大、埋藏淺，凸起低部位厚度小、埋藏深。縱向上共有六個煤組，三、六煤組為主力煤層。煤層有115個小層組成，總厚度7.733.59m，單層厚度0.27.73m。表62。試驗井組位于三呼莊構(gòu)造之高點偏南部位，構(gòu)造比較完整，井距200250m；煤層分布比較穩(wěn)定，連續(xù)性較好，共有煤層1315層，總厚度25.530.4m，分六個煤層組；其中山西組自下而

5、上分為三煤組、二煤組、一煤組；太原組煤層自下而上分六煤、五煤、四煤；主力煤層為三、六煤，其次為四、二煤。見表63。 表62 大城地區(qū)石炭二疊系煤層厚度表井 號煤層分布井段（m）山西組（m）太原組（m）總厚度（m）大參11116.5-1276.512.4815.1827.66大111104.6-1272.014.0013.5027.50大試11141.8-1352.54.5011.5016.00大22636.4-2677.47.802.8010.60大32547.0-2688.04.201.005.2大42556.8-2690.21.802.604.40大52831.0-2978.64.2013

6、.2017.40大81128.6-1267.09.606.6016.20大101452.8-1610.85.6013.8019.40d11168.9-1327.59.314.3313.64d2915.0-1098.97.0611.7118.77d3957.9-1115.35.8212.6218.44勝一2145.0-2369.018.5015.0533.55葛42694.6-2857.64.605.5010.10葛52903.2-3042.04.406.2010.60葛82466.8-2602.66.204.6010.80西41461.8-1584.013.207.0020.20西181368

7、.0-1513.810.609.0019.60西211365.6-1478.05.005.8010.80蘇132926.4-3106.62.8023.4026.20蘇143054.0-3213.01.007.208.2蘇183024.8-3152.01.605.206.8蘇232709.3-2817.04.6010.0014.60文361826.0-1955.05.207.0012.20文662201.6-2348.05.403.809.2表63 大城試驗井組煤層厚度表 井號項目大參1大11大14大15大16一煤單層厚度（m）1.0-1.01.0-1.01.0-1.80.5-1.41.2-1.

8、4層數(shù)22222總厚度（m）2.002.02.81.92.6二煤單層厚度（m）2.023.42.20.9-1.71.2-1.2層數(shù)11122總厚度（m）2.023.402.22.63.4三煤單層厚度（m）2.0-4.372.2-4.02.5-4.02.0-2.61.0-3.4層數(shù)33234總厚度（m）8.468.66.57.09.2四煤單層厚度1.98-1.71.2-1.81.6-2.01.4-2.02.0-2.2層數(shù)22222總厚度（m）3.683.03.63.44.2五煤單層厚度（m）1.500.81.01.201.4層數(shù)11111總厚度（m）1.500.81.01.21.4六煤單層厚度（

9、m）1.0-5.00.9-3.00.8-6.01.0-2.81.2-2.8層數(shù)45565總厚度（m）10.08.710.69.49.6總厚度（m）27.6626.526.7025.5030.40 由表63可知，大11、大14、大15、大16井煤層分布比較穩(wěn)定，但在厚度上有一定變化：一煤組厚度較小，由2個層組成，單層厚1.0-1.4，煤層組厚1.9-2.6m，單層厚度小，最大與最小厚度差0.7m，不利于開發(fā)。二煤組厚度較小，由12個煤層組成，單層厚1.4-3.4m，煤層組厚2.02-3.4m，最大與最小厚度差1.2m。三煤組是最好的主力煤層，由24個煤層組成，單層厚1.0-4.73，煤組厚6.5

10、-9.2m最大（大16）與最?。ù?4井）差2.7m。四煤縱向分布層少且集中，橫向分布穩(wěn)定 ，但厚度較六煤小，由2個煤層組成，單層厚1.2-2.2，煤組厚3.0-4.2m，最大與最小厚度差1.2m。五煤組厚度較小，由1個層組成，煤層厚0.8-1.4m，最大與最小厚度差0.6m,不利于開發(fā)。六煤也是主力煤層之一，由46個煤層組成，單層厚0.8-6.0，煤組厚8.7-10.6m，最大與最小厚度差1.9m。6.1.3煤巖煤質(zhì)特征1、宏觀煤巖特征本區(qū)煤層為半暗淡型煤一半光亮型煤，以亮煤為主，鏡煤呈條帶狀分布，絲炭多呈薄透鏡狀分布。2、煤質(zhì)特征本區(qū)煤的演化程度中等，揮發(fā)分產(chǎn)率偏低，煤層灰分偏高。見表7-

