随着南方海相页岩气开发的突破,黔西南地区煤系泥页岩研究工作迫在眉睫。通过系统实验测试分析,以黔西南地区二叠系龙潭组页岩为主要研究目标,对该区页岩气成藏条件进行分析研究。结果表明,黔西南地区龙潭组含煤地层自北西向南东逐渐由陆相、海陆交互相演变为海相沉积,其内发育多段富含有机质泥页岩。有机质丰度相对较高,为0.60%～22.30%,平均4.37%;储层矿物成分以黏土矿物为主,为9.83%～95.23%,平均48.56%;等温吸附测试结果显示,龙潭组泥页岩最大吸附量为6.13m~3/t,含气潜力好。综上所示,基于黔西南地区泥页岩储层特征并结合构造保存条件分析,认为关岭岗乌—花江、普安地瓜—青山、兴仁巴铃—安龙龙山为页岩气成藏的有利区。本研究成果同时也可为中国南方地区龙潭组页岩气勘探提供借鉴。

为了得到黔西土城向斜松河区块煤系流体压力特征及成因,利用视储层压力法、注入压降试井法和测井曲线解释法对研究区压力特征进行预测,并着重从构造条件及地应力、顶底板岩性、煤系地下水动力场特征和"三史"演化4个方面探讨了区块压力成因机制。研究表明:松河井田在110 m以浅压力偏低;110~560 m压力正常;560 m以深异常高压。正断层发育和燕山晚期地壳构造抬升是造成浅部地层压力偏低的主要原因;构造应力造成的煤层渗透率低、煤层顶底板良好的封盖作用、龙潭煤系较弱的地下水动力条件和古地质历史时期欠压实和生烃共同作用下导致了井田560 m以深煤储层异常高压。

针对黔西威宁县上二叠统龙潭组下部及底部凝灰岩层,运用地球化学、矿物学、岩石学、测井地质学的理论和方法,对矿化体地质特征、矿体成因及控因进行了研究。结果显示:含矿层普遍存在于龙潭组底部,全区稳定分布,厚度大多在1 m以上,铌元素与自然伽马关系明确,找矿效果明显;铌在各主要矿物中的分配率以黏土矿物中最大,石英次之,而黏土矿物平均含量在67%以上;该区矿化体主要成因为富含铌元素的峨眉山玄武岩遭受风化剥蚀,在一定的酸性介质环境下蚀变成矿化体;分布主要受控于岩相古地理、地层、岩性等地质因素。

为了探究黔西松河井田煤层气勘探开发潜力,采用多种测试手段,系统分析了松参1井的煤储层在孔隙结构、压力系数、含气性、渗透性等方面的差异,综合评价了该区煤层气开发地质条件。结果表明:该井多煤层由浅至深变质程度增加,渗流孔隙孔容递减;压力系数及含气量在垂向层位上呈现显著波动变化,可能存在多个含气系统;上部煤层试井渗透率高于下部煤层,个别煤层具有超压、过饱和及高地温等特征。区内资源条件优越,但纵向储层物性差异明显,煤层气开发选层与压裂、排采等仍须进一步研究。

通过采集黔西松河井田1口典型钻孔的8件煤样,借助压汞试验和试井渗透率数据,研究了多煤层发育条件下的煤储层孔隙结构特征及孔隙体积分形特征,探索了孔隙结构参数与渗透性的关系。结果表明:研究区煤储层微孔、小孔、中孔和大孔占总孔容的平均比例分别为30%、36%、17%和17%,孔径配置合理,各孔径段孔隙连通性较好,孔容在0.020 8~0.037 2 cm3/g,孔隙度在3.35%~5.16%;孔隙参数垂向发育差异大,1号煤和24号煤具备单层独立开发的孔隙条件;各煤层孔隙体积分形下限存在差异,分形下限与试井渗透率呈很好的负相关性,孔容和孔隙度与试井渗透率有一定的正相关性。

