Question

煤层气地质评价

Answer 1

煤层气综合地质评价是分阶段的，包括区域预评价、勘探阶段地质评价和开发阶段评价等。由于不同阶段评价所依据的资料可靠程度和详细程度不同，造成评价的具体内容和结果有所差别。

7.1.1 煤层气地质评价的主要内容

煤层气综合地质评价涉及煤层气地质学的所有内容，必须对控制煤层气赋存的地质因素和储层进行系统的描述。煤层气可开发性最为关键的控制因素有6个：①沉积体系和煤层空间展布；②煤级；③含气量；④渗透率；⑤地下水动力条件；⑥构造背景。这6个因素的相互作用和匹配决定了煤层气的可开发性。综合地质评价实际上就是以6个因素及其相互关系的研究为主要内容，同时兼顾其他因素。因此综合地质评价大体可从以下两方面进行。

7.1.1.1 地质背景

通过已有的生产、科研资料和初步的野外及室内工作，了解煤层气赋存的区域和局部地质背景，是煤层气综合地质评价的基础工作。

1）层序地层学研究：层序地层学研究是通过地质、测井和地震资料对含煤岩系的地层层序和沉积环境进行详细研究，识别和划分出层序、副层序和体系域。层序地层学研究的目的是提供精细的煤岩层对比，查明煤层形成的控制因素和时空展布规律。

2）构造地质学研究：构造作用控制沉积环境、局部气候和生物的分区，因此直接或间接地控制着煤层气的形成与聚集，是煤层气赋存和产出的主控因素。其研究主要包括地层的产状；断层的性质、位置、大小、产状、封闭性和形成时期；褶皱形态、产状和形成时期；裂缝系统，如节理、割理等的特征；煤体结构类型及其空间展布规律。现代构造应力场的方向和大小与煤层气储层的关系密切。如果现代构造应力场最大主应力方向与裂隙的走向一致，则该方向的渗透率最高；如果最大主应力方向与裂隙走向垂直，则渗透率急剧降低。

3）水文地质研究：与常规油气开发不同的是煤层气的开发必须首先排水降压，因此查明地下水的赋存状态和分布规律直接影响到煤层气的开发成功与否。水文地质学的研究包括：含水层的分布与含水性、地下水的补给情况及其压力分布、水的矿化度及其水化学特征等。地下水的运移对煤层气的赋存存在两方面作用：一是水力运移造成煤层气逸散，最常见的是导水性断层的存在沟通了煤层与含水层，造成煤层气的散失，我国的太行山东麓、鲁西南等地区均存在此类情况；二是地下水的运移可以造成煤层气的富集与封堵，美国圣胡安盆地水果地组的高渗、高压带即属此类情况。

4）其他研究：包括沉积演化史、埋藏史、构造演化史（煤的热演化史）与火成岩的影响等。

总之，区域地质背景研究是一项涉及多学科、多手段的综合性研究，旨在查明煤层气的生成、赋存、运移与产出的控制因素，从而优选出有前景的勘探区带。

7.1.1.2 储层描述

储层描述是通过一系列参数对储层进行定性和定量描述，查明储层的空间展布特征，并通过储层模拟了解煤层内气、水的运移及产出状态，为勘探开发提供依据。

1）煤的吸附、解吸特征：一般采用Langmuir方程描述煤的吸附特征，通过吸附等温线和Langmuir体积、Langmuir压力、临界解吸压力、含气饱和度进行描述。

2）孔隙特征：由孔隙度、孔隙体积压缩系数和孔隙结构等参数描述。

3）渗透率：渗透率是决定煤层气开发成功与否的关键参数，绝对渗透率与相对渗透率的空间变化规律是煤层气勘探开发必须获得的参数。这些参数可通过实验室测试、试井或储层模拟获得，但以试井获得的渗透率最为可靠。

4）储层压力和温度：储层压力和温度是控制煤层气运移和产出的重要参数，通常由试井获得。

5）储层数值模拟：储层数值模拟是运用煤层气储层模拟软件，模拟原始状态下气水在煤层内的运移和产出状态、全面了解储层性质和开发动态的一种技术，包括历史匹配、敏感性分析和产量预测3方面的内容。

7.1.2 地质评价的内容和原则

区域地质评价阶段是根据已有的生产和科研资料，对含煤盆地或含煤区进行煤层气开发潜力的初步评价，优选出有利的投资地区。

7.1.2.1 区域地质评价的内容

1）资料收集与野外调研：对研究的含煤盆地或含煤区已有的实际资料进行全面收集，主要包括：基础地质资料、煤资源量资料、气资源量资料和储层特性资料4个方面。野外调研包括露头及井下地质剖面的实际观测和取样。