11、4。煤巖灰分是煤中不可燃燒的組分，主要來源于煤中無機礦物質(zhì)。通?；曳之a(chǎn)率與煤的含氣量成反比。據(jù)西安煤科分院對大參1井煤巖灰分分析結(jié)果，山西組煤巖灰分產(chǎn)率界于12.5546.43%，平均27.19%.，太原組煤巖灰分產(chǎn)率界于 12.7617.40%,平均15.78%。河北省煤田地質(zhì)公司對d1、d2、d3井煤巖灰分產(chǎn)率分析結(jié)果，山西組為10.8147.53%，平均24.55%，太原組煤巖灰分產(chǎn)率界于13.6927.53%，平均20.53%。廊坊分院對大11井煤巖灰分分析結(jié)果：山西組11.9614.01%，平均12.99%、太原組3.2632.33，平均18.29%。從以上總的數(shù)據(jù)來看，本區(qū)煤巖灰分

12、屬中灰-富灰煤且不穩(wěn)定，山西組灰分含量10.847.53%，平均22%、太原組灰分含量12.7632.33%，平均18.29%。據(jù)煤含硫量(std)測定：大參1井11671180（山西組層段），測樣品7個，含硫量界于1.83%0.18%，平均0.63%，屬特低硫煤（一個樣品屬于中硫煤），11891204.8m（太原組段）測樣品5個，含硫量3.78%1.75%，11891192m太原組頂部4個樣品屬富硫煤，只一個樣品屬中硫煤。據(jù)d1井含硫量測定，在1200.61232.35m（山西組）測定樣品3個，含硫量1.060.43%，平均0.603%，屬特低硫煤，d2井915-980.6m測煤樣4個（山西

13、組），含硫量2.090.53%，平均0.98%，也屬特低硫量（一個樣品中硫煤），1004.721069.62m（太原組）測4個樣品，含硫量2.650.59%，除1004.721005.62太原組頂部一個樣品屬富硫煤外，其它屬特低硫煤。d3井僅于山西采一個樣品，含硫0.87%，仍屬于特低硫煤?？傊?，山西組屬特低硫煤，個別樣品屬中硫煤。太原組4個樣品為富硫煤（都分布在太原組頂部），3個樣品特低硫煤，一個屬中硫煤，以上說明該區(qū)僅太原組頂部有海侵，基本上屬于談水沼澤環(huán)境。表6-4 煤巖煤質(zhì)測試結(jié)果樣品編號樣品類型層位煤層編號埋深m水分（%）灰分%揮發(fā)份%真密度t/m3ro煤級ds-2煤芯p1s3煤11

14、67.331168.350.9511.9622.71.421.095肥ds-5煤芯p1s3煤1172.81173.80.814.0125.151.41.125肥ds-7煤芯c2t4煤1201.01202.01.2232.3319.481.61.109肥ds-8煤芯c2t6煤1263.81264.60.663.2619.691.321.205焦ds-9煤芯c2t6煤1267.81264.60.6612.5819.821.441.205焦ds-11煤芯c2t6煤1267.61268.70.6512.7219.651.41.481焦ds-12煤芯c2t6煤1269.71270.71.2230.581

15、8.461.71.570焦灰分含量過高，造成真密度過高3、煤層的煤階煤層氣的生成與煤階有直接關(guān)系。一般情況下，中變質(zhì)煤甲烷生氣量最大。從大城地區(qū)資料（表6-5）反映出：大城凸起高部位煤階最高，大參1井、大1-1等井為1.02-1.39%，屬于肥煤，個別煤樣屬于焦煤，而低部位則屬于氣肥煤。表65 大城地區(qū)分析成果表井號煤層組勝1文36葛8大參1大11一0.660.8851.02二0.570.85三1.1761.11四0.881.391.109五0.66六0.680.961.365平均0.670.570.891.201.194、煤巖顯微組分大城凸起已分析包括11井在內(nèi)的煤巖顯微組分44個樣煤樣，其

16、穩(wěn)定組分032.80%，殼質(zhì)組分00.7%，鏡質(zhì)組分49.2590.00%，惰質(zhì)組分3.746.71%，從表6-6中可以看出，盡管各煤組鏡質(zhì)組含量有所差異，但變化范圍不大，其平均值75.75%83.5%，表現(xiàn)出鏡質(zhì)組含量高的特點，本區(qū)煤層以鏡質(zhì)組和隋性組為主，惰性組明顯偏高。表67也說明：三、四煤在大參1井、大11井表現(xiàn)為高鏡質(zhì)組分，高的鏡質(zhì)組分可以形成大量天然氣。大參1井、大11井煤巖在鏡下觀察其鏡質(zhì)組主要為均質(zhì)鏡質(zhì)體、結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體和團塊鏡質(zhì)體。在普通反射光下，這些鏡質(zhì)體一般為灰白灰黃色，其中均質(zhì)境質(zhì)體具有明顯的垂直裂縫。在熒光顯微鏡下，部分鏡質(zhì)體具有棕褐色熒光，鏡質(zhì)體的顯微五角星縫見有黃綠色

