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延长油田煤层气项目设计

延长油田英旺采油厂煤层气探区

煤层气资源与开发潜力评价

项目设计

中国地质大学（北京）能源学院

二○一一年六月十八日

延长油田英旺采油厂煤层气探区

煤层气资源与开发潜力评价

一、研究及开发现状

1、鄂尔多斯盆地煤层气勘探开发现状

根据2006年国家新一轮油气资源评价成果，全国埋深2000m以浅的煤层气地质资源量36.81×1012m3，可采资源量10.87×1012m3，煤层气地质资源丰度平均为0.981×108m3/km2。

煤层气资源主要集中分布在鄂尔多斯、沁水、准噶尔、滇东黔西、二连、吐哈、塔里木、天山、海拉尔九个地质资源量大于1×1012m3的含气盆地（群），其地质资源量为31×1012m3，可采资源量为9.3×1012m3，分别占全国的84.13％和85.76％。

鄂尔多斯盆地东缘和沁水盆地的沁水区带为两个最有利区带，是近期实施勘探开发工作的主要目标区，中国目前探明煤层气储量主要分布在沁水盆地及鄂尔多斯盆地东缘。

鄂尔多斯盆地煤层气勘探集中在盆地东缘及其东南缘石炭－二叠系煤层埋深1000m以浅地区。

排采时间较长的井网有柳林杨家坪井网、三交林家坪井网、碛口井网、石楼井网和临兴井网，这些井网均分布在盆地东缘，其中以杨家坪井网排采效果最好，单井日产气2000～6000m3/d，持续160多天；碛口井网SJ19井排采300多天，平均日产气1300m3以上；林家坪井网排采2年多，单井日产气500～1800m3，最高单井日产气3800m3；鄂尔多斯盆地东南缘大宁－吉县－韩城地区煤层气探井和评价井试气获工业气流，其中韩试1井试获4000m3/d高产气流。

在韩城地区已获得50.78×108m3探明储量，初步实现了煤层气小规模的商业化生产、销售和利用。

中石油在大宁－吉县地区钻井控制面积717km2，获控制储量1500×108m3。

截至目前，在盆地内共施工1000多口煤层气井。

鄂尔多斯盆地煤层气勘查开采区块登记情况见表1。

虽然鄂尔多斯盆地的煤层气登记区块很多，但目前勘查投入不足。

煤层气开发力度较大的区块主要集中在鄂尔多斯盆地东缘和渭北地区。

鄂尔多斯盆地东缘的含气面积达到22451.87km2，资源丰度1.53×108m3/km2，是我国最有利的煤层气勘探开发地区之一。

总体上鄂尔多斯盆地东缘煤层气勘探程度较低且勘探程度不均，在逾8×104km2的煤层气勘查登记范围内，仅实施二维地震不到4000km,并且主要分布在韩城、大宁－吉县、三交3个重点区块，煤层气探井和评价井不到200口（截至2009年底）,平均为0.025口/km2；现工区内基本查明的煤层气4大富集区面积不到3000km2，仅占煤层气勘查范围的3.8%；广大区域煤层气的勘探程度很低，甚至是地震和钻探的空白区。

而区域沉积相带研究结果表明，这些勘探空白区处于煤层发育的有利相带。

因此，可供煤层气勘探开发的空间极为广阔。

表1鄂尔多斯盆地煤层气勘查开采区块登记表

区带

序号

区块名称

区带

序号

区块名称

东缘

大宁勘查

南缘

韩城北区勘查

柳林杨家坪勘查

韩城南区勘查

临兴合同区勘查

板桥勘查

石楼合同区勘查

西缘

横山堡南勘查

古交勘查

横山堡北勘查

柳林合作勘查

东道梁勘查

三交北合同区勘查

鸳鸯湖勘查

河东煤田三交勘查

惠安堡-韦州勘查

神府勘查

中卫-中宁盆地勘查

准格尔勘查

阿拉善盟腾格里（Ⅰ）勘查

保德勘查

阿拉善盟腾格里（Ⅱ）勘查

河曲勘查

中石油煤层气公司在鄂尔多斯盆地可供煤层气勘探开发的区块总面积约8.8×104km2，利于煤层气勘探开发的区域主要集中在盆地的东缘,由南向北分为渭北、临汾、吕梁3大含气区块,其中煤层埋深在1500m以浅的煤层气地质资源量约9×1012m3。

