*本文受 国家973计划 中国煤层气成藏机制及经济开采基础研究 项目 资助。

作者简介:王生维,1956年生,博士;已发表煤储层研究论文31篇,出版专著1部。

地址:(430074)湖北省武汉中国地质大学。

E mail:sww ang@煤层气勘探开发中的煤储层评价*王生维 段连秀 陈钟惠 张明(中国地质大学资源学院)王生维等.煤层气勘探开发中的煤储层评价.天然气工业,2004;24(5):82~84摘 要 煤储层评价参数的获取可以大致分为宏观煤储层、煤岩类型、普通显微镜下测试和电镜等超显微孔隙测试四个层次。

煤层气井煤心和煤储层露头的煤岩类型系统测量是获取煤储层评价参数的关键环节。

建立煤储层描述参数与规范,积累系统的煤储层评价资料,以满足煤层气勘探开发的需要。

煤储层评价的重点内容包括煤体几何形态与内部结构特征、煤储层顶板和底板岩石与裂隙发育特征、煤储层孔裂隙系统发育特征和煤储层渗透率、煤岩组成和煤质特征、煤的机械力学性质、煤层气的解吸特征、煤储层的可改造性,以及煤变质作用类型和煤级分带特征等。

煤储层评价的基本原则包括乘积原则、加权平均原则、 木桶效应 原则、类比评价原则和综合评价原则。

主题词 煤储层 描述参数与规范 评价内容 评价原则煤储层评价的资料基础和评价原则是科学评价煤储层的关键。

目前煤层气地质工作者公认的科学评价煤储层的重要内容是煤储层的孔裂隙系统和煤储层渗透性、煤储层的机械力学性质、煤岩和煤质特征、煤层气的解吸特征等。

原有的煤田地质勘探和矿井生产规范中并没有考虑煤层气勘探开发中煤储层评价的要求。

关于煤储层评价的原则,目前比较有代表性的有两种倾向:一种是罗列煤储层的若干特性,强调若干有利方面,以此来得出肯定结论;另一种是比较重视煤储层的关键不利参数,以此来得出否定结论。

煤储层描述关键尺度的确定煤储层岩石本身的强非均质性造成煤储层评价原始参数获取具有相当的随意性和难度。

为满足煤层气勘探开发对煤储层评价的客观要求,要求评价参数尽可能量化和系统化、观测方法科学、观测重点突出。

对某一地区而言,控制煤储层内孔隙、裂隙系统特征的主导因素是煤岩成分。

可以从煤层的宏观角度把握大裂隙系统的总体特征。

这就为煤储层描述参数的定量或半定量表达提供了先决条件。

从我国华北、东北、华南、西北等几大煤区的煤储层描述初步实践看,建立煤储层描述参数与规范的客观条件已具备。

其重点是现场描述与室内微观描述的有机结合。

煤储层矿井露头观测与描述,其描述对象是整个煤储层,描述的主要内容包括煤层内部夹矸、宏观煤岩类型、煤储层中的外生节理系统、煤储层的内生裂隙系统等,并获取代表性煤样,以便进一步在显微尺度或更小的尺度上进行对应观测。

值得指出的是,由于煤岩成分的复杂性,对矿井或煤芯样品进行煤的工业分析是一种切实可行的常规测试指标。

显微观测与测试,其样品来源是矿井煤储层井下标本、露头标本、钻井煤心标本等,观测尺度是毫米级的,观测重点是煤岩组分、孔隙和部分微裂隙等。

由于煤储层中孔隙的多级性和煤岩成分的复杂性,必要时需采用其他特殊观测与测试手段加以研究,常用的如扫描电镜观测煤中的微裂隙和孔隙。

如有必要还可进行更为精细观测与测试。

综合考虑煤储层描述的基本要求,结合煤储层的非均质性特征,工作量大小和可操作性,参考国内外的成功做法,将各种尺度的描述有机结合,围绕煤岩类型尺度部署各种实物工作量,对于煤储层的科学评价至关重要。