17、熒光的液體烴全充填、半充填或不連續(xù)充填。說明鏡質(zhì)體具有一定生成液態(tài)烴能力，且確有生液態(tài)烴的歷史，但鏡質(zhì)體的熒光顏色普遍較深，熒光強度大部分較弱，又反映出生液態(tài)烴潛力不高。本地區(qū)穩(wěn)定組分低，因此，從現(xiàn)有的分析看，大城凸起煤巖主要具備生氣能力。根據(jù)以上分析可知：大城凸起煤層具有豐富的鏡質(zhì)組分，中等演化程度，能夠形成大量的天然氣；鏡質(zhì)組可以生成少量液態(tài)烴，但生液態(tài)烴潛力不高；高的鏡質(zhì)組含量可能具有高的吸附能力。 表66 大城地區(qū)煤巖組份分析表 組分煤組穩(wěn)定組（）鏡質(zhì)組（）惰質(zhì)組（）殼質(zhì)組（）范圍樣品數(shù)平均值范圍樣品數(shù)平均值范圍樣品數(shù)平均值范圍樣品數(shù)平均值一0-522.581-86283.55-927

18、二3.5-867.449.25-82.6672.18.7-29.12619.3三0.82-32.28911.7860.34-821175.755-25.411114.74四0-11.7145.2766.28-901577.443.7-30.471516.490-0.770.269五3137517520120六0-102553.29-85.26776.3310-46.71718.94表67 大參1井、大11井煤巖組份分析表 組分井號 煤組穩(wěn)定組（%）鏡質(zhì)組（%）惰質(zhì)組（%）腐泥組（%）范圍樣品數(shù)平均值范圍樣品數(shù)平均值范圍樣品數(shù)平均值范圍樣品數(shù)平均值大參1三0-0.9950.43252.76-95

19、.14581.163.5-19.32510.040.91-33.0758.36四2.48-87.04521.2811.85-81.78562.391.11-25.39514.270-4.9852.06大11三81.43-81.45281.4418.55-18.57218.56四69.53169.5330.47130.476.1.4 煤層氣儲層特征1、煤巖節(jié)理、割理、顯微裂縫煤巖中的節(jié)理、割理及顯微裂縫是煤層甲烷滲流的主要通道（1）節(jié)理節(jié)理是構(gòu)造應(yīng)力作用的結(jié)果，它通常穿過煤層頂、底板。該類裂縫是氣流、水流通過的主要通道。大參1井、勝1井巖芯均有出現(xiàn)，其密度小于10條/m，且節(jié)理壁平直、緊閉，多被

20、方解石完全充填，屬于剪性節(jié)理，它不是大城地區(qū)的主要流體通道。（2）割理割理是煤化作用和構(gòu)造應(yīng)力影響的產(chǎn)物，對滲透性影響大，煤中割理越發(fā)育，其滲透性愈高。據(jù)二難拋光煤片顯微鏡下觀察統(tǒng)計，大參1井三煤組為半亮煤，具條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，該煤樣水平裂隙稀少，但垂直裂隙發(fā)育，垂直裂隙不僅在鏡煤條帶中密集發(fā)育，在非鏡煤條帶中也有，但裂隙規(guī)模較小，間距較大。裂隙被方解石充填，在層面上可見兩組發(fā)育程度不同的割理。大參1井四煤組，為半暗煤，具條帶狀一線理狀結(jié)構(gòu)，層狀結(jié)構(gòu)。該煤樣中裂隙主要發(fā)育在亮煤和鏡煤條帶中，有垂直裂隙和順鏡煤條帶的水平裂隙。在鏡煤中的水平裂隙長達(dá)8cm，寬度達(dá)1.0mm；這類裂隙數(shù)量少，但

21、連通性好，成為理想的流動通道。通過對大11井主國煤層系統(tǒng)觀察發(fā)現(xiàn)：三、六煤廣泛發(fā)育裂隙及植物殘體胞腔孔部分孔隙被充填，充填物為方解石、黃鐵礦、四煤較發(fā)育粒間孔。現(xiàn)場煤芯觀察，大11井三號煤層割理非常發(fā)育，金屬光澤，階梯斷口，面割理頻度12條/m，延伸<0.5cm。3號煤端割理較6號煤發(fā)育，前者充填少。見表6-8。觀察表明，煤中的面割理主要平行于顯微煤巖類型和沿層理發(fā)育，其寬度0.0031.0mm，一般0.20.4mm，間距810mm，延伸較遠(yuǎn)，一般長度3040mm。端割理主要發(fā)育在鏡煤及亮煤條帶中，其寬度一般為0.20.7mm，比面割理寬，其高度一般不超過鏡煤條帶的寬度，通常達(dá)57mm，