2）室内资料整理和分析：从收集到的和实测的各方面资料中提取出有用的地质参数，建立符合研究区实际情况的预测评价模型，即各种评价参数的适用性、评价原则和评价标准等。

3）初步评价：根据已经建立的评价模型，进行全面的煤层气开发潜力评价，优选出煤层气勘探开发区的有利远景区。

4）前景勘探区的确定：通过各种图件（煤厚等值线图、含气量等值线图、煤级图、埋深图等）分析，从远景区中优选出有利区块，供进一步勘探。有利勘探区块的优选主要从以下几方面入手：

a.煤层气含量：确定富含煤层气的煤层及其厚度，由解吸实验确定煤层气含量及其分布规律，圈定煤层气风化带，确定可能的气藏范围并计算远景资源量。

b.确定可渗透储层：根据煤中裂隙的描述、测井资料、构造曲率分析及构造应力分析等确定渗透性较好的储层。

c.水文地质条件分析：查明煤岩层含水性、径流条件、煤岩层之间的水力联系，获取水文地质参数。在某些地区水文地质条件可能是控制煤层气开发的主要因素，因为地下水的运移不仅能导致煤层气的逸散，而且更重要的是导致煤层气的富集。

5）综合评价：确定可供勘探的有利区块和煤层，提出勘探井位。

7.1.2.2 评价原则

煤层气区域地质评价应以高资源丰度、高渗透性为原则。具体为：

1）煤层厚度与含气量：煤层越厚，层数越多，含气量越高，越有利于煤层气的勘探开发。

2）裂隙发育情况：渗透率的高低，发育完好的裂隙和割理系统预示着渗透性好。以原生结构煤与碎裂煤的渗透性最好。

3）后期构造作用：后期构造作用越强烈，煤体结构破坏越严重，越不利于煤层气的勘探开发。

7.1.3 勘探阶段地质评价

在区域地质评价提供的远景区块布置探井，通过钻井测试作业得出更为可靠的储层参数，根据这些参数对探区进行勘探阶段的地质评价。进一步认识探区内煤层气的开发潜力，优选出最佳区块。勘探阶段通常要完成以下任务：

1）取全目的层煤心：对煤心进行含气量、吸附等温线、镜质组反射率、工业分析、元素分析、孔隙度、渗透率和孔隙体积压缩率等测试。

2）测井：至少应进行密度、伽马、电阻率、微电极和自然电位等测井，由此可精确识别煤层及其厚度、深度、密度、孔隙度及灰分含量等。

3）试井：由此可获取试井渗透率和原地应力等参数。

通过以上获得的参数可对煤层气的开发潜力做出较为可靠的评价，同时还可运用储层模拟软件对主要参数进行敏感性分析，确定影响煤层气产量的主控因素，指导下一步的勘探开发。

7.1.4 初期开发试验阶段地质评价

与常规油气不同，经过上述两个阶段的评价，还不可能充分认识煤层气的开发潜力，必须进行正式开发前的小规模试验性开发，即初期开发试验。该阶段是在最有利区块内部进行小井网试验性开发作业。因此初期开发试验阶段的主要任务为：①通过长期连续的排采作业，建立气、水产量与压力和时间的关系剖面；②形成井间干扰，了解储层的渗透性以及渗透率的各向异性；③由储层模拟技术进行井距、完井方式的优化分析；④经济分析。

随着开发井的完成以及试生产，更多、更全面的评价参数使我们对储层以及储层内流体的认识越来越深入。因此，初期开发试验阶段的地质评价已不再是区域评价阶段的有利区块选择和勘探阶段的储层精细描述，而是产能的预测。主要评价参数是煤层气井经过强化处理后获得的产出速率。产出速率的评价标准因受煤层气市场价格、工艺水平和生产成本的限制，不同国家、不同地区不尽相同。我国GBN270-88（天然气工业标准）规定：产层埋深小于500 m时，产气量下限为500 m³/d；产层埋深500～1000 m时，产气量下限为1000 m³/d。根据国外标准，结合煤层气的生产成本，将煤层气产出速率的下限初步确定为：埋深在500 m以浅，产气速率为1000 m³/（井·d）；埋深在500～1000m，产气速率为2000 m³/（井·d）。

其次是产能预测。根据实际生产数据和储层模拟软件的模拟，预测未来气，水产量和压力分布，对整个气田进行综合评价。