• / 4
  • 下载费用:1 下载币  

煤层气勘探开发中的割理研究

关 键 词:
煤层气 勘探 开发 中的 研究
资源描述:
·煤层气·煤层气勘探开发中的割理研究 3樊明珠 王树华(地矿部华北石油地质局规划设计研究院 郑州  450007)摘要  介绍了割理的识别准则、组合类型、面割理和端割理的严格定义、割理的研究内容、割理形成的地质控制因素和割理对煤层渗透性的控制作用。关键词  煤层气 割理 组合 控制因素 渗透性中国图书资料分类法分类号  樊明珠 男  36 岁 高级工程师 石油及天然气地质1 引言割理是煤层中广泛存在的内生裂隙。割理的研究对煤层气可采性评价有极其重要的指导意义。“八五”期间 , 我们从煤层气产出角度对割理进行了系统研究 , 取得了一些进展 , 现介绍如下。2 识别割理的基本准则煤层一般有两种裂隙系统 , 一种是由地质构造作用造成的 , 其力学性质可以是压性、张性或剪性的 ; 另一种是在煤化作用过程中 , 煤中凝胶化物质体积均匀收缩产生内张力而形成的 , 力学性质是张性的。按成因分类 , 前者为外生裂隙 , 后者为内生裂隙 ,习惯上称后者为割理。由于成因上的差别 , 二者在产出特征上有如下差别 :理面垂直或近似垂直于层理面 , 而外生裂隙面与层理面间的夹角变化大 , 可以是平行的、垂直的或斜交的。理在纵向上或横向上均不穿过不同的煤岩类型界面 , 而外生裂隙可穿过这些界面 , 有的还延伸到煤层的顶、底板中。理面上无擦痕 , 而外生裂隙面上有时可见擦痕或磨光面。由于割理和外生裂隙的成因不同 , 它们的地质特征、分布规律和地质控制因素也不相同 , 因此在实际工作中 , 如果不把这两种裂隙区分并分别进行研究 , 则高渗带的评价预测将难以进行。3 面割理和端割理的严格定义割理一般以相互垂直或大致垂直的两组出现。以往人们一直把主要的一组称为面割理 , 次要的一组称为端割理。然而 , 如何区分主要和次要割理组 ,是根据割理的长短、密度的大小、壁距的宽窄还是别的什么 ? 在该定义中未明确。因此不同的研究者就可能有不同的理解。当他们对同一煤样进行割理特征描述时 , 可能会得到两种截然不同的结果。以河东煤田柳林矿 4 煤为例 (图 1) , 考虑割理密度的人可能认为 A 组割理为面割理 , B 组为端割理 , 因为前者的密度明显比后者高。而考虑割理长度的人则认为 A 组为端割理 , B 组为面割理 , 理由是 A 组的长度明显较 B 组的短。这种原始数据的混乱不仅影响割理的特征和分布规律的研究 , 而且会错误地指导开采井网的设计。由此可见 , 原有的定义已不能适应生产和科研的需要 , 严格定义势在必行。3   本文系“八五”国家重点科技攻关项目二级专题华北及邻区煤层气地质特征及评价选区研究 (编号 85— 102— 11— 01— 01) 成果的部分内容·92·第 25 卷 第 1 期 煤田地质与勘探图 1 面割理和端割理的平面分布(柳林煤矿 4 煤 , 焦煤 , 光亮型煤 , 平行层面 )考虑到割理可能以 3 组或 3 组以上产出 , 我们把形成最早的割理称为面割理 , 其后形成的称为端割理 ,当只存在一组时 , 该组割理仍称为面割理。形成时序的判断用节理分期配套研究中的限制中止原则。按照这一定义 , 图 1 中的 B 组割理形成早于 A 组 , 所以 B 组为面割理 , A 组为端割理。常常可见面割理延伸较长 , 壁距较大 , 但密度不一定较高。4 割理组合类型的划分在对许多含煤盆地和地区不同煤级、不同煤岩类型煤的割理特征仔细观察研究之后 , 我们制定了割理的平面组合类型划分方案 (图 2)。