自中石油煤层气公司成立以来，完成二维地震近2200km,完成探井、评价井、生产井500余口；煤层气的勘探开发取得了历史性突破,煤层气单井产量稳步提高,渭北开发区的丛式井、吕梁区块的水平井成功实施,效果显著；初步形成了针对烟煤（中煤阶）煤层气勘探开发技术系列；提交新增煤层气基本探明储量并启动了规模产能建设。

主要勘查区块情况叙述如下。

（1）大宁－吉县区块

含煤面积2160km2，煤层气远景资源量4800×108m3。

钻探29口井，已控制含气面积270km2，控制储量343×108m3，在760km2的面积内，预测储量460×108m3。

该气田煤层厚度大，煤质好。

5煤和8煤单层厚度3～7m，最大厚度9.3m。

反射率1.7%～2.4%，属焦煤和贫煤。

含气量高，为16～22m3/t，含气饱和度70%～90%。

渗透率0.20～0.54md。

经初步测试，单井日产量为1000～6400m3。

（2）韩城区块

韩城矿区面积为2142.5km2，预测煤层气总资源量为2147.27×108m3。

3#、5#、11#煤层为主要勘探目标层，埋深多在400～900m之间。

3#、5#煤层厚1.67～2.90m，11#煤层厚度大，一般6.20～7.80m。

煤层含气量平均为8～12m3/t，最高达到26m3/t；煤层渗透率较高，为1.65～2.96md。

1996～1997年，中国煤田地质总局在韩城地区施工了3口煤层气参数井，其中1口井获得单井最高4000m3/d的工业气流。

目前中联公司将韩城列入重点勘探开发项目，完成了6口井组成的先导性试验井组，单井产量在500～2500m3/d之间，其中1口井发生自喷，试验结果证实该地区具有良好的煤层气开发潜力。

随后，中联公司计划在该区进一步扩大开发规模，与香港嘉道里公司合作勘探开发，并进行多分支水平井的施工试验。

（3）神府-保德区块

为中联公司对外合作的区块，由山西保德、陕西神府2个合同区块组成，总面积4080.10km2，预测资源量7200×108m3。

现在BHP-Billiton公司为合同区块的作业者，2004年至今，该公司共钻井10口。

钻探显示，煤层含气量较高，为8～10m3/t，渗透率高，煤层厚度大，具有良好的煤层气开发潜力。

BHP-Billiton公司计划加大对该区块的勘探力度，着手编制开发方案，尽快进入煤层气开发阶段。

（4）柳林北区块

1991年在该区域的郭家沟井田原地矿部华北石油局经过评价选取了杨家坪作为煤层气勘查开发示范区，示范区面积约16km2，并于1991年10月钻探了第一口井（煤柳1井），这是鄂尔多斯盆地东缘的第一口煤层气井。

1992年在该区域的沙曲井田提交了《山西省河东煤田离柳矿区沙曲井田勘探（精查）地质报告》。

1993年～1999年，原地矿部华北石油局在煤柳1井附近相继施工了6口井，均进行了水力压裂，经过143个月的小井网排采，平均单井产气量在1000～3000m3/d，最高达7050m3/d。

2000年中联公司与澳大利亚路伟尔石油公司（路伟尔公司）开始对外合作勘探开发该区块的煤层气，2006年富地柳林燃气有限公司（富地柳林）与中联公司合作共同开发山西省柳林地区的煤层气资源，在柳林区内共施工煤层气井11口。

