吐哈盆地沙爾湖凹陷侏羅系煤層氣勘探開發(fā)潛力評價

吐哈盆地沙爾湖凹陷侏羅系煤層氣勘探開發(fā)潛力評價華晟能源勘探部一、區(qū)域地質(zhì)概況二、煤層氣成藏條件三、煤層氣儲層特征四、煤層氣資源潛力五、前期勘探效果（中石油）六、結(jié)論及建議匯報提綱二、區(qū)域地質(zhì)概況1、構(gòu)造沙爾湖凹陷位于吐哈盆地南緣中段，其東北部、東部及西南部邊緣均為古生代基底隆起。凹陷內(nèi)構(gòu)造主要表現(xiàn)為寬緩向斜構(gòu)造及邊緣斷裂構(gòu)造，構(gòu)造線走向總體呈近EW和NW向。沙爾湖凹底是在華力西構(gòu)造層下，隱伏有前寒武世古老結(jié)晶微地塊，其基底比鄰區(qū)相對穩(wěn)定，處于古隆起狀態(tài)，未接受沉積。早侏羅世水進未涉及到本區(qū)，因此缺失八道灣組、三工河組早侏羅世地層。中侏羅世（西山窯中期）沙爾湖盆地整體下降，開始接受沉積。一、區(qū)域地質(zhì)概況2、地層沙爾湖凹陷出露的地層較為齊全，有古生界、中生界、新生界。沙爾湖凹陷自上而上主要包括上古生界下二疊統(tǒng)阿其克布拉克組、中生界中侏羅統(tǒng)西山窯組、頭屯河組、新生界第三系和第四系。含煤目的層地層為中侏羅統(tǒng)西山窯組。一、區(qū)域地質(zhì)概況沙爾湖凹陷中侏羅系統(tǒng)西山窯組劃分為上、中、下三段含煤組合，上、下段煤層多而??；中段是主要含煤層段，發(fā)育單層厚度百米以上巨厚煤層,是煤層氣勘探的主要目的層。下段（J2x1）為一套河湖三角洲相—淺湖相沉積。區(qū)內(nèi)揭露厚度為61.83～124.45m，平均厚度79.33m。中段（J2x2）為一套三角洲平原—泥碳沼澤相沉積。區(qū)內(nèi)揭露厚度為160.68～288.00m，平均厚度250m。上段（J2x3）為一套三角洲前緣—前湖相沉積。區(qū)內(nèi)揭露厚度為143.59～279.79m，是西山窯組含煤性最差的巖性段。一、區(qū)域地質(zhì)概況Ⅰ煤層:埋深156.82-440.98m,自北向南沉積條件逐步變好,厚度逐步增大,規(guī)律性明顯。

在南部煤層厚度較穩(wěn)定,厚度為8.40-9.26m,

結(jié)構(gòu)簡單Ⅱ煤層:埋深397.95-460.48m，由西向東分叉，包括1-4個可采煤層，總厚度4.52-9.77m，與Ⅰ煤層間距1.08-4.61m，結(jié)構(gòu)較簡單Ⅲ煤層:埋深419.50-485.23m，包括1-2個可采煤層，厚度0.90-3.50m，僅在西南部發(fā)育，向東部變薄，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜。與Ⅱ煤層間距2.14-8.87mⅣ煤層:埋深142.70-549.16m，在西南IZK911煤層厚度可達(dá)18.77m，向西迅速變薄，厚度僅為0.80-1.49m,與Ⅲ煤組間距18.83-42.16m

Ⅴ煤層:埋深186.30-575.55m，包括1-7個可采煤層,厚度74.35-135.81m，結(jié)構(gòu)簡單，與Ⅳ煤層間距10.76-43.60mⅥ煤層:埋深305.05-671.36m，包括1-4個可采煤層,厚度4.92-14.11m，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與Ⅳ煤層間距10.34-9.40m西山窯中段含煤層序3、沉積特征一、區(qū)域地質(zhì)概況吐哈盆地早侏羅世早期古地理圖

