黃曉明，中聯煤層氣有限責任公司，郵箱:huang-cucbm@sina.com.cn，電話:64298881。
(1.中國聯合煤層氣有限責任公司北京100112。加拿大英發能源公司，安徽宿州235200)
從地質和儲層特征等技術方面論述了淮北煤田蘆嶺礦區煤層氣井的生產條件。這些生產試驗井的鉆井目的是(1)評價煤層氣的生產特征，(2)確定儲層的排水條件，(3)評價和改進完井技術，(4)綜合評價煤層氣生產面臨的問題。勘探結果表明，該井區煤層穩定，內生裂縫發育，煤層氣含氣量中等偏高，含氣飽和度高，具有良好的煤層氣生產潛力。300米井距的煤層氣試采井組已於2010年4月投產。本文重點研究了CLG09V-01井的煤層氣生產條件。
關鍵詞:煤層氣生產試驗井煤層氣等溫吸附實驗生產條件
蘇州蘆嶺煤礦區煤層氣試驗技術研究
黃曉明1 F. Andrew2莫日和1王洪洲2林亮1
(1.中國北京中聯煤層氣有限公司100011。Canelite能源公司，中國蘇州235200)
摘要:本文是記錄蘆嶺煤礦煤層氣試驗項目地質和儲層性質研究的技術方法。鉆探試驗井的目的是(1)評估天然氣產能，(2)確定儲層是否可以脫水，(3)評估和改進完井技術，以及(4)評估整個油田的開發問題，試驗表明，這些井的煤層發育良好，含良好割理煤，中等含氣量，含相對較高的飽和煤，具有較高的煤層氣潛力。40英畝井距的試驗井於2010年4月投產，本文主要關註CLG09V- 01井的產能。
關鍵詞:建立信任措施試點；煤層；吸附等溫線；煤層氣產能
安徽宿州蘆嶺煤礦位於淮北煤田東南邊緣，距宿州市區20km，礦區面積23km2，煤炭年生產能力1.8m t(中國煤炭地質局，1996)。礦區也位於蘇南煤層氣勘探區塊的東部，探礦權歸中聯公司所有(圖1)。肅南煤層氣區塊面積約850km2，是中國第壹個與外國公司簽訂的中外合作煤層氣勘探開發項目。目前國外運營商是加拿大英發能源公司。本次調查主要針對蘆嶺礦區建造的壹口煤層氣參數+生產試驗井CLG09V-01。該井連同其相關的生產井組，井距300米，自20104開始進入煤層氣排采試驗階段。整個蘇州地區，包括該地區，壹直是煤層氣勘探開發的熱點，也是煤礦、油氣公司、煤層氣專業公司煤層氣資源勘探投入大、研究程度高、開發利用成熟的地區之壹。通過不斷的勘探投入，該區煤層氣(結合氣控)商業化開采已初具規模。早在20世紀90年代初，依托聯合國煤層氣資源評價項目，在包括蘆嶺礦區在內的肅南煤層氣區塊建設了兩口煤層氣參數井(CQ 4井和CQ 5井)，取得了良好的勘探效果。從1998年到2002年，美國德士古石油公司作為第壹個國外合作夥伴，在蘆嶺煤礦西南15~20km範圍內，打了9口煤層氣參數井，其中包括壹個生產試驗井組，井距300m，單井產氣量最高1700m3/d，最低500m3。從2004年到2008年，蘆嶺煤礦在CLG09V-01井東南5公裏的煤礦塌陷區內共打了7口煤層氣生產井，井距250米，單井初始最大產氣量為3000 m3/d，投產兩年多以來，目前單井產量壹直穩定在1000 m3/d左右，產出的煤層氣用於煤礦瓦斯發電
圖1安徽省宿州市蘇南煤層氣區塊煤層氣勘探開發現狀圖
1的地質特征
(1)結構
淮北煤田位於華北板塊東南緣，區內構造主要以壹系列近南北向斷塊為特征，斷塊是在東西向隆起帶的基礎上形成的，受北北東向逆沖斷層控制。因此，古生代地層呈北北東向分布，地層傾向東方，傾角23°。