煤储层评价的主要内容煤储层评价的内容和参数必须全面,参数要量化。

煤层气地质评价的核心内容之一是对煤储层中82 开发试采 天 然 气 工 业 2004年5月的裂隙系统定量化描述,具体包括以下几方面。

(1)煤储层几何形态及其宏观结构评价。

不同沉积背景条件下造就不同的煤储层几何形态及其内部结构。

侏罗纪和第三纪内陆湖盆聚煤环境条件下形成的巨厚煤体与石炭纪 二叠纪滨海盆聚煤环境条件下形成的煤层存在巨大差异。

从宏观角度把握煤储层几何形态及其内部结构,对于评价侏罗纪和第三纪煤储层物性具有重要意义。

例如辽宁铁法和新疆沙尔湖巨厚煤体的煤储层评价就应该重视煤体的几何形态和内部宏观结构特征。

(2)煤储层内部煤岩类型与煤质特征评价。

我国目前煤层气勘探的主要对象是石炭纪 二叠纪的中厚煤层。

主要目标煤储层的厚度多在3米以上。

这类煤储层绝大多数为复杂结构煤储层。

煤储层内部除存在夹矸差异外,煤岩类型和煤质特征也存在明显的差别。

(3)大裂隙系统的发育特征和煤储层渗透性评价。

做好压裂和射孔设计的前提是对煤储层的大裂隙系统具有科学准确的了解。

在我国的煤层气地质条件下,完全有可能在煤层气勘探或开发的初期基本查清煤储层内大裂隙系统的发育特征。

系统测量煤储层大裂隙系统参数在煤层气勘探选区评价初期具有不可替代的作用,通过定量数据和类比原则可以推断煤储层的渗透率,可以验证或评价煤层气井直接测得的渗透率是否准确。

