煤储层压力与埋藏深度的相关性研究

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【摘 要】通过对韩城矿区不同煤层的煤储层压力与埋深的数据进行相关分析，得出：煤储层压力与埋藏深度呈线性关系，并且不同煤层的储层压力梯度不同，现场实测结果是11#煤层>3#煤层>5#煤层。研究结果对预测韩城矿区的煤层气产量，及相关工艺的采用，具有一定的参考价值。

【关键字】煤储层；压力；埋藏深度；相关性

1.引言

煤系地层的地应力场由原始地应力场与构造应力场叠加而成，分为垂直应力与水平应力。垂直应力主要取决于煤层埋藏深度，水平应力场则更大程度上受到地质构造的影响。

韩城矿区含煤层数多达13层，其编号自上而下分别为山西组的1号上、l号、2号、3号、4号，太原组的5号、6号、7号、8号、9号、10号、11号、12号等。其中3号、11号、12号煤层分布较普遍，为全矿区主要开采煤层，5号煤层分布于燎原井田和象山井田。

2.煤储层压力与埋深的分布

3号煤层埋深范围为0～1272.8m。在探井区内，以WLC06为界，总体呈南浅北深分布特征。WLC05和WLC08探井内，3号煤层由于相变缺失。WLC06处3号煤层埋深最深，约1272.8m。探井区见煤处，3号煤层埋深范围均大于500m。

5号煤层埋深范围为374.4～1300.15m。从北向南，5号煤层埋深呈现出三个反“U”形，第一个为韩试12井～WL1井；第二个为WL1井～韩试5井；第三个为韩试5井～韩试17井。整体而言，埋深范围均大于600米（600～1000m）。

11号煤层埋深范围为418.85～1333.5m。除WLC02（1214.95m）和WLC06（1333.5m）外，11号煤层埋深整体呈现出中间大两头小的趋势，但埋深范围为600米～1000米。埋深汇总见表1。

矿区构造总的特点是南强北弱，东强西弱，如图2所示。[1]边浅部复杂，中深部简单，南北分区性明显，即北区挤压构造形迹发育较多，南区拉伸构造形迹占据主导，主要构造变形带集中在矿区东南边缘地带。根据构造形迹展布方向及其特征，以及所处位置与集合关系，矿区构造分为两个组五个带：1） 北东北-北东向构造组，由矿区东南边浅部隆起断裂构造带和乱麻梁—马家湾断裂带构成；2）北东东向构造组，由龙亭构造带、东泽村构造带和龙骨岭构造带构成。

韩城地区煤系地层垂直地应力因煤层埋藏深度变化剧烈而呈现明显变化。在水平应力上，北面有龙骨岭正断层，西面为马家湾正断层，南面有东泽村正断层群，西面为隆起背斜构造带。这些构造使得该地区多为张性构造，具有降低水平地应力的趋势，从而有利于煤层气的开采。

但由于地应力分布细节不祥，制约了合理选择煤层气主采区以及采气井的选址。在进一步研究中，依据地质构造的调查或已知采气井或试验井调查矿区地应力分布。从而为合理选择采气井位置以及预测产期量提供基本数据。

3.煤储层压力与埋深的相关性

储层压力是指作用在煤岩孔隙空间内流体上的压力。它由3个方面的作用力组成，即上覆岩层压力、静水柱压力和岩层中存在的构造应力。在一定的封闭条件下，储层压力的大小通常是以压力水头（液柱）高度表示的。实测储层压力梯度，是指从井口至测试层中点算起的单位深度的压力数值。储层压力状态，是按储层压力梯度大于、等于或小于淡水压力梯度的情况来衡量的，即当压力梯度大于9.79kPa/m时为高压（或超压）异常状态，近似等于9.79kPa/m时为正常压力状态，小于9.79kPa/m时为低压异常状态（自由状态条件下淡水的压力梯度为9.79kPa/m）。根据文献提供的数据对比，韩城地区煤储层相对于国内其他地区为高压异常状态。

储层压力是地层能量大小的反映，不仅对于煤储层的渗透性、煤储层的含气量、气体赋存状态有着重要影响，同时也是气体和水从裂隙向井筒流动的能量，影响到煤层气井的产能。当前煤层气生产使用压力衰竭法，美国圣胡安盆地的最佳生产井都处于超压地带，压力梯度在12.44～13.57kPa/m之间。煤储层的孔隙度和渗透率对有效应力非常敏感，有效应力增大，煤层渗透率减小。而当超压时，有效应力相对变小。所以，超压有时也是高渗透率的指示。

根据已有的实测资料，图2表2试验结果表明，由于受构造条件（即现代地应力状态），韩城地区煤储层相对于国内其他地区为高压异常状态，利于煤层气的开采。

图2～4为根据表1数据绘制的韩城矿区煤储层压力与埋深的关系曲线。从图中可以看出各煤层的储层压力与煤层埋藏深度成线型关系，即：P=K*h。式中：P——储层压力，KPa；K——储层压力梯度，KPa/m；h——埋藏深度，m。根据表1数据的拟合结果，3#煤层的储层压力梯度为7.2387Kpa/m，5#煤层的储层压力梯度为7.1417Kpa/m，11#煤层的储层压力梯度为9.0122Kpa/m（该数据与文献[2]的差异有待于进一步核实）。在三层煤层中11#煤层储层压力最大。如果仅从储层压力角度分析，11#煤层利于煤层气开采，5#煤层最不利于煤层气开采。

4.结论

通过以上分析可得出：煤储层压力与埋藏深度呈线性关系，并且不同煤层的储层压力梯度不同，现场实测结果是11#煤层>3#煤层>5#煤层。

参考文献

[1]张明山.韩城WL1井组煤层气地质特征[J].中国煤炭地质，2009（10）

[2]马东民.煤层气的吸附解吸机理研究[D].西安：西安科技大学，2008