无论自然界的割理组合形态如何变化 , 均可以在该方案中找到它的相应位置。这一分类方案对割理特征的系统研究、煤层渗透性评价选区条件的确定以及对钻井布置等方面的重要意义将论述于后。5 割理特征的研究内容及其地质控制因素511 研究内容无论在手标本上还是在天然露头或矿井下人工露头上观测割理时 , 都必须就以下内容仔细观察并采集下述 15 个数据 :面割理走向  端割理走向  割理组数组合类型   面割理长度  端割理长度割理的面密度 面割理密度  端割理密度面割理壁距  端割理壁距  割理高度割理面形态  充填程度   充填物割理长度是在平行于层面的断面或煤岩类型界面上割理的横向连续延伸长度 ; 而割理高度指的是垂向上割理的连续延伸长度。割理密度是在层面或煤岩类型界面上 , 与一条垂直于割理延伸方向的一图 2 割理组合形态分类方案定长度的直线相交的割理条数 , 该直线的长短视割理的疏密而定 , 一般选 5 合适。割理的面密度是在层面或煤岩类型界面上 , 一定面积内的面割理和端割理的总条数 , 一般使用两边分别平行于面割理和端割理的平行四边形来统计。割理面形态是指煤岩沿割理裂开后 , 割理的两壁是光滑平整的 ,还是参差不齐的。由于割理为张性裂隙 , 所以参差不齐的割理面形态并非少见。割理壁距是同一条割理的两壁之间的距离。由于壁距在多数情况下很小 , 量取困难 , 只能定性地描述。最有意义的是那些矿井内或钻井岩芯上被充填的割理 , 充填物的厚度代表某一地质时期内地下状态下的割理壁距。512 地质控制因素割理生成所获得的特征 , 除与煤岩、煤质等内在因素有关外 , 还受其生成时的外部地质环境如地应力场状态影响。51211 煤级割理是煤变质的产物 , 不同的变质阶段赋予煤不同的割理特征。近年来研究较多的是煤级与割理密度的关系。从太行山东麓含煤区山西组二 1 煤光亮煤的面割理密度与煤级之间的关系图 (图 3) 上可以看出 , 中煤级煤的割理密度较高 , 低煤级和高煤级煤的割理密度较低。调查还发现 , 无烟煤割理中普遍·03· 煤田地质与勘探 第 25 卷图 4 河东柳林煤层气勘探开发试验区附近煤矿太原组和山西组煤层的面割理密度与镜质组含量关系图(焦煤 , R o,m 113%~ 117% )有半充填现象 , 充填物为鳞片状散乱分布的方解石薄膜。51212 镜质组含量煤岩的镜质组含量对割理的密度和壁距影响显著。镜质组含量越高 , 割理密度越高 (图 4) , 割理壁距越宽。51213 煤岩类型煤岩类型与割理特征关系密切。煤岩类型光泽越强 , 割理越长 , 壁距越宽 , 密度越高 (图 5、 6)。51214  灰分产率煤的灰分阻碍割理发育。在抛光煤样的纵横断图 6 太行山东麓山西组二 1 煤 (焦煤 )煤层面割理密度与煤岩类型关系图面上常常见到割理的延伸终止于高灰条带或团块的边缘。煤的灰分越高 , 割理越短 , 壁距越小 , 密度越低。51215  古应力场割理形成时的地应力方向决定割理的走向。面割理垂直于最小主应力方向 , 端割理垂直于最大主应力方向。在褶皱区 , 面割理走向与褶皱轴垂直 , 端割理走向与褶皱轴平行。如果地应力场的方向在割理形成的过程中有过较大变化 , 由于不同煤岩类型煤的割理不同时形成 , 同一煤层不同煤岩类型煤的割理方向就会明显不同。最大主应力与最小主应力差越大 , 煤越倾向于形成孤立状割理 ; 最大主应力与最小主应力差越小 , 越有利于网状割理的形成。古地应力场强度越大 , 割理密度越小。6 割理特征对煤层渗透性的控制作用如前所述 , 割理的平面组合形态有网状、孤立 2网状和孤立状 3 种。