吐哈盆地中侏羅世早期古地理圖一、區(qū)域地質(zhì)概況侏羅紀(jì)以來，沙爾湖、大南湖凹陷與吐哈盆地主體湖盆未完全溝通，因而也沒有大規(guī)模的水進對泥炭沼澤的發(fā)育構(gòu)成威脅，為兩凹陷煤層的形成提供了優(yōu)越的古地理條件。中侏羅世西山窯組沉積期古氣候溫暖潮濕，凹陷內(nèi)形成淺湖并在其周緣發(fā)育三角洲，成為聚煤的良好古環(huán)境。西山窯組沉積早期，湖區(qū)周緣扇三角洲為退積水進型，不利于泥炭沼澤化發(fā)育，僅形成一些薄煤層西山窯組沉積中晚期，隨盆地整體區(qū)域性擠壓閉合，湖區(qū)全面淤淺，形成大面積泥炭沼澤化，是本區(qū)聚煤作用最強烈時期，以聚煤面積大，煤層厚或特厚為特點西山窯組沉積末期，隨盆地逐漸抬升，氣候干旱，聚煤作用終止。3、沉積特征一、區(qū)域地質(zhì)概況二、煤層氣成藏條件三、煤層氣儲層特征四、煤層氣資源潛力五、前期勘探效果（中石油）六、結(jié)論及建議匯報提綱二、煤層氣成藏條件1、構(gòu)造條件沙爾湖凹陷吐哈盆地南部一個獨立凹陷，成煤期后構(gòu)造運動微弱，褶皺斷層都不發(fā)育，構(gòu)造簡單。鉆井資料反映：僅在凹陷北緣發(fā)現(xiàn)斷層，斷層走向近東西向，為中生代煤層沉積階段的同生正斷層，控制了整個凹陷的形成和煤層沉積，成煤期后特別是煤層進入生氣期后未活動，對煤層氣的保存影響不大地震資料反映：本區(qū)構(gòu)造簡單而穩(wěn)定，除盆地整體上升遭受剝蝕外,斷層不發(fā)育，地層褶皺輕微，又無明顯的后期火成巖活動。二、煤層氣成藏條件1、構(gòu)造條件沙爾湖凹陷ZK1鉆孔J2x煤層埋藏史圖沙爾湖凹陷東部由于后期構(gòu)造運動抬升幅度不大，晚白堊世以來，接受沉積厚度相對較大。因此，沙爾湖凹陷中偏東部地區(qū)煤層氣散失量相對較小。二、煤層氣成藏條件2、水文地質(zhì)條件沙爾湖凹陷地表為貧水的戈壁，地下被了敦—南湖隆起與北部富水的臺北坳陷、哈密坳陷隔開，成為單一的靠微量降雨補給的獨立水文地質(zhì)環(huán)境。由于新生代以來本區(qū)降水量極微,只有偶爾暴雨形成的短暫山洪，因此煤系地層為滯流承壓水文地質(zhì)環(huán)境。鉆井資料表明本區(qū)的主要含水層為西山窯組下段巨厚煤層及上部地層所夾中、細(xì)砂巖,沒有明顯的富水層,地層水主要來自于富含水的原始濁流沉積物中保存下來的原生地層水,地下水的礦化度明顯偏。其中沙試2煤層水礦化度25000～30000mg/L，沙試3煤層水礦化度30000～35000mg/L，水型為CaCl2。研究區(qū)水力封堵條件良好，利于煤層氣的保存。3、封堵條件（頂、底板）二、煤層氣成藏條件研究區(qū)煤層氣頂、底板封蓋性鉆井揭示，西山窯組煤層的上覆地層為泥巖、砂泥巖，有效厚度為275～458m，主煤層直接頂板巖性為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、砂巖、碳質(zhì)泥巖，厚18～64m，底板巖性為細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖，厚11～30m，底板封蓋能力相對較弱，但頂板有18m厚粉砂質(zhì)泥巖和碳質(zhì)泥巖封蓋，封蓋條件好。從區(qū)域上看，西山窯組煤層向凹陷周邊漸變?yōu)槟鄮r、高碳泥巖，煤層氣藏具良好側(cè)向封堵條件。4、運移條件二、煤層氣成藏條件沙試1井煤樣掃描電鏡觀察，本區(qū)主力煤層裂隙發(fā)育，微裂隙小于1μm，且裂隙多開啟。沙試1井12號煤擴散系數(shù)與孔滲性測試表明，平均擴散系數(shù)2.03×10-5cm2/s。電鏡觀察與測試結(jié)果均顯示，區(qū)內(nèi)煤內(nèi)生裂隙發(fā)育較好，為下一步層氣降壓解析提供了很好的基礎(chǔ)。通過對沙試1井樣品掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)直徑1～10μm的粒間孔、寬度1μm以上的層間縫及裂縫隙等大的孔隙普遍未被充填，為游離氣和水溶氣提供儲集空間的同時也成為煤層氣的主要滲流通道。一、區(qū)域地質(zhì)概況二、煤層氣成藏條件三、煤層氣儲層特征四、煤層氣資源潛力五、前期勘探效果（中石油）六、結(jié)論及建議匯報提綱三、煤層氣儲層特征