蘆嶺礦區位於淮北煤田東南邊緣，北有東西向的蘇北斷裂，南有板橋斷裂。這兩條東西向、傾向相反的同生正斷層構成了壹個區域性地塹，控制著礦區煤系地層的沈積。蘆嶺煤礦東邊界是壹條北西向逆斷層，對煤系地層具有明顯的改造和控制作用。礦區呈北西向，地層向北傾斜，使其在淮北煤田具有鮮明的構造特征。煤田東部逆沖推覆構造發育，為東西向疊瓦狀推覆構造，礦井下有常見的小構造，對煤礦開采影響較大。礦區周圍燕山期火山活動頻繁，主要表現為酸性火成巖侵入體，以基巖、巖脈、巖脈的形式侵入古生代沈積地層。其中，下二疊統山西組地層受巖漿接觸變質和巖漿熱變質作用影響明顯，煤質變化大，煤種復雜，以瘦煤、無煙煤和天然焦為主。然而，巖漿活動主要發生在蘇北斷裂以北地區。蘆嶺礦區受巖漿侵入影響較小，煤變質程度相對較低，以氣煤為主。
(2)地層
蘆嶺礦區所在的淮北地區屬於南華北地層劃分，晚古生代地層由壹套三角洲體系和多個障壁體系交替沈積，含多層可采煤層(中國煤炭地質局，2001)。根據沈積旋回和巖性組合特征，自下而上分為本溪組、太原組、山西組、下石盒子組、上石河組和石千峰組。CLG09V-01井是在蘆嶺礦區建設的壹口煤層氣參數+生產試驗井，鉆井位置如圖1所示。該井鉆遇的地層主要有石炭系太原組、二疊系山西組、上下石盒子組和新生界松散地層，厚度約250米。本文重點研究與主要目的煤層相關的下二疊統煤系地層的巖性組合特征(圖2)。
從圖2可以看出，山西組10煤層電性特征明顯，結構穩定，厚度為2.69米..其直接底板為砂質泥巖，厚3.38米，富水性弱，滲透性差。其下部與地層相鄰，石炭系太原組灰巖頂界與厚層粉、細砂巖、砂質泥巖互層，具有高伽馬、中高電阻率、弱含水、比煤層底板滲透性好的特點。10煤直接頂為6.08米厚的細砂巖，較純，滲透性好。根據傳統的煤層氣地質理論，滲透性好的頂底板不利於煤層氣的保存。但根據我們多年的煤層氣地質勘探實踐:良好的滲透性有利於煤層氣的排出，從而促進煤層氣的大量生成，有效提高煤儲層中煤層氣的含氣飽和度(黃曉明等，2010)，這在本文後面的討論中再次得到證實。
下石盒子組有兩套主要目的煤層。8號煤層厚度為9.19m，但井筒結構不穩定，煤心破碎，直徑明顯擴大。直接頂底板為砂質泥巖，富水性弱，滲透性差。但上部相鄰地層為10m厚的細砂巖(見圖2)，滲透性較好。如果煤層由於斷層錯動與滲透性地層直接接觸，可以有效提高煤層的排烴效率，從而提高煤儲層中煤層氣的含氣飽和度。7號煤層厚2.36m，頂底板為泥巖，含水弱，滲透性差，內生裂隙發育，具有良好的煤層氣滲流通道，但頂底板的封閉性在壹定程度上影響了其生烴效率。
CLG09V-01井區上下石盒子組地層界線位於510m井深，以斑狀鋁質泥巖為地層劃分指示層。上石盒子組由紫色、黃綠色和雜色砂巖、粉砂巖和泥巖互層組成。肅南煤層氣區塊其他區域發育的3號煤層在本井區不發育。
(3)水文地質
淮北煤田二疊系含煤地層富水性弱，斷層破碎帶壹般以泥質充填，富水性弱。該區主要含水層有:新生界松散層含水層2~3層，壹般厚5~20m，單位湧水量0.26 ~ 1.21l/s·m，底部含水層直接覆蓋煤系地層。石炭系太原組灰巖含水層位於二疊系煤系地層之下，單位湧水量變化較大，該井區湧水量很小。新生界灰巖含水層和太原組對蘆嶺煤礦無直接充水作用。二疊系煤系地層中的砂巖裂隙水是礦區的直接充水水源，但其微弱的含水量並不會對煤炭開采和煤層氣生產產生重大影響。
圖2肅南煤層氣區塊蘆嶺礦區CLG09V-01井實鉆地層剖面圖。
2儲層特征
(1)煤巖特征
7號煤以亮煤為主，暗煤次之，內生裂隙發育，煤心塊狀，玻璃光澤，階梯狀裂隙，網狀結構。煤的顯微組分含量:鏡質組78.9%，惰質組17.4%，無顯微組分，無機組分12.6%，鏡質組反射率0.71%。煤的表觀密度為65438±0.37，灰分為265438±0.97%，揮發分為37.84%，固定碳含量為83.55%。