就渗透性而言 , 在其它条件如现今地应力、地层压力、煤体结构、外生裂隙特征和充·13·第 1 期         樊明珠 , 王树华 : 煤层气勘探开发中的割理研究填程度相近时 , 具网状割理的煤层渗透性好 , 具孤立2网状的渗透性中等 , 具孤立状的渗透性差。就煤层渗透性各向异性的程度而言 , 具网状割理的煤层渗透性各向异性不明显 , 具孤立 2网状的各向异性中等 , 具孤立状的各向异性显著。就开发井的布置而言 , 要使开发区在短期内达到峰值产量 , 具孤立 2网状或孤立状割理的煤层生产井井距应比网状割理的小一些。由于不同割理组合类型的渗透性各向异性的差异 , 扩大排泄面积 , 追求整个气田高气产量的措施之一是 : 网状割理的煤层可布置等间距井网 , 但对孤立 2网状或孤立状割理的煤层 , 沿端割理方向的井距应比沿面割理方向的井距小。割理密度越高 , 煤层渗透性越好 , 反之越低。割理壁距是影响煤层渗透性的又一重要因素。据休伊特和帕森斯的研究 , 理想的裂缝 2基质系统 ,其水平方向的渗透率与裂缝各种要素间存在如下关系 :K H = K m + 8144 × 107W 3co \[ 1 \] (1)式中  K H ——裂缝 2基质系统的水平渗透率 ;K m ——基质渗透率 ;W ——裂缝壁距 ;L ——裂缝间的距离 ;A ——裂缝与其水平投影的夹角。对于煤 , K m 可忽略不计 , A= 0, co 1, 故上式简化为 :K H = 8144 × 107W 3 L (2)由 (2)式可见 , 煤层的水平渗透率与割理壁距的三次方成正比 , 与割理密度的一次方成正比 , 说明割理壁距在提高煤渗透性方面起很重要的作用。由于割理壁距受今地应力影响 , 在地层压力一定时 , 地应表 1 太行山东麓山西组二 1 煤面割理密度与煤岩类型关系图试验区 割理的面密度 条· 25 2面割理密度条· 5 1端割理密度条· 5 1安阳 2~ 10 2~ 8 0~ 4柳林 12~ 30 8~ 18 4~ 14力越高 , 割理壁距愈小 , 渗透性越差 , 反之渗透性愈好。所以在煤层高渗带预测中 , 低应力区的识别是很重要的。割理走向 , 尤其是面割理的走向可用来识别潜在的流体流动通道 , 有助于煤层气开发方案的设计。割理的长度是实现煤层气井井间干扰的必要条件。割理面形态的不规则性有利于高应力环境下的割理部分地保持开启。割理特征对煤层渗透性的控制作用在安阳和柳林煤层气勘探开发试验区表现明显。煤层气钻井煤芯观察统计结果表明 , 安阳试验区的割理组合类型为孤立 2网状 , 以孤立状为主 , 而柳林试验区为网状。其特征的比较见表 1。这两个地区在割理特征上的明显差别 , 使它们地层测试的煤层渗透率差别很大 ,安阳试验区比柳林试验区低 1~ 2 个数量级。本文曾得到梅世昕、陈晓东、刘正增的指导和帮助 , 在此谨致谢意。参考文献1  陈碧玉 1 油矿地质学 1 北京 : 石油工业出版社 , 1987: 2072  C lo C. W p ro Q s 1992; 10(1) : 11~ 15(收稿日期  1996— 08— 05)  N L N W o h eo u in eo th is of of rs in fo rm l of on of m r; 3· 煤田地质与勘探 第 25 卷
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:煤层气勘探开发中的割理研究
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-51343.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开