大裂隙系统的科学测量和形象表达是煤储层渗透率预测的关键。

(4)孔隙与微裂隙发育特征和煤层气解吸特征评价。

评价的核心内容是孔隙类型、微裂隙发育特征、煤基岩块内的整体孔隙结构和有效孔隙度等。

煤层气解吸特征可以通过煤层气的解吸数据做出评价,也可以通过系统研究煤基岩块内孔隙和微裂隙系统发育特征做出推断和评价。

(5)煤变质作用类型评价。

不同的煤变质作用类型形成的煤储层裂隙发育特征存在明显差别。

煤变质作用类型评价对于科学划定煤级分带的大小,预测不同煤级的煤储层内生裂隙系统发育特征具有重要指导作用。

(6)煤储层孔隙、裂隙特征对煤层气藏的封闭保存影响评价。

煤层气的吸附特性决定了煤储层岩石物性与煤层气藏之间的密切关系。

例如煤储层内发现有方解石类的裂隙充填物,表明煤层气藏遭受过破坏。

不同的煤储层裂隙系统直接影响煤层气藏的封闭保存类型。

气胀节理的广泛存在表明煤层气集中生成期煤层气藏具有较好的外部封闭保存条件。

(7)煤储层的机械力学性质评价。

煤的机械力学性质不仅对于煤储层的压裂改造有重要影响,同时对煤层气井的施工和井筒的长期维护有重要控制作用。

在煤储层的机械力学性质评价中,除准确获取代表性煤岩类型的机械力学性质测试数据外,应特别注意构造煤的发育特点与规律,包括煤储层内是否有软分层发育等。

(8)煤储层顶板和底板岩石与裂隙发育特征评价。

煤储层顶板和底板岩石与裂隙发育特征对于煤层气藏保存和人工压裂裂缝的延伸具有重要影响。

煤储层顶板和底板的岩石类型及其节理的发育特征是评价的重点内容。

(9)煤储层内部已存大裂隙系统对煤储层压裂改造影响的评价。

目前我国煤储层压裂基本是套用砂岩储层模型设计,压裂结果检测中发现煤储层中的压裂裂缝远比砂岩中的复杂。

这无疑与煤储层中先存节理关系密切。

值得指出的是目前的压裂主要集中在沁水盆地无烟煤中实行,从机械力学性质的差异看,砂岩与无烟煤间机械力学性质的差别比砂岩与烟煤或褐煤间的要小得多。

在对中变质烟煤或褐煤实施压裂之前,必须深入研究已存裂隙对压裂的影响,才能使压裂设计更符合实际,大幅度提高煤储层的压裂效果。

(10)煤储层内部煤岩与煤质的非均质性与煤层气藏不均质性的关系评价。

煤储层内煤岩类型的差异、煤中矿物质含量的不同、以及由此引起的孔裂隙系统的非均质性必然导致煤层气藏不均质性。

这一点在煤层气田勘探初期表现得还不十分明显。

在煤层气开发中,煤层气藏不均质特点对煤层气经济开发的影响不可低估。

煤储层评价原始资料的定量获取和表达是煤储层评价的关键。

其代表性的图件如煤储层剖面图、煤层厚度与结构图、煤毛管压力曲线及孔隙喉道频率分布图 13 。

煤储层评价的基本原则从目前煤储层评价的实际看,常用的主要有以下几种评价原则:(1)乘积原则。

即:Q= 1 2 3 i (i=1,2, ,n)式中:Q代表煤储层评价的得分值(0 Q 1);代表某一参数的具体分值(0 1)。

该原则突出强调关键不利参数的 瓶颈 限制或否定特性。

勘探实践证明,诸如构造糜棱煤、大裂隙内有方解石充填物存在的煤储层,均为不利于煤层气勘探的煤储层。

应用这一原则的最大好处是在发现了某一关键参数很差,足以否定待评价煤储层的情况下,不必要再进行更为深入的工作。

83第24卷第5期 天 然 气 工 业 开发试采(2)加权平均原则。

即:Q=( 1+ 2+ 3+ + i)/n (i=1,2, , n)式中:Q、 定义与取值范围与1)相同。

利用该原则通常的做法是给各参数打分,用加权平均或类似的办法按得分多少排队。

该原则的实质是强调参数间的互补性。

这一原则目前还存在较大争议,是否存在这种互补性还需要实践来检验。

(3) 木桶效应 原则。

即在所有参数中,最差的参数决定煤储层岩石物理性质的优劣。

木桶效应 原则的思想基础与乘积原则相类似,重视不利参数对煤储层岩石物理性质的关键制约作用。

(4)类比评价原则。

在我国煤层气勘探的初期,由于缺乏理论指导和实际经验,通常的做法是与美国煤层气勘探成功区的煤储层类比。

随着我国勘探实践的不断展开,发现这种类比存在很大的盲目性,其主要缺陷是: 我国的煤层气地质条件与美国的存在明显差异;类比的前提是否存在就值得研究。

缺乏评价煤储层岩石物理方面规范定量的对比数据。

随着勘探实践的不断深入扩大,这种类比逐步向国内不同煤区间的煤储层类比演变。

尽管这种类比的参数还不够齐全和规范,但事实上却大大前进了一步。

目前这种类比正向同一煤区邻近煤层气田内的煤储层类比。

(5)综合评价原则。

上述四种原则交叉使用就成为综合评价原则。

乘积原则多用于否定一个特定的煤储层。

木桶效应原则对于选定有利勘探煤储层时比较实用,其必须注意关键参数是否齐全,特别是不能遗漏关键不利参数。

为了慎重起见,在目前条件下,完全有可能使用类比评价原则对新区的煤储层进行评价。

值得指出的是,煤储层评价仅仅是煤层气勘探选区中的一个方面,一个成功煤区的优选还应注意从煤层气藏、煤储层压裂改造等方面全面衡量。

此外,煤储层评价存在明显的阶段性。

煤层气勘探选区中的煤储层评价与煤层气开发中的煤储层评价所占有的资料、评价的精度和目的明显不同。

在煤层气开发中的煤储层评价更多的是利用类比原则。

而煤层气勘探选区中的煤储层评价则较多采用乘积原则、木桶效应原则和综合评价原则。

结论与建议(1)煤储层描述与测量需在整个煤储层、煤岩分层、普通煤岩显微组分和超显微4个层次展开。

实践证明,煤层气井煤芯和煤储层露头的煤岩类型层次系统测量是获取煤储层评价关键资料的最佳尺度,并且可操作性强。

显微观测与测试应围绕煤岩类型展开,任何显微或超显微描述和分析测试结果应与煤岩类型宏观研究相匹配。

(2)为系统积累有价值的煤储层评价参数资料,建议尽早着手研究与确定煤储层描述参数与规范。

(3)煤储层评价的重点内容包括煤体几何形态与内部结构特征、煤储层顶板和底板岩石与裂隙发育特征、煤储层孔裂隙系统发育特征和煤储层渗透率、煤岩和煤质特征、煤的机械力学性质、煤层气的解吸特征、煤储层的可改造性,以及煤储层的变质作用类型和煤级分带特征。