贵州省盘县红果镇苞谷山煤矿3号煤储层参数浅析

时间：2024-08-31

李玉兰

(贵州省煤田地质局一一三队，贵州 550023)

1 概况

苞谷山煤矿位于盘县红果镇北部，距盘县人民政府直距12km，公路距离约30km，距离花家庄火车站约3km，属红果镇管辖。矿区面积2.4735km2，井田内的3号煤层矿产资源量649万t。地理坐标：东经104°26′22″～104°27′45″，北纬25°46′32″～25°47′45″。

区域位于盘县煤田，大地构造单元上属扬子陆块(Ⅰ级构造单元)黔北隆起(Ⅱ级构造单元)六盘水断陷(Ⅲ级构造单元)。矿区位于盘关向斜西翼中段，地层走向NE，倾向SE，倾角30°～45°属单斜构造。

该区出露地层从新至老有第四系(Q)，三叠系下统永宁镇组(T1yn)，三叠系下统飞仙关组(T1f)、二叠系上统宣威组(P3x)、峨眉山玄武岩(P3β)，宣威组为矿区含煤地层，是一套陆相沉积地层，厚253.61～311.69m，平均厚258.25m。岩性为浅～深灰色、灰黑色、黑色的泥质粉砂岩、粉砂岩等，并与区内煤层成韵律互层，微波状层理发育，产丰富植物化石。

3号煤层位于宣威组的上部，煤层厚1.84～2.63m，平均厚为2.00m，煤层结构较为简单，层位稳定，不含夹矸，煤层厚度变化不大，属稳定煤层，为全区的可采煤层。进一步分析3号煤层的煤岩性质，对包谷山煤矿的建设、发展及市场销售具有一定程度的可行性研究意义。

2 物理性质及化学性质

2.1 物理性质

颜色主要为黑色，光泽度为沥青-玻璃光泽。以碎块状、块状为主，见粉粒状，呈细至中条带状，少量宽条带；以贝壳状和参差状为主断口；发育节理和裂隙，质地较为松软、性脆。另外，在偶见星点状和蠕虫状黄铁矿分布在局部煤岩中。

2.2 化学性质

2.2.1 伴生元素

(1)原煤锗(Ge)：含量为0～18μg/g，平均含量2μg/g。3号煤层属低锗煤。

(2)原煤镓(Ga)：含量为1～33μg/g，平均含量8μg/g。

3号煤层的伴生元素平均含量均不到工业最低品位要求，仅有零星点达到工业最低品位要求，现阶段无开采利用价值。

2.2.2 有害元素

(1)原煤磷(P)：含量为0.001%～0.149%，平均含量0.012%。3号煤层煤层属低磷分煤。

(2)原煤氯(Cl)：含量为0.013%～0.101%，平均含量0.056%。属低氯煤。

(3)原煤砷(As)：含量为0～24μg/g，平均含量3μg/g。属特低砷煤。

(4)原煤氟(F)：含量为29～178μg/g，平均含量69μg/g。属特低氟煤。

3 煤岩特性

3.1 宏观煤岩类型

3号煤层煤岩类型以光亮型、暗淡型为主，半暗型次之。

3.2 显微煤岩类型

显微煤岩类型为微三合煤。从有机组分和无机组分两个方面进行简单阐述。

3.2.1 有机组分

(1)镜质组：主要特征为基质镜质体和均质镜质体，在3号煤中分布有少量的结构镜质体、碎屑镜质体和团块镜质体。平均含量为71.0%。

(2)壳质组：主要为角质体，另见有孢子体、树脂体和碎屑壳质体出现。含量平均为22.5%。

(3)惰质组：以半丝质体为主要特征，也出现丝质体及碎屑惰质体。其中，半丝质体多见大小不等的碎块状，丝质体胞腔中常充填有黏土矿物，另见有少量的黄铁矿充填其胞腔。含量平均为6.5%。