8號煤的顯微組分由亮煤和暗煤組成，宏觀類型為半亮型煤，條紋為深灰色。煤心碎得無法形容，幾個小碎片的斷口呈鋸齒狀、線狀。煤的顯微組分含量:鏡質組76.2%~85.5%，惰質組65，438+02.0% ~ 65，438+09.5%，含少量殼質組分，鏡質組反射率0.76%~0.83%。無機成分含量不高，平均7.6%。壹般為分散粘土，部分呈層狀或侵染狀。煤的表觀密度為1.32~1.38，灰分為1.72% ~ 1.06.78 %，揮發分為31.08%~33.74%，固定碳含量為84.88% ~ 85。
10煤以亮煤為主，暗煤次之，宏觀類型以半亮型煤為主。內生裂縫發育良好，裂縫表面光滑平整，表面裂縫40~42條/5cm，端部裂縫28~32條/5cm。煤心塊狀，條痕呈灰黑色，具金屬光澤和玻璃光澤，斷口交錯，呈孤立網狀結構，裂隙部分被黃鐵礦充填。煤顯微組分含量:鏡質組76.3%~88.1%，惰質組10.0%~18.8%，幾丁質1.95%~5.0%，無機組分2.2% ~ 16。煤的表觀密度為1.36，平均灰分為10.05%，平均揮發分為36.69%，固定碳含量為82.57%~85.57%。
(2)氣體含量和等溫吸附特性
7號煤兩個煤芯的解吸試驗結果表明，空氣幹基瓦斯含量為6.10 ~ 6.68 m3/t；幹無灰基含氣量7.30~8.00m3/t，吸附時間4.60~4.67天不等，平均4.64天。氣體成分以甲烷為主，占96.67%~96.82%，氮含量為2.92%~2.96%，重烴含量很少。等溫吸附實驗表明，7號煤的飽和吸附量為12.87cm3/g，幹燥無灰基的飽和吸附量為16.71cm3/g，朗繆爾壓力為2.21MPa。從等溫吸附曲線(圖3)可以看出，原煤等溫吸附曲線平緩，幹燥無灰基曲率變化明顯。
圖3肅南煤層氣區塊蘆嶺礦區CLG09V-01井煤芯樣品等溫吸附曲線。
8號煤18煤芯解吸試驗結果表明，空氣幹基瓦斯含量為8.05 ~ 9.85 m3/t；幹無灰基含氣量9.49~11.26m3/t，吸附時間1.34~2.35天不等，平均2.08天。氣體成分以甲烷為主，占94.10~98.25%，氮氣0.65%~4.87%，重烴0%~0.39%。等溫吸附實驗表明，8號煤的飽和吸附量為14.89 ~ 17.01 cm3/g，幹燥無灰基的飽和吸附量為18.18 ~ 20.12 cm3/g，平均朗繆爾壓力為2.35MPa，從圖3可以看出，與7號煤相比，8號煤的等溫吸附量為100 cm3/g
10煤的4個煤芯的解吸試驗結果表明，空氣幹基瓦斯含量為7.28 ~ 8.69 m3/t；幹無灰基含氣量8.82~10.42m3/t，吸附時間1.37~2.50天不等，平均1.95天。氣體成分以甲烷為主，占94.10%~95.79%，略低於上述兩組煤層的甲烷含量。氮含量變化範圍為3.92%~5.41%，重烴含量為0.06%~0.11%。等溫吸附實驗表明，10號煤的原煤飽和吸附量為11.44 ~ 15.09 cm3/g，幹燥無灰煤的飽和吸附量為15.91 ~ 16.29 cm3/g，Lang。從等溫吸附曲線(圖3)可以看出，與上述兩組煤層相比，原煤曲線和幹無灰基曲線的形狀最接近，曲率也比較大。
3生產條件
煤層氣生產條件分析可分為宏觀評價和微觀評價(黃曉明等，2010)，這是由煤層氣的地質性質及其生產工藝決定的，也與從業人員的工作經驗密切相關。壹般來說，油氣從業者習慣於從宏觀地質條件來分析煤層氣的賦存和保存條件，而煤炭地質學家則傾向於從煤巖、煤顯微組分等微觀特征來分析煤層氣的產出條件。
蘆嶺礦區下二疊統地層主要包括三層可采煤層，即下石盒子組7、8號煤和山西組10煤。單煤層厚度比較大。煤的變質程度相對較低，但隨埋深的增加而略有增加，煤以氣煤為主。受構造作用影響明顯，煤層裂隙非常發育。煤的顯微結構特征是鏡質組含量高，惰質組含量低。煤層氣具有中高含氣量、高甲烷含量和低重烴含量。主要目標煤層原煤飽和吸附量普遍較低，但含氣飽和度不低。下部煤層的煤層氣解吸率高於上部煤層。