22、端割理間距一般35mm，另外，在非鏡煤條帶中也發(fā)育端割理，其寬度一般為0.050.10m，高度36mm，其規(guī)模不如鏡煤條帶中的大。有的裂隙被方解石、黃鐵礦等物質(zhì)充填，有的充填物又可被后期力的作用再次破裂。值得注意的是：鏡質(zhì)體中普遍發(fā)育有裂縫，絲質(zhì)體中割理亦然存在，一些被礦物充填的裂縫后期又在充填礦物中發(fā)生有裂縫，一些后期裂縫沿早期后生裂縫發(fā)育，并進(jìn)一步擴大了早期裂縫。表68 大11井煤芯割理觀測統(tǒng)計表序號煤層號深 度宏觀煤巖類型面割理頻度條/cm面割理延伸cm面割理充填狀況端割理頻度條/cm端割理延伸cm充填狀況131167.351168.35半光亮型煤1>2方解石半充填3<1未充

23、填231169.501170.70半光亮煤2<1未充填3.5<0.25未充填331172.81173.8半光亮型煤1.66方解石半充填2.5<0.5未充填461263.81264.6半暗淡型煤0.52半充填黃鐵礦10.5半充填黃鐵礦561265.61266.8光暗淡煤21未充填-未充填661267.61268.7半光亮型煤2.31未充填1.2<0.5未充填（3）顯微裂縫對大參1井及大11井觀察可知：三煤較四煤顯微裂 縫發(fā)育，其顯微裂縫幾乎是后者的二倍；三煤上、中、下三個層以下煤層顯微裂縫較其它層發(fā)育；四煤中上煤層比下煤層好，接近于三煤上煤層；碳質(zhì)泥巖的顯微裂縫不如煤層發(fā)

24、育；顯微裂縫寬度足以通過甲烷分子，因為煤層氣氣體分子直徑小，而顯微鏡觀察到的裂縫寬度最小的也超過大孔直徑，孔徑>1000a為強烈滲透空間；顯微裂縫中平行縫和斜縫比垂直縫發(fā)育。（4）煤巖及碳質(zhì)泥巖掃描電鏡下裂縫特征大參1井及大11井碳質(zhì)泥巖及煤巖從電鏡照片上可以看出煤樣中裂縫形狀多樣，有直線縫、平行縫、丁字縫、交叉縫、顆內(nèi)裂縫、晶間縫、顆粒斷開縫、顆粒破碎縫、大小裂縫可以相通關(guān)系相配匹。這些大縫和連能的微縫無氣體流動有重要意義。碳質(zhì)泥巖相對比較致密，微裂縫多不連能。電鏡掃描結(jié)果說明：煤巖晶間、孔隙很發(fā)育，能容納大量四烷氣體；煤巖中裂縫類型多，大小縫相通性好，有利于氣體運移，一旦大縫中氣體壓

25、力平衡體系被破壞，大縫中的氣體可以自由流向低壓區(qū)，同時微小縫中氣體流向大縫中，晶間縫、孔中吸附狀態(tài)氣體將滲流到小縫再流向大縫；碳質(zhì)泥巖中微裂縫的連能性差，這說明如果煤層頂板發(fā)育有碳質(zhì)泥巖無疑對煤層氣具很好的封蓋作用。（5）裂縫與煤巖組成分析煤巖顯微結(jié)構(gòu)可以看出，在中等變質(zhì)條件下，顯微組分中鏡質(zhì)組含量越高，其對應(yīng)的顯微裂縫發(fā)育程度。由此推論：大城凸起煤巖的鏡質(zhì)組含量高，因而大城的微裂縫比較發(fā)育。綜上所述，認(rèn)為： 煤巖具較發(fā)育的微裂縫、晶間孔及割理，這些裂縫、孔隙有相當(dāng)數(shù)量有利于煤層氣的滲流，從而易于解吸開發(fā)； 煤層孔隙度、滲透率比泥巖、本段砂巖、碳質(zhì)泥巖都好，是煤系段最好的儲氣層； 電鏡掃描照片

26、顯示大縫均具張裂縫特征，發(fā)育連通的裂縫系統(tǒng)是煤層具有高滲透率的關(guān)鍵；晶間孔、縫盡管可以連通，但喉道較小，很難使流體自由通過，特別是有較大分子流體堵塞時更是如此。因此，構(gòu)造破裂作用和地層差民壓實產(chǎn)生裂縫對于提高煤層滲透性很重要。2、煤層孔隙度根據(jù)現(xiàn)場獲取的資料，大參1井煤芯實測孔隙度在1179.92m處為5.82%，1177.05m為4.4%，11781180m為2.86%，1204m為2.92%，與砂巖儲油層相比屬于特低孔隙類型。為進(jìn)一步研究大城凸起煤巖孔隙結(jié)構(gòu)特征，我們對大11井的5個煤樣進(jìn)行壓汞分析，分析儀器為9220，最高壓力206.8423mpa，最小孔隙直徑為0.003626m，分析

