鄂尔多斯东缘神府地区深部煤层气储层特征

摘要：为了进一步明确深部煤层气的开发靶区，促进深部煤层气的高效有序开发。本文开展系统的煤岩煤质、储层关键参数的系统测试和分析。研究区深部煤岩属于中灰、中挥发分、低水分的肥煤，进入了生烃高峰。孔隙主要是狭板孔和一端封闭的圆筒孔，连通性一般，其中，2nm以下的微孔比例最高（尤其是0.5nm处的孔隙较多），是比表面积的主要贡献者。煤岩孔隙度平均为5.03%，渗透率平均为0.42mD，属于低孔、低渗储层，裂缝的出现会对煤储层渗透率具有极大的改善作用。该区煤储层压力属于常压-微超压。煤体结构完整，以原生结构和原生-碎裂结构为主。

关键词：鄂尔多斯东缘；神府地区；深部煤层气；储层特征；甜点区

大力发展煤层气这一清洁能源是实现“双碳”目标的重要途径[1]。2019年前，我国煤层气的勘探开发主要集中在浅部煤层（埋深＜1200m）。近年来，随着煤层气勘探开发技术的不断突破，深部煤层气的勘探开发正在快速发展[2]，大量日产气量过万方的深部煤层气井的相继出现（例如大宁-吉县区块的吉深6-7平01井、白家海凸起的彩探1H井、临兴区块的深煤1井），打破了“1500m以深为勘探禁区”的认识[3-5]，也极大鼓舞了对深部煤层气规模化开发的信心。

尽管深部煤层气具有很大的开发潜力，但也面临诸多理论和技术挑战。与浅部煤储层相比，深部煤储层具有较强的特殊性，秦勇等从吸附性能、地应力状态、温压场耦合下的物理性质三个方面阐释了深层煤层气成藏效应的特殊性，并提出了深层煤层气“临界深度”的概念[6-7]。后来学者从资源条件、物性条件、可改造性条件等方面丰富了深层煤层气的内涵[8-10]。众多学者围绕煤层气的有利区或甜点区展开了大量的研究，讨论了煤层厚度、气测全烃值、盖层厚度、断层封闭性等对煤层气保存影响因素[11]。。

本文以神府地区8+9号煤层为研究对象，基于系统性的实验测试，结合深部煤储层特征的详细分析，构建甜点评价指标体系，开展甜点区预测，以期为该区深部煤层气的勘探开发提供方向指导。

1区域地质概况

研究区位于鄂尔多斯盆地的东北部，在构造上，其主体位于晋西挠褶带，整体呈西倾的单斜构造。从平面上来看，研究区西部地层较为平缓，倾角为1°-2°；东部地层较为陡峭，倾角为12°-23°。断层主要发育在区块的东部。区内发育的主力煤层分别为山西组的5号煤层和本溪组的8+9号煤层。其中，8+9号煤层是本次研究的目的层段，主要发育在本溪组的顶部，为典型的海陆过渡相沉积。8+9号煤层的厚度为9-14m，平均为11.7m。埋深与盆地构造相适应，自东向西埋深逐渐加大，埋深普遍超过1500m。

2煤岩煤质特征

2.1煤岩特征

煤的显微组分包括有机组分（镜质组、壳质组、惰质组）和无机组分。基于煤岩显微组分观测数据的统计分析可知（表1），研究区8+9号煤的有机显微组分含量为64.1-91.2%，平均为81.4%。有机显微组分以镜质组为主，其含量为37.6-80.8%，平均为57.5%，主要为均质镜质体和基质镜质体。均质镜质体表面光洁（图1a）。基质镜质体散布有粗粒体、惰屑体和矿物组分等（图1b），可见其与结构镜质体相伴（图1c）。惰质组含量次之，为12.4-38.4%，平均为23.1%，以丝质体和半丝质体为主（图1d，e），其次为惰屑体、粗粒体、微粒体（图1b）。丝质体胞腔有一定的变形，且被黏土矿物充填。半丝质体的胞腔破坏严重。壳质组的含量为0-2.0%之间，平均为0.8%。8+9号煤的无机组分含量为3.8-35.9%，平均为18.6%，以黏土矿物和黄铁矿为主（图1f）。