2009年该区块申报了《柳林煤层气田北区块二叠系山西组3+4、5煤新增煤层气探明储量报告》，获得探明地质储量53.16×108m3，技术可采储量29.85×108m3,经济可采储量26.87×108m3。

2、鄂尔多斯盆地地质及煤储层特征

（1）盆地构造特征

根据盆地重磁电特征、基岩埋深、现今构造等基本地质条件，结合盆地的构造演化，将盆地划分为伊盟隆起、渭北隆起、天环坳陷、陕北斜坡、晋西挠褶带和西缘逆冲带六个一级构造单元（图1）。

图1鄂尔多斯盆地构造区划图

（2）鄂尔多斯盆地含煤地层特征

鄂尔多斯盆地为稳定克拉通内的大型盆地，基底为大古宙和元古宙的结晶基底，早古生代时为一南北分别与秦岭海槽和兴蒙海槽相通的陆表海盆地，沉积了寒武纪一中奥陶世的碳酸盐岩。

中奥陶世后，随华北陆台整体隆升，陆表海消失。

中石炭世开始沉降并接受沉积。

盆地西缘，由于处于贺兰裂谷部位，是整个鄂尔多斯地块中沉降最大的区域。

晚石炭世到二叠纪广泛发育晚古生代聚煤作用。

早三叠世末发生的印支运动，使华北地区呈现东隆西坳的构造格局。

燕山运动，盆地内部持续沉降，盆地边缘隆起上升早白垩世中期盆地开始萎缩，早白垩世晚期盆地整体抬升，湖水退出，湖盆逐渐干涸。

晚白垩世缺失沉积。

该盆地构造简单，构造改造弱，含煤岩系在大面积内保存完整，为煤层气的生成富集以及形成良好的储层条件奠定了基础。

图2鄂尔多斯盆地东缘晚古生代含煤岩系地层综合柱状图

鄂尔多斯盆地含煤地层主要为石炭-二叠系和侏罗系。

中石炭世，鄂尔多斯地块内部沉降幅度很小，沉积厚度仅10～25m左右。

上石炭统太原组沉积厚度50～100m，含煤5～8层。

各地煤层厚度变化较大，如河东煤田太原组主要可采煤层为8、9、10号煤，平均总厚6.66m。

往南至乡宁一带变薄，甚至不可采。

盆地西缘靖远组、羊虎沟组沉积厚度大，含薄煤层及煤线50层之多，晚石炭世时坳陷幅度减小，但沉积厚度仍比东部大，含煤10余层，是主要含煤地层之一。

下二叠统山西组厚60～100m，形成较厚的可采煤层。

河东煤田4、5号煤层平均总厚为7.82m。

南部渭北煤田由东向西煤厚减薄，3号煤层一般0.8～5m（图2）。

侏罗纪含煤岩系延安组，自下而上分为5、4、3、2、1煤组，主要可采煤层5～7层，可采煤层累计厚度一般15～20m。

主要可采煤层发育在盆地南部和北部，中部仅有煤线发育。

聚煤作用受湖泊—三角洲—河流沉积环境控制，围绕盆地中心形成一个巨大的聚煤环带，煤层层数、煤层厚度均由无煤区向四周逐步增加。

（3）鄂尔多斯盆地煤岩煤质特征

石炭－二叠系山西组和太原组煤的镜质组含量在71％～90％之间，平均含量为79％。

侏罗系延安组煤的镜质组含量变化于19.4％～95.2％之间，平均值约为58.5％左右。

从两套煤层煤岩显微组分含量的变化趋势来看，山西、太原组煤岩组成特征明显好于延安组。

从两套煤层的宏观煤岩类型来观察，侏罗系延安组煤质硬且暗，易污手，而石炭－二叠系山西组和太原组煤质软而亮，具金属光泽，煤质特征显然好于延安组。