27、結(jié)果曲線形態(tài)可明顯分為兩種類型，見圖6-1。 （1）孔隙型壓汞曲線一般這種曲線形態(tài)在致密砂巖儲層中是最常見的形態(tài)特征，即初始壓力低，克服麻皮效應(yīng)的進(jìn)汞量為520%，平均為15%。這里以出現(xiàn)平坦段切線作為排驅(qū)壓力，這類曲線特征在煤中不多見，大11井5塊煤樣中有2塊這樣情況（曲線3、5），這類曲線特征如下：i 汞飽和度較低；ii 排驅(qū)壓力大；iii 中值壓力高，0.2212.211mpa（表6-9）中值半徑小，約為0.33263.357m；iv 退汞效率高，達(dá)70%74%，視孔喉體積比小，孔喉相對均勻；v 與同類型的泥巖相比，泥巖退汞效率低（約40%），視也喉體積比小。圖6-1 大11井毛管壓力曲

28、線特征圖表69 大11井煤層氣毛管壓力曲線特征表序號樣品編號層位/煤層號深度孔隙度（）飽和度中值壓力（mpa）中值半徑()類別1ds-1p1s/3煤1167.354.960.02037.5928c2ds-2p1s/3煤1169.502.940.007100.7398a3ds-3c2t/6煤1263.804.122.2110.3326b4ds-4c2t/6煤1265.608.580.006116.4108a5ds-5c2t/6煤1269.704.360.2213.3257b（2）裂縫-孔隙型壓汞曲線這類曲線在油層砂巖中很少發(fā)現(xiàn)，在汞曲線上出現(xiàn)一個和多個平坦段，在很低的壓力下，汞飽和度可達(dá)50%以

29、上，缺乏克服巖樣麻皮效應(yīng)的壓力段或不明顯，因此排驅(qū)壓力不易確定，我們把類曲線稱為裂隙孔隙型曲線，大11井部分樣品呈現(xiàn)這種情形（曲線2、4），其特征如下：i 最大汞飽和度可達(dá)98%；ii 排驅(qū)壓力不易確定，本次使用汞飽和度為10%時對應(yīng)的壓力；iii中值壓力低（0.00420.0043mpa），中值半徑大（100.7398116.410m）；iv 退汞效率高，視孔喉體積比大(1.441.98)，孔喉分選相對均勻。另外還存在一種過渡類型，本井ds1號樣品呈現(xiàn)這種類型（曲線1）.綜上所述，大11井煤層孔喉結(jié)構(gòu)分為三大類（圖6-2）。 圖6-2 大11井兩種不同類型典型孔喉分布頻率直方圖a類：如6號煤

30、，排驅(qū)壓力高，中值半徑小，微孔相對含量較高，主要體現(xiàn)為基質(zhì)孔，難以開采。b類：3煤及少量6煤，排驅(qū)壓力低或劃不出排驅(qū)壓力，中值半徑大，大孔總量相對含量較高，主要體現(xiàn)為裂隙孔，容易開采。c類：為二者過渡類型：綜上所述，大11井區(qū)三煤組裂隙孔發(fā)育，有利于開采；六煤組基質(zhì)孔發(fā)育，難以開采。表610統(tǒng)計了大參1井三、四煤孔喉體積的分布情況。從表中可以看出，在大城凸起三、四煤組是以微孔為主，同時也具備氣體擴散和流動中的中、大孔隙，特別是具有3344%的大孔，這是開發(fā)煤層氣時煤層氣脫離煤表面后首先在煤層中流動的重要通道。這些中、大孔隙如被微裂縫連通，則對于氣體的流動將非常有利。表610 大參1井壓汞測試結(jié)

31、果表煤 樣 孔 隙 體 積 百 分 比 三煤樣微孔46.38小孔5.80中孔3.67大孔44.15四煤樣微孔54.91小孔5.96中孔5.96大孔33.176.1.5煤層含氣性及吸脫附特征1、煤層含氣性含氣性是制定煤層甲烷開發(fā)計劃，進(jìn)行資源評價有可缺少的參數(shù)，對煤層氣可采量的預(yù)測、井的結(jié)構(gòu)和優(yōu)化管理條件有直接影響。據(jù)大11井現(xiàn)場測錄井顯示，在非含煤地層中未發(fā)現(xiàn)油氣顯示，從井深1104m氣測開始異常，測井解釋15層，其中含氣水層5層20m，含氣顯示3層15m，煤層氣層7層34m，見表611、612。表611 大11井氣測錄井顯示匯總表序號井段m厚度m全烴基值（）顯示含量（）甲烷乙烷丙烷異丁烷氫氣

32、泥漿含氣量地面含氣量地層含氣量解釋結(jié)論11104-110950.0761.90119.700.3779.930.0110.0150.006含氣水層21113-112180.2365.00194.470.220.035.280.1460.6130.245含氣水層31124-112620.2920.71685.310.270.0914.330.0710.6980.279含氣水層41132-113530.0920.68267.470.920.370.1831.050.0170.4130.165含氣水層51141-114650.30855.28395.800.014.190.6682.8141.125

