0 引言
1 M172井基本地质特征
2 样品采集与实验方法
2.1 样品采集位置
图2 M172井本溪组8#煤样品及宏观煤岩类型(a)M172-1,2 425.45 m,光亮型;(b)M172-2,2 426.22 m,半亮型;(c)M172-3,2 427.27 m,半亮型;(d)M172-4,2 427.89 m,半亮型;(e)M172-5,2 428.65 m,光亮型;(f)M172-6,2 429.29 m,半亮型;(g)M172-7,2 430.15 m,光亮型;(h)M172-8,2 430.55 m,光亮型;(i)M172-9,2 431.01 m,光亮型;(j)M172-10,2 431.69 m,半光亮—暗淡型;(k)M172-11,2 432.60 m,半光亮型;(l)M172-12,2 433.25 m,暗淡型 Fig.2 Sample and macroscopic coal rock type of No.8 coal in Benxi Formation of Well M172 |
2.2 核磁共振测量
表1 核磁共振测量参数Table 1 Nuclear magnetic resonance measurement parameter |
参数 | Δt 回波 /ms | τ/s | n 回波/次 | n 扫描/次 |
---|---|---|---|---|
数值 | 0.1 | 5 | 6 000 | 64 |
2.3 工业分析、显微组分和反射率测定
2.4 煤岩微观孔隙观测
3 实验结果分析
3.1 煤岩煤质特征
表2 榆林地区M172井8#煤显微组分、工业分析对比Table 2 Maceral and industrial analysis results of the No.8 coal of Well M172 in Yulin area |
地区 | 样品编号 | 深度/m | R O,max/% | 工业分析/% | 显微组分/% | 矿物质(M) /% | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
M ad | A ad | V ad | FC d | VI | I | E | |||||
榆林M172井 | M-1 | 2 425.45 | 1.96 | 0.48 | 32.83 | 15.57 | 51.12 | 60.62 | 38.39 | 0.99 | 6.43 |
M-2 | 2 426.22 | 1.90 | 0.65 | 22.84 | 12.75 | 63.76 | 67.22 | 20.48 | 12.30 | 7.45 | |
M-3 | 2 427.27 | 1.88 | 0.98 | 12.69 | 12.16 | 74.17 | 78.51 | 11.96 | 9.53 | 7.43 | |
M-4 | 2 427.89 | 1.90 | 0.65 | 17.38 | 15.7 | 66.27 | 65.55 | 31.76 | 2.69 | 5.54 | |
M-5 | 2 428.65 | 1.89 | 0.65 | 12.23 | 11.95 | 75.17 | 64.88 | 25.13 | 9.99 | 7.65 | |
M-6 | 2 429.29 | 1.94 | 0.79 | 21.46 | 11.81 | 65.94 | 89.80 | 5.20 | 5.00 | 8.54 | |
M-7 | 2 430.15 | 1.89 | 0.56 | 20.15 | 11.56 | 67.73 | 65.41 | 25.41 | 1.56 | 7.62 | |
M-8 | 2 430.55 | 1.89 | 0.66 | 42.17 | 11.93 | 45.24 | 50.20 | 42.51 | 7.29 | 6.65 | |
M-9 | 2 431.01 | 1.88 | 0.98 | 35.42 | 11.88 | 51.72 | 41.18 | 36.25 | 22.57 | 7.54 | |
M-10 | 2 431.69 | 1.88 | 0.93 | 16.46 | 11.89 | 70.72 | 53.59 | 30.76 | 15.65 | 6.74 | |
M-11 | 2 432.60 | 1.89 | 0.79 | 19.43 | 11.96 | 67.82 | 60.76 | 34.72 | 4.52 | 4.65 | |
M-12 | 2 433.25 | 1.87 | 0.70 | 17.47 | 12.84 | 68.99 | 47.31 | 34.05 | 18.64 | 6.80 | |