北部及东缘含煤区的石炭－二叠纪煤的灰分含量变化不大，基本都为中灰煤。

中侏罗世煤在陕北含煤区以低灰煤为主，灰分一般小于10％，黄陇含煤区为低－中低灰。

陕北含煤区子长煤产地的晚三叠世煤为中灰煤。

鄂尔多斯盆地石炭－二叠系煤层主要为中高变质烟煤和无烟煤，不同地区煤级分布有较大差异。

在盆地东部，煤层主要受深成变质作用，从北向南，煤级逐渐增高。

从准格尔煤田、河东煤田到渭北煤田，煤镜质组反射率从0.65％增大到1.95％。

从东向西，随深度增加煤级呈增高趁势，到盆地中部煤级达2.8％以上。

在盆地西缘，煤级分布比较复杂。

从棋盘井矿区－石嘴山矿区－横城矿区－韦州煤田向斜东翼，存在一条南北向展布的低变质煤分布区，镜质组反射率在1％左右。

该带以西，马边滩、鸳鸯湖矿区、镜质组反射率急剧增高，汝萁沟矿区达4％以上。

反映了西部在深成变质作用基础上叠加了岩浆热变质作用。

侏罗系煤变质作用强度低于石炭－二叠系煤。

侏罗系延安组煤的热变质作用以区域深成热变质作用为主，煤化程度具有在盆地周缘低、中间高的特征，镜质体反射率介于0.41％～1.07％，煤阶相当于褐煤、长焰煤、气煤和肥煤。

盆地中南部环县以南庆阳、合水、宁县地区以及北部乌审旗、鄂托克旗地区，镜质体反射率大于0.7％；东胜、陕北、灵盐、陇东煤田锐质体反射率为0.42％～0.61％；黄陇煤田为0.5％～0.75％。

（4）鄂尔多斯盆地煤储层物性特征

煤田勘探和煤层气勘探中积累了大量的煤层含气量资料（表1）。

由表1可见，鄂尔多斯盆地东缘煤层含气量由北向南随煤级升高而增高，由图3可见，含气量随上覆有效地层厚度增加而提高。

受上覆有效地层厚度影响，渭北煤田含气量由东向西逐渐降低，韩城矿区为煤层气富集区。

桌贺煤田煤类全，含气量较高。

鄂尔多斯盆地侏罗系煤层煤级低，含气量普遍低，在局部地区和煤层埋深较大的部位含气量较高。

在黄陇侏罗纪煤田，彬长矿区煤含气量0.1～6.29m3/t，黄陵矿区、焦坪矿区少数煤层含气量达4～6m3/t。

表1鄂尔多斯盆地石炭-二叠纪煤层含气量

煤田（地区）

矿区

合气量（m3/t）

东缘

北部

保德、府谷、临兴

中部

三交、柳林、吴堡

2.46～18.36

南部

乡宁

8～22

渭北

韩城

4～23

澄合

4～12

铜川

5.5～6.5

桌贺

石嘴山

3.5～8.4

韦州

4～7

黄陇

黄陵

彬长

0.1～6.29

焦坪

4～5.35

华亭

0.1～1.2

鄂尔多斯盆地侏罗系煤储层原煤的饱和吸附量（VL）变化于4.26～26.209m3/t之间，平均12.54m3/t，其中东胜煤田兰氏体积在12.75m3/t左右；神木至榆林一带煤储层兰氏体积均小于8m3/t；甘肃华亭至宁夏灵武矿区一般在4.26～9.9m3/t之间；盆地范围内以宁夏汝箕沟矿区原煤的兰氏体积最高其值达26.2m3/t（表2）。