沙爾湖煤田含煤1～31層，煤層總厚度309.27m，平均厚74.21m,含煤地層平均厚約450m，含煤系數(shù)為16.5%。2009年3月，東疆煤炭資源勘查項目在庫木塔格-沙爾湖預(yù)查區(qū)發(fā)現(xiàn)了厚度為151.34m的巨厚煤層，這是目前東疆地區(qū)單層煤厚度最大的煤層。

沙爾湖煤田煤層具3個突出特征：煤層巨厚，中部聚煤中心單煤層厚276.07m，總厚309.27m；東部聚煤中心煤層直接沉積在二疊系（基底）之上；整個煤田東、北部煤層厚，穩(wěn)定；南部煤層薄，不穩(wěn)定，趨勢明顯。1、煤層厚度三、煤層氣儲層特征吐哈盆地沙爾湖凹陷西山窯組煤層總厚度等值線圖吐哈盆地沙爾湖凹陷西山窯組煤層?xùn)|西向厚度對比圖三、煤層氣儲層特征2、煤炭煤質(zhì)分析三、煤層氣儲層特征煤質(zhì)在平面上的變化規(guī)律比較明顯：凹陷由北到南，鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組呈現(xiàn)由高到低的趨勢，凹陷北部以半亮煤為主，灰分含量較低，水分含量較高，南部以半暗煤和暗煤為主，灰分含量增大，水分含量降低。從東西方向上看，顯微組分變化大，鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和水分總體呈現(xiàn)出兩邊低，向中部增高的趨勢，而灰分則是中部低向兩邊含量均增大。西山窯組煤巖實測鏡質(zhì)體反射率Ro為0.39%～0.45%，為褐煤，煤層氣屬典型低煤階煤層氣，美國粉河盆地煤層Ro介于0.3%～0.4%，同位素分布在-50‰～-55‰，研究區(qū)與之相比，具很大的相似性。2、煤炭煤質(zhì)分析三、煤層氣儲層特征3、煤儲層物性（孔、滲）孔隙度較大，綜合孔隙度達(dá)11.1%—15.03%。有助于吸附和儲集煤層氣。煤原生孔保存良好，經(jīng)測試其煤體密度為1.26~1.33g/cm3，表明該區(qū)在沉積之后壓實作用不強，原生孔隙保存較好。凹陷主力煤儲層滲透率高，為7.51—181.9mD。其中沙試1井滲透率達(dá)181.9mD，其次為沙試3井，為46.72mD，沙試2井相比沙試1井和沙試3井偏低，但也達(dá)到了7.51mD。同時，鉆井過程中泥漿的普遍漏失現(xiàn)象（沙試1井漏失泥漿1037m3，沙試2井645m3，沙試3井884m3）也表明，該區(qū)煤層具有良好滲透性。三、煤層氣儲層特征3、煤儲層吸附性沙試1井主煤層煤樣等溫吸附的實驗結(jié)果表明：本區(qū)煤層吸附量原煤為7.26～11.53m3/t，平均9.4m3/t；蘭氏壓力為21.28～35.97MPa，平均28.63Mpa；可燃質(zhì)吸附量為9.09～14.54m3/t，平均11.82m3/t；蘭氏壓力21.28～35.97MPa，平均28.63MPa。三、煤層氣儲層特征4、含氣性沙試1井22塊煤心樣品測試顯示，含氣量較高，原煤含氣量為0.73～3.09m3/t埋深500～600m時，含氣量1.5～3.09m3/t；埋深1000～1200m時，含氣量可達(dá)3.6m3/t以上從凹陷邊緣向深部位，煤層壓裂梯度和錄井氣測全烴含量值均有增高的趨勢。