平均值 | 1.90 | 0.74 | 22.54 | 12.67 | 64.05 | 56.42 | 34.30 | 12.45 | 6.92 |
3.2 煤岩显微组分特征
图3 榆林地区M172井8#煤反射光与荧光条件下煤岩显微组分特征(a)井深2 426.99 m,丝质体(F)胞腔呈椭圆—圆状,保存程度较好,充填渗出沥青体(Ex)和黏土矿物;(b)井深2 426.99 m,与图2(a)同一视域下的荧光图像,渗出沥青体发橘黄色荧光;(c)井深2 433.79 m,基质镜质体(C1)和惰屑体(Id);(d)井深2 433.79 m,与图2(c)同一视域下的荧光图像;(e)井深2 427.27 m,丝质体(F)胞腔呈椭圆—圆状,保存好,充填渗出沥青体(Ex)和黏土矿物;(f)井深2 427.27 m,与图2(e)同一视域下的荧光图像,渗出沥青体橘黄色荧光;(g)井深2 432.97 m,基质镜质体(C1)和均质镜质体(T2)呈条带式分布;(h)井深2 432.97 m,与图2(g)同一视域下的荧光图像,渗出沥青体发橘黄色荧光,均质镜质体发很弱的褐色荧光,惰质体不发荧光;(i)井深2 433.25 m,基质镜质体(C1)胶结惰屑体(Id)和矿物(Ca);(j)井深2 433.25 m,与图2(i)同一视域下的荧光图像,矿物(Ca)呈现浅绿色荧光;(k)井深2 427.27 m,均质镜质体(C1)、结构镜质体(T2)呈条带式展布,胞腔中充填渗出沥青体;(l)井深2 427.27 m,与图2(k)同一视域下的荧光图像,渗出沥青体发橘黄—黄色荧光 Fig.3 Characteristics of maceral components in coal rock under reflected light and fluorescence conditions of No.8 coal in Well M172, Yulin area |
3.3 煤岩NMR的T 2谱图分布特征
图4 榆林地区M172井8#煤典型核磁共振T 2谱(a)M-2样品;(b)M-3样品;(c)M-8样品;(d)M-9样品 Fig.4 Typical NMR T 2 spectrum of No.8 coal of Well M172 in Yulin area |
表3 榆林地区M172井8#煤样总孔隙度、有效孔隙度与显微组分统计Table 3 Total porosity, effective porosity and maceral of No.8 coal sample in Well M172, Yulin area |
序号 | 样品编号 | 深度/m | 残余孔隙度/% | 总孔隙度/% | 有效孔隙度/% | T 2c/ms | VI/% | I/% | E/% |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | M-1 | 2 425.45 | 1.54 | 2.87 | 1.33 | 0.19 | 60.62 | 38.39 | 0.99 |
2 | M-2 | 2 426.22 | 0.28 | 3.03 | 2.75 | 0.19 | 67.22 | 20.48 | 12.30 |
3 | M-3 | 2 427.27 | 0.06 | 2.93 | 2.87 | 0.45 | 78.51 | 11.96 | 9.53 |
4 | M-4 | 2 427.89 | 0.91 | 2.33 | 1.42 | 0.46 | 65.55 | 31.76 | 2.69 |
5 | M-5 | 2 428.65 | 0.92 | 2.65 | 1.73 | 0.56 | 64.88 | 25.13 | 9.99 |
6 | M-6 | 2 429.29 | 0.69 | 2.10 | 1.41 | 0.52 | 89.80 | 5.20 | 5.00 |
7 | M-7 | 2 430.15 | 0.75 | 3.05 | 2.14 | 0.36 | 65.41 | 25.41 | 1.56 |
8 | M-8 | 2 430.55 | 1.85 | 2.76 | 0.91 | 0.28 | 50.20 | 42.51 | 7.29 |
9 | M-9 | 2 431.01 | 1.51 | 2.15 | 0.64 | 0.42 | 41.18 | 36.25 | 22.57 |
10 | M-10 | 2 431.69 | 0.45 | 2.88 | 2.43 | 0.65 | 53.59 | 30.76 | 15.65 |