总体上鄂尔多斯盆地煤储层兰氏体积南部矿区明显高于北部，西部高于东部。

Langmuir压力相对较低，其变化范围为0.47～2.0MPa，平均1.08MPa。

图3鄂尔多斯盆地东部含气量与上覆有效地层厚度关系图

表2鄂尔多斯盆地侏罗系煤储层等温吸附实验成果表

序号

样号

产地

时代

ASH

KH80

华矿

9.99

1.4

12.16

3.32

0.45

HK78

华矿

4.26

15.29

5.87

0.48

XY75

东胜

12.75

1.86

20.3

3.23

0.41

LX71

灵新

6.73

0.63

17.9

6.07

0.49

NT56

拧条塔

7.78

0.9

7.92

4.77

0.57

TG62

跳沟

7.26

1.14

5.84

4.63

0.65

RQ64

汝箕沟

26.2

0.47

3.62

4.75

2.54

RQ69

汝箕沟

25.38

0.51

3.14

2.25

2.48

鄂尔多斯盆地晚古生界石炭二叠系原煤兰氏体积普遍较高，一般变化在9.66～36.66m3/t，平均在15.82m3/t，（表3），陕西北部府谷矿区为9.66m3/t；南部铜川矿区在19.9m3/t左右，韩城矿区煤储层兰氏体积较高，可达36.66m3/t；山西河东煤田煤储层兰氏体积为9.9～22m3/t，由北向南兰氏体积不断增加；宁夏中部的横城及韦洲等矿区煤储层兰氏体积相对较小，多小于16m3/t，内蒙桌子山至宁夏石炭井一带在16～20m3/t。

总体上石炭二叠系煤储层兰氏体积以东南和西北相对较高，而东北及西南相对较低。

盆地内储层兰氏压力相对较小，一般在0.31～2.89MPa之间，平均在0.96MPa。

表3鄂尔多斯盆地石炭-二叠系煤储层等温吸附实验成果表

序号

样号

产地

ASH

WY41

五一

9.66

1.14

5.45

9.6

0.7

TY52

铜川桃圆

19.9

0.78

2.5

19.03

1.63

YM1

裕民

12.14

0.56

3.36

13.72

1.18

YM5

裕民

11.51

0.62

15.79

1.09

LL3

柳林

15.54

0.61

2.86

9.81

1.2

LL5

柳林

15.98

1.03

2.91

4.08

1.28

LL7

柳林

17.63

0.65

3.21

3.58

1.25

HC1

韩城

17.24

0.45

3.21

6.22

1.71

HC3

韩城

16.75

0.66

2.5

4.28

1.7

HJ5

韩城

13.91

0.31

3.28

10.4

1.6

BD3

保德

10.1

1.85

7.15

11.54

0.7

BD5

保德

9.11

0.58

7.16

0.73

PPT2

庞庞塔

11.49

0.44

3.69

8.66

0.86

PPT5

庞庞塔

10.29

0.54

4.05

9.24

0.87

PPT６

庞庞塔

11.03

0.35

4.73

6.88

0.87

目前搜集到的储层压力资料较少，多集中在鄂尔多斯盆地东缘地区，河东煤田临－兴区块储层压力为3.32～15.41MPa，梯度为0.592-1.01MPa/100m，除LXC-003、004井外，其余均较低，低于正常地层压力；三交区储层压力为4.12～11.47MPa，为正常压力至超压，个别点为欠压；石楼区块普遍为欠压，储层压力为1.579～7.989MPa，4+5号，8+9号煤层平均压力梯度分别为0.59MPa/100m，0.689MPa/100m，普遍欠压。

渭北煤田韩城矿区7.31～8.31MPa（<700m垂深），实测平均储层压力梯度1.16～1.26MPa/100m，为超压储层。

目前鄂尔多斯盆地内煤层气勘探主要集中在东缘及南缘地区，从搜集到的煤层气参数井获得的渗透率资料来看，鄂尔多斯盆地东缘、南缘渗透性较好，多数层位的渗透性资料大于1×10-3μm2，总体上各个层位的渗透性差别较大（表4）。

鄂尔多斯盆地的煤岩渗透率资料同样显示，煤储层的渗透性在各区变化较大，渗透率一般在0.0032～73.9×10-3μm2之间，平均渗透性较好，为6.354×10-3μm2（表5）。

以庞庞塔矿区变化最大，全盆地渗透率的变化极值均在该区，最高0.0032×10-3μm2，最低73.9×10-3μm2。

华亭华矿、柠条塔、跳沟地区孔隙度高、渗透性相对较好，一般在1.12～19.2×10-3μm2左右；柳林、韩城地区孔隙度较低、渗透率中等且变化不大，多在0.048-0.247×10-3μm2之间。