2.2煤质特征

工业分析是煤质分析的常用方法。由煤岩工业分析可知，研究区8+9号煤层煤的灰分含量为8.8-34.8%，平均为22.6%；水分的含量为0.1-0.8%，平均为0.5%；挥发分的含量为17.4-32.0%，平均为23.3%；固定碳的含量为45.4-64.0%，平均为53.6%。总的来说，研究区8号煤层属于中灰、中挥发分、低水分煤。8+9号煤的平均最大镜质体反射率（Ro，max）为1.1-1.4%，平均为1.2%。可见8+9号煤层的反射率整体变化较小，属于中煤阶肥煤，进入了生烃高峰（表1）。

3煤储层关键参数特征

3.1孔裂隙结构特征

基于高压压汞实验数据的统计分析可知，煤岩进汞饱和度为29.0-58.5%，平均为40.4%。退汞效率为59.8-83.5%，平均为68.8%。退汞效率不高，表明煤岩的孔裂隙连通性一般。通过对进汞-退汞曲线的观察可知，当毛细管压力为0-1MPa时，曲线较为陡峭，汞饱和度无明显变化，表明较大的孔隙发育较少；当毛细管压力超过10MPa后，曲线较为平缓，汞饱和度快速提高，表明煤岩中微小孔隙较为发育。

基于对N2吸附实验数据的分析，研究区煤岩的BJH孔体积0.002-0.066cm3/g，平均为0.016cm3/g；BET比表面积为0.68-1.63m2/g，平均为1.25m2/g；孔隙直径为14.45-25.56nm，平均为20.79nm。通过孔径分布可知，研究区煤岩孔径分布呈三峰型，峰值分别为3.5nm、47.7nm，这也表明出这些孔径段内的孔隙较为发育（图2）。

3.3物性特征

孔渗是煤储层重要的物性参数。通过4口井7个柱塞样品的测试数据可知，研究区深8煤的孔隙度为4.01-5.78%，平均为5.03%，孔隙度的分布比较集中。渗透率为0.15-3.01mD，平均渗透率为1.00mD，渗透率的跨度较大，这是因为有两个样品有裂缝，导致实测渗透率较大，除去这两个样品，平均渗透率为0.42mD。由此可见，裂缝的发育程度对煤储层渗透率的改善起到至关重要的作用，如SM-4进汞饱和度相较于其他样品更大，即孔裂隙连通性更好，因此，深部煤储层应该关注裂缝的预测。总体而言，研究区深8煤属于低孔低渗储层。

3.4储层压力特征

研究区8+9号煤层的储层压力为20.19-21.88MPa，平均为21.24MPa。由于研究区8+9号煤层的储层压力实测点较少，无法体现出埋深与储层压力的关系。因此为了更加全面的研究埋深与储层压力的关系，引用邻区临兴地区8+9号煤层实测储层压力数据，共同揭示储层压力随埋深的变化关系。结果显示，研究区煤层的储层压力与埋深呈正相关，压力梯度为1.02MPa/100m，属于正常压力。

3.5煤体结构

本文也借鉴此方法对煤体结构进行表征。凡是利用测井曲线进行煤体结构表征都要进行煤体结构的测井响应分析和统计。研究区煤体结构以原生结构为主，其次为原生-碎裂结构，发育一定的碎裂结构，局部发育碎裂-碎粒结构。从深浅对比来看，深部煤储层的煤体结构更加完整，这与深部较高的地应力环境有关。

结论

研究区深部煤岩属于中灰、中挥发分、低水分的肥煤，进入了生烃高峰，具有一定的生烃潜力。

深部煤岩孔隙连通性一般，属于低孔低渗储层，裂缝的出现可以很好改善储层渗透性，因此，裂缝预测是该区物性研究的重要方向。综合考虑资源条件、产出条件和改造条件的评价结果显示，该区域煤层气“甜点区”主要分布在西部较深位置，昭示着深部煤层气具有较好的开发潜力。

参考文献

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