33、煤層氣61149-115120.5091.12694.950.400.164.490.0250.2800.112含氣水層71162-116530.40470.29799.060.200.740.75412.184.872煤層氣81168-117570.56176.94098.830.270.890.8854.5181.807煤層氣91183-118630.78065.81299.710.290.6633.3831.353煤層氣101199-120450.68088.48099.980.020.5421.6010.640煤層氣111220-122770.13016.30099.910.060.0

34、30.0630.6790.272含氣顯示段121235-124160.3107.78099.930.070.6244.7781.911含氣顯示段131249-125340.77021.4499.930.2613.010.7727.8823.153煤層氣141264-127170.3202.52099.810.190.2461.4680.587煤層氣151274-127620.2601.90099.350.650.0300.5810.232含氣顯示段從表611中可以看出煤層有效可解吸量1.0211.69m3/t，平均4.84 m3/t，總含氣量為1.4113.25m3/t，平均5.33m3/t。

35、五煤含氣量明顯大于六煤，現(xiàn)場作含氣試驗亦說明該問題，在11521277m（三煤芯）試驗時，煤芯全部見氣泡，部分煤芯出筒時能聽到“滋滋”的聲音；六煤雖見氣泡，但出筒時未有聲音。試驗區(qū)處于三省莊構(gòu)造高點，含煤層系被斷層側(cè)向遮擋，未全部剝蝕。大參1井含氣量為4.9714.85 m3/t，平均10.79m3/t，甲烷含量89.2798.06%，表612 大11井含氣量測試綜合成果表樣品編號煤層編號樣品類型取樣深度（m）水分（%）灰分（%）解吸樣量（g）解吸氣量（sl）損失氣量（sl）殘余樣量（g）殘余氣量（sl）含氣量（m3/t）可燃質(zhì)原煤ds-1三煤煤芯1167.35-1168.350.9511.9

36、61069.038.9981.403468.3200.23611.6310.23ds-2三煤煤芯1167.35-1168.350.9511.96355.821.5510.3936.205.46ds-5三煤煤芯1172.8-1173.80.814.01899.458.4712.047358.6900.56115.4413.25ds-7四煤鉆屑1201.0-1202.01.2232.331571.006.9561.613497.1300.3749.196.20ds-8六煤煤芯1263.8-1264.60.663.261751.473.1850.250433.3600.1532.402.31ds-9

37、六煤煤芯1263.8-1264.60.6612.581188.621.6120.374433.3600.1412.292.00ds-10六煤煤芯1265.6-1266.90.6512.721266.132.0890.1352.011.76ds-11六煤煤芯1267.6-1268.70.6512.721247.031.1480.122320.5800.1241.621.41平均92.43%，甲烷碳同位素為-4.687-5.551%，平均含氣量和甲烷含量比大11井高5.46m3/t、2.76%，差別較大，見表613。表713 大參1、大11井煤層氣含量對比表參數(shù)井號含氣量（m3/t）甲烷含量（）甲

38、烷碳同位素（%）范圍平均范圍平均-4.687-5.551大參14.97-14.8510.7989.27-98.0692.43-4.99-5.88大111.41-13.255.3378.88-95.1589.67差值5.462.76上述分析表明本區(qū)煤層氣含氣量無論在縱向上和橫向上變化都比較大。位于大城凸南部斜坡的大試1井情況現(xiàn)是不同。大試1井鉆井過程中無氣測異常和錄井無氣的顯示，據(jù)廊坊分院現(xiàn)場實測，該區(qū)煤層氣含氣量基本為0m3/t，見表6-14。反映了該區(qū)長期處于古甲烷風(fēng)化帶。石炭二疊系煤系地層沉積后，印支運動以來受滄縣隆起持續(xù)抬升的影響，大城凸起遭受長期風(fēng)化剝蝕，特別是大試1井井區(qū)煤系上覆有效

39、厚度僅剩100m左右，氣體散失逸盡，到喜山期晚第三紀(jì)明化鎮(zhèn)組沉積，才整體覆蓋一套河流相的粗碎屑巖地層。表7-14 大試1井含氣量測試綜合成果表樣品系編號煤層號樣品類型取樣深度(m)水分（%）灰分（%）(%)含氣量（m3/t）可燃質(zhì)厚煤cbm961001g6煤煤芯1309.711311.151.488.220.8000cbm961002g6煤煤芯1311.151313.261.549.400.8000cbm961003g6煤煤芯1311.151313.262.4237.600.8100cbm961004g6煤煤芯1308.691309.711.3123.920.8000cbm961005g6煤煤