從CLG09V-01井地層發育特征描述可以看出:7號煤層頂底板為泥巖，滲透性差。按照傳統的煤層氣地質概念，它具有良好的煤層氣保存條件。但從煤層氣生成的角度來看，強封閉不利於煤層氣的排出，反而會抑制煤層氣的大量生成。幸運的是，7號煤層厚度不大，內部裂隙發育，煤層氣的生成可以繼續，所以煤層氣的含氣飽和度並不低。7號煤含氣量相對較低與其吸附特性和煤的熱變質程度相對較低有關。8號煤層頂底板為砂質泥巖，滲透性較好。然而，厚度接近10m的煤層卻成為其內煤層氣有效排放的障礙，降低了部分煤芯樣品的含氣飽和度。10煤層頂底板為細砂巖，滲透性好，厚度適中，煤層熱變質程度最高。因此，作為烴源巖，其煤層氣可以充分生成並不斷排出，同時作為儲層，其煤層氣含氣飽和度達到並超過100%。
通過以上分析結合煤層等溫吸附特征可知，CLG09V-01井山西組10煤層具有煤層結構穩定、內生裂隙發育、煤層氣含氣飽和度高、等溫吸附曲線曲率大、Langmuir壓力低的特點。在三個主要目標煤層中，其生產條件最好，初期產量應該最高。8號煤和7號煤還具有裂縫發育、含氣飽和度高的特點，生產條件相對較好，尤其是8號煤層厚度巨大，是煤層氣持續高產穩產的保障。7號煤的等溫吸附曲線最平緩，說明解吸條件相對較差，測試數據也顯示解吸天數最多。另外，朗繆爾壓力也大，朗繆爾體積比較低。
此外，在煤層氣資源評價中，壹些煤田地質學家將惰質組顯微組分的高含量作為最有利的煤層氣可采性指標(武玉，2010)。CLG09V-01井煤芯樣品分析結果表明，該井煤樣惰質組含量低於沁水盆地等地煤樣。，但對生產條件的影響有多大，還需要更多的實際數據來驗證，至少在這個井區是這樣。該井區主要目的煤層的三套煤樣分析結果表明，三層煤中惰質組組分含量幾乎相同，普遍較低，但煤層氣解吸時間差異較大。7號煤的解吸時間是8號煤和10號煤的2倍以上，10號煤的解吸時間最短。由此可見，惰質組組分含量不是影響蘆嶺礦區煤層氣可采性的主要因素。
標簽
安徽省宿州市位於中國著名的淮北煤田南部。是中國煤層氣地質條件和地面條件最好的地區之壹，也是中國第壹個與國外合作勘探開發煤層氣的地區。許多煤炭企業、石油公司和煤層氣專業公司，如雪佛龍公司、淮北煤礦、William W. Vail等人(2006)和中聯公司都做過煤層氣地質評價。結果表明，該區煤層氣潛力大，勘探開發風險小。
蘆嶺礦區所在的蘇州煤層氣區塊已開采十余年，商業開采兩年多。目前，直井是煤層氣的主要生產井，采用套管完井技術、水力壓裂或部分註氮增產。生產井持續高產穩產，實現了商業化利用，提高了煤礦的安全生產保障。
下二疊統山西組10煤和下石盒子組8、7煤是本區煤層氣的主要氣源巖和儲層。原煤鏡質組含量高，變質程度適中，煤的吸附能力和煤層厚度適中，頂底板條件好，有利於煤層氣的生成和富集。煤儲層溫度高，滲透率較高，內生裂縫發育，煤層氣含氣飽和度高，臨界/儲層壓力比大，有利於煤層氣的產出。
10煤層儲層壓力高，含氣飽和度高，煤解吸率高，對煤層氣初期產量貢獻大。8號煤層厚度巨大，煤層氣資源豐富，是煤層氣高產穩產的基礎。但由於構造影響，煤層破碎，在壹定程度上影響了其初期產量。7號煤含氣量低，但飽和度高，頂底板封閉性強，使其保持較高的原始地層能量。三層煤聯合開采可以實現優勢互補，合理控制生產節奏，使8號煤層的滲流條件借助7號煤和10煤提前釋放的遊離氣得到有效改造，從而加速了厚煤層煤層氣的不斷析出，稱為煤儲層自改造機制(黃曉明等，2010)。
參考
黃曉明等，2010。煤層氣地質勘探案例分析[M].蘇州:石油工業出版社。
武玉，2010。西山礦區煤層氣資源可采性評價[J].中國煤層氣(4)
中國主要煤礦資源圖集第三卷。北京:中國煤炭地質總局，1996。
中國煤田地質總局，2001。中國聚煤系統分析[M].徐州:中國礦業大學出版社。
威廉·威爾和馬修·康拉德。2006年安徽淮北煤層氣礦區資源評價。聯合