府谷五一、铜川桃园矿渗透率较低，为0.018～0.059×10-3μm2。

由表中观察，渗透率与孔隙度关系密切，无裂缝影响时一般随着孔隙度的增加，煤的渗透率值有增加的趋势。

表4鄂尔多斯盆地东缘煤储层试井渗透率统计表

地点

井号

煤层

深度,m

渗透性,×10-3μm2

含气饱和度

柳林

HW-L1

14.7

62.54～85.79%

HW-L2

24.8

吴堡

吴试1

0.1

三交

SG1

1105.95

0.4

58.43～64.04

SG2

1112.51

0.15

SG3

4/5#

418.49

2.4

485.85

112

497.43

SG4

4/5#

399.5

456

464.25

0.8

SG14

4/5#

430.9

0.58

500.6

7.96

512.9

1.02

SG17

4/5#

431.5～519.35

1.08

206.11

0.17

SG18

4/5#

425.25～505.95

63.75

41.39

0.68

石楼

SH5

266.7

4.6

SH6

8/9/10#

897.33

2.9

SH7

925.7

4.1

韩城

韩试1井

1.956

11#

3.053

表5鄂尔多斯盆地煤储层孔隙度、渗透率成果表

序号

样号

地点

渗透率10-3μm2

空隙度（%）

岩石密度g/cm2

序号

样号

地点

渗透率10-3μm2

空隙度（%）

岩石密度g/cm2

NT56

拧条塔

4.04

8.8

1.23

HC3

韩城

0.058

6.2

1.26

TG59

跳沟

19.2

7.8

1.25

HJ3

韩城

0.247

4.1

1.29

RQ65

汝箕沟

0.022

2.8

1.35

HJ6

河津

1.42

5.9

1.34

RQ69

汝箕沟

0.257

7.8

1.36

BD3

保德

1.11

7.9

1.29

HK81

华亭华矿

1.12

5.2

1.32

BD5

保德

0.0073

3.6

1.24

WY41

府谷五一

0.059

6.5

1.25

PPT2

庞庞塔

73.9

2.8

1.27

TY52

铜川桃圆

0.018

5.8

1.53

PPT6

庞庞塔

0.025

3.1

1.32

LL3

柳林

0.048

3.7

1.3

PPT主

庞庞塔

0.0032

2.1

1.31

LL5

柳林

0.122

2.9

1.28

（5）鄂尔多斯盆地煤层气资源

鄂尔多斯盆地风化带至煤层埋深2000m以浅区煤层气地质资源量为98634.09×108m3，资源丰度为0.91×108m3/km2，可采资源量为17870.59×108m3，其中中侏罗统延安组煤层气地质资源量为52775.41×108m3，占地质资源总的53.51%；上石炭统太原组和下二叠统山西组煤层气地质资源量为45858.86×108m3，占地质资源总量的46.49%（表6）。

表6鄂尔多斯盆地煤层气资源量计算汇总表

含气区

面积（km2）

煤炭资源量（m3/t）

煤层气地质资源量（108m3）

可采资源量（108m3）

资源丰度（108m3/km2）

东缘

19580

3559.8

34332.66

8121.18

1.53

南缘

9005

798.58

6708.43

1555.24

1.09

西缘

16142

2535.376

14351.3

3026.78

0.82

中部

64120

13116

43241.7

5167.39

0.61

合计

108847

20009.76

98634.09

17870.59

0.91

按区带统计，东缘、中部、西缘和南缘含气区带煤层气地质资源量分别为34332.66×108m3，43241.7×108m3，14351.3×108m3，6708.43×108m3，占地质资源总量的34.81%，43.84%，14.55%，6.8%；东缘、中部、西缘和南缘含气区煤层气可采资源量分别为8121.18×108m3，5167.39×108m

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