40、芯1309.711311.151.388.280.81002、吸脫附特征煤中的氣體主要是以物理吸附的形式被吸附在煤體內(nèi)表面上，吸附量的大小受很多種因素影響，主要是壓力、溫度、煤的變質(zhì)程度、煤巖組分、氣體成分、水分等。研究吸附狀態(tài)氣體的賦規(guī)律及其影響因素，對于評價煤層甲烷氣富集條件，預(yù)測產(chǎn)能具有重要的現(xiàn)實意義。廊坊分院對大11井5塊樣品進(jìn)行了吸附等溫測試，結(jié)果見表6-15、圖6-3。表6-15 大11井煤層等溫吸附實驗綜合成果表樣品編號ds-2ds-7ds-8ds-9ds-11深度1167.35-1168.351201.0-1264.61263.8-1264.61263.8-1264.61267

41、.6-1268.7煤層號3煤4煤6煤6煤6煤層位p1sc2tc2tc2tc2t水分（%）0.951.220.660.660.65灰分（%）11.9632.333.2612.5812.72原煤蘭氏體積（m3/t）17.1325.4121.6925.9817.92蘭氏壓力（mpa）3.4327.5593.4064.7073.113可燃質(zhì)蘭氏體積(m3/t)20.0939.1423.9032.2021.74蘭氏壓力(mpa)3.4327.5593.4064.7073.113擬合系數(shù)0.99330.9610.99980.99730.9965 圖6-3 大11井煤層等溫吸附曲線從表6-15中可以看出，本

42、區(qū)主力煤層煤層氣最大吸附量（即蘭氏體積）為17.1325.98m3/t，平均為21.6m3/t，蘭氏壓力為3.1137.559mpa，平均為4.44mpa，六煤的吸附能力較三煤稍強。含氣飽和度是實測含氣量與原始儲層壓力對應(yīng)的吸附量的比值。通過對含氣量和吸附等溫線的分析，可以確定煤層含氣飽和度和解吸壓力。經(jīng)測算，大11井三煤、四煤的解吸壓力分別為4.57mpa、2.13mpa，含氣飽和度分別為79%、41%，從煤層含氣飽和度和解吸壓力來看，三煤高于四煤。8.1.6滲透率特征滲透率是衡量多孔介質(zhì)允許流體通過能力的一項指標(biāo)，煤巖變質(zhì)程度、煤巖顯分、埋深、煤層空間產(chǎn)狀等都會影響滲透率值。獲取方法有三種

43、，實驗室?guī)r心分析測試（基質(zhì)滲透率），不穩(wěn)定試井及數(shù)值模擬。廊坊分院對大11井三煤、六煤煤芯進(jìn)行了全直徑滲透率測試，測試結(jié)果表明大城地區(qū)煤層滲透率值較低，見表6-16。表6-16 大11井三煤、六煤全直徑滲透率測試結(jié)果表ds-5 p1s 3煤 1172.81173.8m滲透率環(huán)壓mpa0.01623.60.012850.006646.990.003768.380.002839.6ds-8 c2t 6煤 1263.81264.60.143.930.1025.40.08116.450.06587.540.0498.620.03999.9ds-10 c2t 6煤 1265.61266.80.00609

44、5.990.003877.450.002548.540.001749.760.0009911.19不穩(wěn)試井是獲取滲透率的重要手段之一。在煤層氣勘探開發(fā)早期，試井參數(shù)的獲取對煤儲層的評價起著至關(guān)重要的作用。大參1、大11、大15井均采用了注入/壓降手段對煤層壓裂前后進(jìn)行測試，從測試結(jié)果看（表617），壓裂前煤層滲透率均小于。結(jié)合現(xiàn)場錄井及室內(nèi)測試分析，可以認(rèn)為大城地區(qū)煤儲層的滲透率是比較低的，對煤層氣的開采是有利的。表6-17 大城試驗井組煤層氣試井測試結(jié)果表項目大參1大11大15煤組4#4#2#+3#4#2#+3#滲透率10-3m20.1070.20610.20410.31850.5892表皮

45、系數(shù)-1.29-5.971-1.73氣、水相對滲透率是描述煤儲層氣、水流動狀態(tài)的重要參數(shù)之一。大11井煤層氣、水相對滲透率曲線見圖6-4。圖6-4 大11井煤層氣、水相對滲透率曲線6.2 試驗井組工程簡況及效果評價6.2.1井組布井方式試驗井組位于天津市靜?？h子牙鄉(xiāng)大邀鋪東南1000附近，由大11、14、15、16和大參1井共同組成煤層氣勘探試驗井組，井距200-250m、原設(shè)計為不等距梅花形井網(wǎng)，因大12、大13井未鉆，便形成目前的井網(wǎng)方式，見圖6-5。構(gòu)造位置處于滄縣隆起大城凸起三呼莊構(gòu)造高部位，井口海拔5m，設(shè)計井深大11為1335m，實際完鉆井深為1345m，大14井為1355m，實際