3.2.2 无机组分

无机组分主要以粘土矿物为主要特征，分布有碳酸盐矿物及硫化物，并出现少量的氧化硅矿物。

(1)粘土类矿物：主要以团块状、分散状、浸染状黏土矿物呈现，并出现在镜质组、惰质组中，细层状、透镜状黏土矿物次之。局部出现炭质黏土夹矸。含量平均为12.1%。

(2)硫化物矿物：主要为黄铁矿，多呈粒状、微粒状、莓粒状分布，部分充填细胞状及裂隙状。另外，片状黄铁矿矿化有机质现象较为普遍。含量平均为0.4%。

(3)碳酸盐矿物：主要为方解石，其以节理裂隙充填状为主；片状矿化有机质现象普遍。含量平均为1.8%。

(4)氧化硅矿物：为少量的石英颗粒，呈零星状分布于有机质中。含量平均为0.2%。

4 试井渗透率

4.1 试井原理

包谷山煤矿3号煤层气试井测试遵循不稳定试井的原理，其测试方法为：当储层中流体的流动处于平衡状态时，改变井的压力，在井底将造成一个压力扰动，该扰动向井壁四周储层不断径向扩展，随着时间的推移最终形成一个新的平衡状态。将以上扰动的结果记录并进行综合研究，分析和确定3号煤储层的性质。

4.2 试井方法

主要控制煤层渗透率的因素为煤层割理的发育程度、走向及宽度。该矿井3号储煤层具有裂隙发育、渗透率较低、吸附能力强等特征，故割理系统的渗透率决定了该矿区3号煤层的渗透率。而3号煤层割理渗透率远大于煤层基质渗透率，流体以割理中的不断流动为主要表现形式，因此，割理渗透率为测试所显示的渗透率结果。多年来，在注入/压降试井方法中，气体解吸压力低于地层压力，被水饱和的煤层割理孔隙，以单相流状态存在的流体为后续工作的相关资料分析提供了一定的依据。

包谷山煤矿区采用了以上试井方法，该方法适用于高、低压储层，并具有相当稳定排量，为单井压力瞬变测试方式，其具体的处理方法为：将注入压力(低于煤层破裂压力)向井中注水一段时间(见表1)，将会有一个高于原始储层的压力分布区出现在井筒周围，然后关井，以达到压力与原始储层压力趋于平衡状态的效果。随时间的变化，在注入阶段和关井阶段均采用压力计进行记录井底压力结果。通过一系列数据的分析和研究，最后确定3号煤层的参数(见表2)。由于注入阶段要控制排量的稳定具有一定的难度，这会引起井底压力的波动，故压降阶段得出的分析数据较具有代表性。

隔井筒与测试层均采用井下封隔器，以达到减小井筒储集的作用，地下多次开、关井的注入/压降测试、微破裂测试及原地应力测试采用录井钢丝，最终获取压力资料是用存储式电子压力计。

4.3 资料分析

表1 3号煤层参数分析选用基本数值

表2 3号煤层成果数据表

图1 3402孔3号煤注入/压降测试关井压降双对数拟合

(1)关井压降曲线特征分析

通过对关井压降曲线双对数-导数曲线图形特征(图1)分析，初期是双对数-导数曲线井筒储集阶段较长，双对数-导数曲线沿斜率接近1上升，约2.5个对数周期；在导数曲线中后期出现了明显的径向流特征，末期导数曲线出现了上翘一直到关井结束，导数曲线反应井筒外围区域煤岩层物性变差，呈现径向复合地层特征；从半对数曲线图可看出(图2)，径向反映明显，曲线形态反映煤储层横向上有物性变化特征，与双对数-导数曲线反映一致。

(2)储层参数分析

根据曲线诊断的分析成果，选用了具有井筒储集效应+表皮效应+径向复合井的模型，通过现代试井理论拟合(图2)解析，获得分析成果(见表2)。通过曲线拟合分析，按径向分析渗透率为0.448×10-3μm2、地层系数为0.811×10-3μm2.m、流动系数为0.795×10-3μm2.m/mPa.s。从本次试井解释结果说明，煤储层渗透性中等；井筒储集系数 0.941×10-3m3/MPa，井筒储集系数很低，说明采用井下关井方式工艺较为合理，有效降低了井筒储集效应对测试数据分析的影响；表皮系数为0.76，表明井筒附近煤储层完善程度较好。

图2 3402孔3号煤注入/压降测试关井压降半对数拟合检验曲线图