在斜坡的下傾部位，由于埋深增加，主力煤層處于甲烷風(fēng)氧化帶之下，保存條件變好，煤層壓力增高，煤的吸附性能增強、因而含氣量會逐漸增加。三、煤層氣儲層特征沙爾湖凹陷西山窯組煤層含氣量平面等值線圖4、含氣性三、煤層氣儲層特征庫木塔格煤礦區(qū)第四勘探區(qū)瓦斯氣體組分中甲烷含量基本上都低于1ml/g，僅有13個樣品的甲烷含量高于1ml/g。單個樣品CH4含量大于1ml/g的，煤層埋深在500m以上的僅1個，500-700m的7個，煤層埋深在700m以下的5個。4、含氣性一、區(qū)域地質(zhì)概況二、煤層氣成藏條件三、煤層氣儲層特征四、煤層氣資源潛力五、前期勘探效果（中石油）六、結(jié)論及建議匯報提綱四、煤層氣資源潛力沙爾湖凹陷煤層發(fā)育，煤層分布面積780km2,煤層最厚達(dá)218m,單層最大厚度為144m，煤層埋深200-1200m。煤巖含氣飽和度一般60%-80%，實測含氣量3m3/t左右。前人研究結(jié)果表明，凹陷煤層甲烷風(fēng)化帶深度400-500m,600m-1200m為煤層氣相對飽和吸附帶，這樣的有利區(qū)分布有西、中、東三塊，其中沙爾湖中西塊煤層厚度小，測試氣含量低。而沙爾湖凹陷東塊煤層厚度大，測試含氣量相對較高，根據(jù)各區(qū)塊含氣量和煤巖體積，預(yù)測凹陷煤層氣最大總資源1243108m3，其中東塊有利面積400km2，資源量可達(dá)1100108m3為下步勘探開發(fā)的最有利目標(biāo)區(qū)。一、區(qū)域地質(zhì)概況二、煤層氣成藏條件三、煤層氣儲層特征四、煤層氣資源潛力五、前期勘探效果（中石油）六、結(jié)論及建議匯報提綱五、前期勘探效果截止目前，沙爾湖凹陷內(nèi)有6條地震測線，地震測網(wǎng)密度16km16km，鉆探煤層氣井14口，其中資料井8口。前期對凹陷內(nèi)沙試1井，沙試2井，沙試3井，沙試4井、SMP-1井這五口井進行了3-7個月的排水采氣試驗，沙試1井，沙試2井，沙試3井獲得10-180m3/d的低產(chǎn)煤層氣，沙試4井僅見少量甲烷氣，主要以氮氣為主，勘探效果不好。1、勘探現(xiàn)狀（中石油）2、勘探效果（中石油）鉆井技術(shù)：低煤階煤層氣井一般適宜采用欠平衡技術(shù)，而沙爾湖凹陷前期煤層氣鉆井僅1口采用空氣鉆欠平衡方式，其他為泥漿鉆井，普遍存在泥漿密度大或井漏現(xiàn)象，煤層污染嚴(yán)重。完井工藝：低煤階煤層氣井國外探索總結(jié)出采用裸眼洞穴完井方式較為合適，而沙爾湖凹陷煤層氣井均以篩管完井方式為主，這為后期排采造成了不利影響。五、前期勘探效果沙爾湖凹陷在前期煤層氣勘探效果不好，主要關(guān)鍵環(huán)節(jié)采取技術(shù)手段不足，但仍能獲得低產(chǎn)氣流，說明凹陷仍具有一定的煤層氣勘探開發(fā)潛力，如果采取合適的工藝措施，一定能獲得商業(yè)氣流。四、煤層氣勘探成果壓裂改造技術(shù)：國內(nèi)外低煤階煤儲層壓裂液選擇及壓裂規(guī)模對后期煤層氣產(chǎn)量高低影響大。沙爾湖凹陷除SMP-4井采用注氮氣壓裂外,排采的5口井有4口井未實施壓裂，沒有進行有效的儲層改造措施排采手段：凹陷前期排采方式欠合理，所有排采均為單井排采，而且時間短，所有井均排水太快。一方面導(dǎo)致煤粉膨脹封