沁水盆地煤层气赋存区域地质背景

深灰色细粒长石石英砂岩、粉砂岩、泥岩、三段 （9#煤） 灰岩及薄煤层组成；其中9#煤层为局部可采煤层，煤层顶板为泥岩、粉砂质泥岩，局部为中细粒长石石英砂岩。 一套河流三角洲相含煤沉积，由深灰~灰黑色泥岩、粉砂岩、细粒长石石英砂岩及 3~4层煤组成。山西组 3#号煤 4~7m 350~750m 3#煤是主要可采煤层，厚度为 4~7m，平均 6m，总体呈东厚西薄展布，分布稳定，顶板为泥岩，平均厚度2.1m。 表3 樊庄区块内主要含煤地层

2.3 3#煤层煤炭地质概况

3#煤层结构简单，煤层顶板以泥岩、粉砂质泥岩及粉砂岩为主，底板以炭质泥岩、泥岩及粉砂岩为主。煤层埋藏深度一般350~750m[24](见下图3)。埋藏浅、厚度大且分布稳定的煤层对勘探开发煤层气非常有利。

图3 樊庄地区3#煤层埋深等值线[24]

表4为部分钻井煤层厚度一览表，从中可看出，沁水盆地南部3#煤层全区稳定。3#煤层位于山西组的下部，煤层厚度4.25~7.25m，平均5.79m。煤层气井一般合采煤

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层厚度6~10m，平均厚8 m[17]。

井号 3# 4.4 6．45 6.2 5.2 7.0 6.3 5.84 7.16 5.14 5.89 6.8 5.67 6 煤层厚度（m） 15# 4.5 1 3.1 4.4 4.9 3.25 3.35 1.4 2.79 3.13 2.82 2.23 2.8 合计（m） 备注 QD-2 QD-3 QD-4 QD-7 QD-9 ZY-2 0002 0402 1205 6-1 1103 127 P2 9.9 7.45 9.3 9.6 11.9 9.55 9.19 8.56 7.93 9.02 9.6 7.9 8.8 煤层气勘探井 煤层气勘探井 煤层气勘探井 煤层气勘探井 煤层气勘探井 煤层气生产试验井 煤田勘探孔 煤田勘探孔 煤田勘探孔 煤田勘探孔 煤田勘探孔 煤田勘探孔 煤层气勘探井 表4 部分钻井煤层厚度一览表

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3 煤层气储集层物性特征及开采特征

3.1 煤层气储集层物性特征

3.1.1 储层孔隙度及割理发育特征

区块内3#煤样电镜扫描分析显示，煤层气储集层中发育有原生孔、后生孔、外生孔及矿物质孔等多种孔隙类型。据煤层气探井、开发井毛管压力曲线特征反映储层以裂隙——孔隙型为主。煤中基质孔以微孔和过渡孔为主，基质微孔、过渡孔发育，比表面积大，对煤层气的吸附能力强，有利于煤层气的保存。同时煤层气储集层中裂隙——孔隙发育，也有利于煤层气的渗流[18][19]。其中3#煤有效孔隙度2.05% ~7.09%，平均4.2329%。孔隙中值半径0.0353~90.65μm，平均38.151μm。

图 煤岩孔隙结构图

据压汞试验数据分析可知，3#煤储层孔隙以微、小孔为主，大孔次之，中孔欠缺，且孔形以含有相当数量的半封闭孔为特征；煤储层发育宏观裂隙和微观裂隙，以宏观裂隙中内生裂隙发育较差、微观裂隙的显微裂隙、超显微裂隙较发育为特征；显微裂隙成为衔接扩散的良好通道，提高了扩散强度。区内试井渗透率统计表明，3#煤储层相对发育；宏观裂隙中，内生裂隙(割理)发育程度明显较中、低煤级煤储层差，这也是渗透率相对较低的主要原因[21]。(图3、图4)

割理是煤变质作用的产物，其发育程度与变质作用类型及地应力的强弱密切相关。发生在晚侏罗世时期的燕山运动为区块内煤的热演化生烃，促进煤中割理大量形成创造了有利条件。

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图4 3#煤样电镜下孔隙特征 图5 3#煤样电镜下裂缝特征

3#煤层宏观割理特征总体为，以两组正交割理为主，部分割理表面有方解石不完全充填。其中大型割理密度一般为1~6条/10cm，中型割理密度明显增大为3~50条10cm，小型割理密度为3~140条/10cm。单从割理密度看，中、小型割理密度均≥3条/10cm，说明宏观割理发育。反光显微镜下，3#煤微型面割理密度一般为37~129条10cm。 3.1.2 储层渗透性

煤层气储集层的渗透率是衡量煤层气可采性的重要指标，渗透率的大小决定于煤层孔隙和割理的发育程度，当煤层气储集层割理发育处于相对开启状态，渗透性就好。通过晋试3井、晋试4井、晋试5井、晋试6井4口井5块煤样的实验测定樊庄区块3#煤的孔隙度一般为1.4～3.5％，与一般煤层孔隙度2％左右的经验值吻合。樊庄区块内煤层气探井典型煤样基质扩散系数测定结果表明，3#煤层扩散系数最高4.085e- 5，最低2.5E-07，煤层渗透率最高2.0265mD，最低0.025mD，总体而言其值为0.025~0.51mD，部分地区达到1～2mD。

井号 1井 2井 3井 4井 5井 6井 测试井段m 519.0-524.4 539.0-544.4 521.6-527.4 514.2-520.6 509.2-515.2 521.6-527.4 表皮系数 -3.66 -3.4 -0.53 -1.29 -1.14 -0.64 注入/压降试井解释渗透率mD 0.22 0.08 0.51 0.08 0.038 0.025 表7 3#煤层渗透率测试结果表

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