46、完鉆井深為1345m，大15井1380m，實際完鉆井深為1350m，大16井為1380m，實際完鉆井深為1340m.主要目的層為石炭二疊系山西組三煤和太原組六煤組。圖6-5 大城試驗井組井位示意圖鉆探目的是：（1）通過井組鉆探獲取關(guān)鍵性評價參數(shù)，包括煤層的分布，煤質(zhì)階的演化規(guī)律，含氣量的變化趨勢，儲層割理的發(fā)育程度和延伸方向等，進(jìn)行儲層產(chǎn)量歷史模擬，確定井組最佳試氣方案。（2）通過井組鉆探，進(jìn)行大面積排液、降壓和試氣試驗，進(jìn)一步深化理論研究和各項技術(shù)的系列化、規(guī)范化，掌握并完善一整套煤層氣開采工藝技術(shù)系列，為2000年后煤層氣工業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。6.2.2開采方式及工程試驗效果評價1、開采方式

47、大城試驗井組采用大11、大14、大15、大16四口井同時排水降壓的方式進(jìn)行開采試驗，大參1井作為觀察井。當(dāng)煤層壓力降低到解吸壓力以下時，吸附在煤層中的煤層氣解吸出來，解吸的氣體通過基巖孔隙和微孔隙脫附擴散進(jìn)入裂縫網(wǎng)絡(luò)，再經(jīng)裂縫網(wǎng)絡(luò)流向井筒。試驗井組選用的抽排設(shè)備為數(shù)控鏈條式抽油機系統(tǒng)，該系統(tǒng)綜合了微電技術(shù)、電力電子技術(shù)、過程控制技術(shù)，是一種能隨機改變運動“姿態(tài)”的實時數(shù)字控制電動系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的高新技術(shù)有：（1）有多個微處理器的數(shù)控技術(shù)（2）交流變頻調(diào)整速器技術(shù)（3）稀土低能耗電機（4）精密的機械傳動系統(tǒng)2、工程進(jìn)展簡況及效果評價 （1）一般來說，鉆井中鉆遇煤層時容易出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象，眼擴徑，形

48、成一個“大肚子”，固井后則在煤層部位出現(xiàn)水泥環(huán)過厚的狀況。因此要求煤層射孔時槍彈的穿透率和穿透深度要比一般砂巖油氣層要高，否則將不能達(dá)到很好地溝通煤層的目的。在試驗區(qū)煤層氣井實施的過程中，4口井的射孔槍彈均采用了目前國內(nèi)成型的正規(guī)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，102槍、127彈射孔，射孔彈發(fā)射率均為100%。試井解釋結(jié)果表明，采用上述工藝技術(shù)的煤層表皮系數(shù)為-1.73-5.97，表明射孔質(zhì)量為優(yōu)良。（2）單相注入壓降試井該項工序是在保持煤層原始壓力系統(tǒng)的狀態(tài)下，通過以低于破裂壓力的排量保持一定時間的注入后關(guān)井測壓降曲線，利用試井的原理進(jìn)行煤層系統(tǒng)滲透率的解釋，用這種方法確定的滲透率普遍認(rèn)為較有代表性，彌補了

49、煤層割理發(fā)育室內(nèi)測試不準(zhǔn)確的缺陷。采用的管柱結(jié)構(gòu)：壓力計托筒+篩管+井下開關(guān)裝置+壓力錨+壓力計托筒+反循環(huán)閥+油管+井口開關(guān)裝置。泵注系統(tǒng)是注入/壓降測試的核心，特點是壓力高，排量低，脈沖小，連續(xù)工作時間長。由于國內(nèi)的注入泵很難滿足上述要求，因此選用美國貝克休期公司的注入泵及繩纜車，配有變速、過壓保護(hù)、壓力緩沖、減震、計量等裝置，不僅可用于套管測試，同時可用于煤層氣井壓裂前后裸眼中途測試。記錄設(shè)備為電子存儲式壓力計。該工藝完整合理、精確度高，保證了試井質(zhì)量及資料的可靠性。（3）壓裂由于煤層的特殊性，要求壓裂設(shè)備在高的施工壓力下實現(xiàn)大排量的注入，并能夠?qū)崿F(xiàn)自動監(jiān)測計量分析，以確保煤層壓裂施工的成功率和資料錄取的準(zhǔn)確性。煤層氣試驗區(qū)井的壓裂設(shè)備選用了美國halliburton和“西方”的公司生產(chǎn)的千型壓裂車組，該車組最大排量大于8m3/min，最高壓力大于100mpa，實踐證明，能夠滿足煤層氣井壓裂施工的需要。由于煤層儲層具有松軟、割理發(fā)育、內(nèi)表面積大、吸附性強、壓力低等與油藏儲層不同的特性，由此而引起的高注入壓力、復(fù)雜的裂縫系統(tǒng)、砂堵支撐劑的嵌入、壓裂液的返排及煤粉堵塞等問題，使得煤層氣壓裂液與油氣田壓裂液存在毒害差異，主要表現(xiàn)在：a、由于煤巖的表面積非常巨大，具有較強的吸附能力，要求壓裂液同煤層完全配伍，不發(fā)