11 | M-11 | 2 432.60 | 1.22 | 2.82 | 1.60 | 0.21 | 60.76 | 34.72 | 4.52 |
12 | M-12 | 2 433.25 | 0.88 | 2.96 | 2.08 | 0.54 | 47.31 | 34.05 | 18.64 |
3.4 煤岩微观孔隙特征
图5 榆林地区M172井8#煤中常见气孔形态(a)井深2 726.22 m,黏土矿物晶间孔、粒间孔发育,溶蚀孔发育;(b)井深2 727. 00 m,粒间孔发育;(c)井深2 732. 45 m,微裂缝发育;(d)井深2 735. 90 m,溶蚀孔发育;(e)井深2 732. 10 m,溶蚀孔发育;(f)井深2 732. 40 m,气孔发育;(g)井深2 733. 40 m,气孔发育,呈密集群状;(h)井深2 729.69 m,气孔发育,呈密集线状群体发育;(i)井深2 728.25 m,气孔发育,呈密集群状 Fig 5 Typical gas pore morphology of No.8 coal of Well M172 in Yulin area |
4 讨论
4.1 深部煤岩孔裂隙特征与连通性关系
4.2 T 2截止值与煤岩显微组分的关系
4.3 煤岩孔隙度与煤岩显微组分的关系
4.4 煤岩大孔占比与含气量的关系
表4 榆林地区M172井8#煤大孔体积比、显微组分与含气量数据统计Table 4 Statistics on the macro-pore volume ratio, maceral and gas content data of No.8 coal in Well M172,Yulin area |
样品 编号 | 深度/m | G C/(m3/t) | P L/MPa | V L/(m3/t) | AG/(m3/t) | AGS/% | FG /(m3/t) | FGC/% | VI/% | I/% | E/% | BPR/% |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
M-1 | 2 425.45 | 14.85 | 2.54 | 12.18 | 11.02 | 134.75 | 3.83 | 25.79 | 60.62 | 38.39 | 0.99 | 18.00 |
M-2 | 2 426.22 | 15.40 | 2.87 | 17.09 | 15.28 | 100.77 | 4.12 | 26.75 | 67.22 | 20.48 | 12.30 | 19.00 |
M-3 | 2 427.27 | 23.63 | 2.93 | 18.93 | 16.89 | 139.90 | 6.74 | 28.52 | 78.51 | 11.96 | 9.53 | 30.00 |
M-4 | 2 427.89 | 18.05 | 2.22 | 17.11 | 15.68 | 115.11 | 6.37 | 35.29 | 65.55 | 31.76 | 2.69 | 25.00 |
M-5 | 2 428.65 | 21.48 | 2.03 | 17.58 | 16.22 | 132.43 | 5.26 | 24.49 | 64.88 | 25.13 | 9.99 | 20.00 |
M-6 | 2 429.29 | 20.07 | 2.15 | 14.54 | 13.36 | 150.22 | 6.71 | 33.43 | 89.80 | 5.20 | 5.00 | 35.00 |
M-7 | 2 430.15 | 21.32 | 2.56 | 16.21 | 15.32 | 113.25 | 5.32 | 35.21 | 65.41 | 25.41 | 1.56 | 25.31 |
M-8 | 2 430.55 | 22.85 | 3.00 | 14.06 | 12.51 | 182.65 | 3.34 | 14.62 | 50.20 | 42.51 | 7.29 | 8.00 |
M-9 | 2 431.01 | 12.97 | 3.44 | 11.88 | 10.42 | 124.47 | 0.55 | 4.24 | 41.18 | 36.25 | 22.57 | 1.00 |
M-10 | 2 431.69 | 17.30 | 3.21 | 13.45 | 11.88 | 145.62 | 2.42 | 13.99 | 53.59 | 30.76 | 15.65 | 5.00 |
M-11 | 2 432.6 | 22.55 | 2.75 | 15.75 | 14.15 | 159.37 | 4.40 | 19.51 | 60.76 | 34.72 | 4.52 | 15.00 |