为了评价黔西松河井田煤层气资源的开发潜力,依托松河井田煤层气勘查开发示范工程,探讨了井田煤层气赋存及成藏特征,采用类比法、等温吸附法及数值模拟法综合研究了煤层气资源可采性。研究结果表明:松河井田煤层气资源主要赋存于龙潭煤系多个低渗薄至中厚煤层群中,煤系地温梯度为3.0~5.5℃/hm,储层压力系数为1.08~1.40,含气量为6.46~20.99 m3/t,含气饱和度大于70%,煤储层具有高温、超压、高含气量、含气高-过饱和的特征,有利于煤层气的地面开发。采用类比法、等温吸附曲线法及数值模拟法得出的可采系数分别为:40%~53%、64.4%~69.9%及43.6%~44.3%,综合分析认为研究区煤层气可采系数为45%~50%,表现出较好的煤层气可采性特点。

基于煤系气共探共采示范工程,分析了黔西松河井田龙潭煤系煤层气-致密气赋存特征及开发条件,探讨了煤系气共探共采的适配性技术工艺。研究表明:井田煤系气主要赋存于龙潭煤系多个煤层及临近细砂岩、粉砂岩中,具备多煤层共采、煤系气共采的资源及开发条件。煤储层具有高温、超压、高含气量、含气高-过饱和的特点,适宜进行煤层气地面开发;但在区域高地应力背景下,裂隙闭合、矿物充填等原因导致储层原始渗透性差,煤系气地面开发需进行储层改造。气测录井、裸眼综合测井及含气层综合评价是井田煤系气共探共采中发现、认识、评价含气层及产气层段优选的关键技术,可为煤系气共探共采方案制定提供依据。在丛式井组开发模式下,"小层射孔、组段压裂、合层排采"系列工艺与井田地形地质条件相匹配,可显著提高多煤层共采、煤系气共探共采的工程效果。

基于17个钻孔和4个探槽的煤层数据及11个勘查区600多个煤芯解吸资料,以0.3 m作为单一煤层厚度的统计下限,采用煤层层数、煤层间距、煤层总厚度来表征黔西比德-三塘盆地煤层群的特征,探讨了各参数之间的相关关系,及煤层层数等值线、煤层间距等值线与煤层甲烷含量等值线之间的空间叠置特征。结果显示:煤层层数越多,煤层间距就越小,煤层厚度就越大,它们之间具有很好的乘幂关系。同时发现煤层层数等值线、煤层间距等值线与煤层甲烷含量等值线分布在空间上高度吻合;在煤层甲烷富集区,甲烷浓度高的区域煤层层数最多,煤层间距最小。由此进一步说明,在煤层群发育区,煤层间距小、砂泥比低、整体煤岩封闭性好导致的煤层之间"叠加"封闭,是煤层气保存的有利条件。

在对黔西滇东地区34个上二叠统龙潭组煤样进行压汞测试分析及扫描电镜观察的基础上,从孔隙度、各孔径段孔隙分布、各孔径段孔隙对孔隙度的贡献以及煤级对孔隙发育的影响4个方面对煤孔隙特征进行系统分析。研究表明:研究区煤孔隙度具有北低南高、东低西高的特征;煤孔隙以小微孔为主,大孔和中孔发育程度相当;随着孔隙度的增加,各孔径段孔隙贡献率的增加速率存在差异,以大孔贡献率的增加最为明显;孔隙度随煤级的增加呈"M"型波状变化,趋势变化的3个拐点分别对应Ro值的0.8%,1.4%,2.6%。

为了分析煤阶对黔西滇东地区煤储层孔隙性和渗透性的控制作用,对不同煤阶煤样的孔-裂隙结构、吸附能力和孔渗特征进行了探讨。结果表明:镜质组反射率小于2.5%时,随着煤阶升高,煤岩压实程度不断增强,煤中吸附孔含量逐渐增多,BET比表面积和BJH总孔体积逐渐增大,致使煤岩吸附能力逐渐增强,而渗流孔含量相对减少,渗流孔隙结构变差,渗透率随煤阶升高而减小;镜质组反射率大于2.5%时,随着煤阶升高,煤中吸附孔含量减少,BET比表面积和BJH总孔体积呈下降趋势,吸附能力减弱,而煤岩后期演化过程中产生了再生孔隙,致使煤岩渗流孔含量增加、渗流孔隙结构变好,总孔隙度升高,渗流能力增强。