M-12 | 2 433.25 | 17.50 | 3.39 | 18.17 | 15.95 | 109.72 | 1.55 | 8.86 | 47.31 | 34.05 | 18.64 | 3.00 |
|
4.5 与邻区煤层气成藏条件对比
表5 鄂尔多斯盆地榆林地区与邻区8#煤层气富集成藏条件对比[24-26]Table 5 Comparison table of coalbed methane accumulation conditions between Yulin area and adjacent areas in Ordos Basin[24-26] |
成藏条件 | 榆林M172井 | 大宁—吉县地区 | 临兴地区 | 延川南地区 |
---|---|---|---|---|
埋深/m | 2 000~3 500 | 1 150~2 100 | 800~1 658 | 1 000~2 100 |
成煤环境 | 堡后泥炭坪为主 | 潮坪泥炭坪 | 潟湖泥炭坪 | 泥质陆棚泥炭坪 |
煤层厚度/m | 6~15(9.87) | 4~12(7.80) | 1.5~15.5(5.8) | 2.8~6.9(4.6) |
含气量/(m3/t) | 14.85~23.63(23.43) | 20.1~30.6(27.5) | 7.18~21.64(12.9) | 5.8~20.5(12.5) |
煤体结构 | 原生结构 | 原生结构 | 原生+少量碎裂结构 | 原生+碎裂结构 |
显微组分 | 镜质组>56.42% | 镜质组>85.5% | 镜质组>75.6% | 镜质组>76.8% |
割理发育 | 割理发育 | 割理发育 | 割理发育 | 割理发育 |
R O/% | 1.88~1.96 | 2.5~2.8 | 1.6~1.9 | 2.3~2.56 |
饱和度/% | 110~135 | 97~100(98) | 45~100(95.1) | 39.5~56.11(45.7) |
孔隙度/% | 2.15~3.05(2.78) | 2.74~3.62(3.13) | 4.21~7.5(5.39) | 3.03~6.22(4.9) |
渗透率/(10-3 μm) | 0.054~0.78(0.087) | 0.053~0.054 | 0.012~0.018 | 0.013~0.99 |
地层压力系数 | 0.98~1.00 | 0.90~0.93 | 0.83~1.02 | 0.76~0.87 |
水文地质条件 | 承压区 | 承压区 | 承压区—弱径流区 | 承压区—弱径流区 |
地层水化学特征 | CaCl2型 | CaCl2型 | CaCl2型 | CaCl2—NaHCO3型 |
顶板类型 | 灰岩、泥岩为主 | 灰岩为主 | 砂岩、泥岩为主 | 灰岩为主 |
构造特征 | 单斜为主,微构造发育 | 微构造发育 | 单斜为主 | 单斜为主,微构造发育 |
|
4.6 煤层气孔成因机制的探讨
4.7 深部煤层气成藏基本特征
表6 深层煤层气与中浅层煤层气成藏特征对比[27-29]Table 6 Comparison of reservoir formation characteristics between deep coalbed methane and middle-shallow coalbed methane [27-29] |
序号 | 地质气藏特征 | 中浅层煤层气 | 深层煤层气 |
---|---|---|---|
1 | 埋深/m | <1 500 | >1 500 |
2 | 储层物性 | 孔隙度1.01%~15.78%,渗透率(0.005~3.01)×10-3 μm2 | 孔隙度0.54%~10.67%,渗透率(0.001~14.6)×10-3 μm2 |
3 | 含气量/(m3/t) | 4~20 | 18~25 |
4 | 含气饱和度/% | 30~85 | 110~130 |
5 | 储层温度/℃ | 30.50~51.19 | 61.3~87.4 |
6 | 储层压力/MPa | 3.54~9.65 | 15.56~25.87 |
7 | 地层水矿化度 /(mg/L) | 水型为CaCl2型,总矿化度4 300~12 700 | 水型为CaCl2型,总矿化度(10~20)×104 |
8 | 赋存状态 | 吸附气为主 | 游离气与吸附气并存,游离气占比20%以上 |
9 | 煤体结构 | 以碎裂、碎粒煤为主 | 以原生结构煤为主 |
10 | 成藏主控因素 | 构造背景、顶底板条件和水文地质条件为主要控制因素 | 构造、埋深、含气性、水动力、顶底板、煤体结构、裂缝为成藏主控因素 |