周剑辉
(1.中联煤层气有限责任公司，北京 100016；
2.中联煤层气(山西)有限责任公司，山西 030000)
山西古交区块位于沁水盆地西北部，属于山西省古交市西山煤田，是中国煤层气主要开发区，区内地表广泛遍布二叠系、三叠系地层，地层由老至新依次有奥陶系中统马家沟组、峰峰组，石炭系中统本溪组、上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组，上统上石盒子组、石千峰组，三叠系下统刘家沟组，新生界第四系。
区内构造简单主要发育狮子沟-马兰向斜、童子川向斜及峪道川向斜，煤系地层总体为东部倾向西-南西西、西部倾向东-北东东的复向斜构造，地层倾角5°到15°。稳定发育有山西组2号煤，太原组8号、9号煤三套煤层，2013年提交煤层气探明地质储量214.28×108m3，叠合含气面积240.57km2，其中8号、9号煤层发育最稳定、资源丰度高，为本区主力开发层位。
1.1 煤层分布特征
研究区太原组8号、9号煤层平面展布规律总体上表现为由西北向东南煤层变厚的趋势。8号煤厚度为1.40～4.60m，平均厚度2.62m，煤体结构简单，有0～2层夹矸；
9号煤厚度1.40～4.50m，平均厚度2.69m，煤体结构简单，有0～2层夹矸；
两层煤层间距为2.31～17.30m，平均8.35m。煤层埋深范围在238.0～951.0m，是煤层气商业性开发最有利的埋深范围，煤层从东部、西部盆地边缘向中部缓缓倾斜，西翼埋深较深，中北部埋深较浅，8号煤层埋深360.0～920.0m，平均639.7m，9号煤层埋深400.0～960.0m,平均644.4m。
1.2 煤岩煤质特征
根据煤心样实验分析显示，太原组8号煤层真密度为1.37～1.83t/m3，平均为1.53t/m3；
视密度为1.34～1.42t/m3，平均为1.39t/m3；
9号煤层真密度为1.44～1.68t/m3，平均为1.54t/m3；
视密度为1.38～1.48t/m3，平均为1.42t/m3。孔隙度值按照煤样的真密度和视密度值计算得到，8号煤层孔隙度2.19%～6.58%，平均3.88%；
9号煤层孔隙度1.39%～14.88%，平均6.07%，属于低孔隙度煤层。试井显示8号煤层渗透率为0.01～0.15mD，平均0.09mD。9号煤层渗透率为0.04～0.1mD，平均0.06mD。
煤岩显微组分特征，8号煤岩显微组分以镜质组为主，多为均质镜质体，其次为基质镜质体。基质镜质体中常分布有粗粒体和粘土颗粒。惰质组多为氧化丝质体，胞腔内充有粘土颗粒，火焚丝质体少见。镜质组含量为62.7%～80.1%，平均为75.4%；
惰质组含量为19.9%～37.3%，平均为24.1%，矿物含量为2.2%～16.2%，平均为7.3%。矿物形态各异，多为分散状，多见黄铁矿颗粒和脉状次生方解石。9号煤岩显微组分以镜质组为主，镜质组含量为62.7%～81.7%，平均为71.9%；
惰质组含量为18.3%～37.3%，平均为27.5%，矿物含量为4.3%～14.8%，平均10.0%。矿物形态各异，多为透镜状或浸染状，可见方解石。8号煤层镜质组最大反射率平均值为1.8%，9号煤层镜质组最大反射率平均值为1.79%，属中变质阶段。
2.1 含气性
通过钻井取芯测试显示，8号煤层含气量5.46～15.71m3/t，平均含气量为8.94m3/t；
9号煤层含气量6.90～14.73m3/t，平均含气量为9.80m3/t。煤层气富集带有两个富集中心分布于区块的中部和东南部，一个是马兰—草庄头向斜中南段，另一个是杜尔坪断裂带南部，富集区8号煤11.70m3/t，9号煤11.34m3/t(表1)。
含气饱和度是实测含气量与理论含气量的比值，工区煤层气井实测8号煤层含气饱和度为88.82%，9号煤层含气饱和度为96.59%(表2)。
2.2 储层压力
煤储层压力直接决定着煤层对甲烷等气体的吸附能力和煤层气的解吸能力，在气井排采生产时，煤储层压力越高，越容易降压排采，越有利于煤层气开发。根据钻井测试显示，工区内8+9号储层压力梯度0.3～0.98MPa/100m，平均储层压力梯度0.68MPa/100m(表2)，气藏类型属于欠压煤层气藏。
3.1 等温吸附曲线
煤的等温吸附特征常用Langmuir方程表示：
(1)
式中，VL代表吸附剂的表面覆盖满单分子层时的吸附量，也称最大吸附量，通常称为朗格缪尔体积，m3/t；
V是吸附剂在气体压力为P时吸附气体的吸附量；
PL为朗格缪尔压力，即吸附气体V体积达到VL/2时对应的气体压力，MPa。
表1 古交区块煤岩含气量测试统计
表2 古交区块8+9号煤层气藏参数
区内煤岩吸附实验显示8号煤的朗格缪尔体积为19.36～27.91m3/t，平均为23.36m3/t，朗格缪尔压力为1.24～2.89MPa，平均为1.93MPa。压力小于1MPa时，煤的吸附性随压力增加而呈线性增大；
大于3MPa后煤的吸附能力增加逐渐变缓(图1)。
图1 储层温度下8号煤的等温吸附曲线
9号煤的朗格缪尔体积为18.51～27.41m3/t，平均为22.50m3/t，朗格缪尔压力为1.28～2.95MPa，平均为2.07MPa。压力小于1MPa时，煤的吸附性随压力增加而呈线性增大；
大于3MPa后煤的吸附能力增加逐渐变缓(图2)。
图2 储层温度下9号煤的等温吸附曲线
3.2 煤的解吸特征
煤层气临界解吸压力是指解吸与吸附达到平衡时，压力降低使吸附在煤微孔隙表面上的气体开始解吸时的压力，即等温吸附曲线上煤样实测含气量所对应的压力，据区内煤层气井实测煤层含气量、对应的等温吸附曲线计算得出8号煤的临界解吸压力为0.84～2.03MPa，平均为1.63MPa；
9号煤临界解吸压力为0.71～2.75MPa，平均为1.53MPa。
吸附时间定义为解吸实验实测解吸气体体积累计达到总解吸气量(STP：标准温度、压力)的63.2%时所对应的时间。实验显示工区8号煤吸附时间为1.59～21.24d，平均为8.58d；
9号煤吸附时间为1.19～13.98d，平均为5.46d(表2)，该区煤体结构相对完整，吸附时间相对较长，有利于煤层气井的长期稳产。
(1)区内8+9号煤层构造简单、煤岩储层发育稳定、属于低孔低渗中变质程度储层、埋深范围在238.0～951.0m，是煤层气商业性开发最有利的埋深范围。
(2)煤层气在全区稳定分布，储气能力强，有两个富集区，含气饱和度高，气藏类型为欠压煤层气型。
(3)太原组8、9号煤层吸附时间相对较长，有较高的临界解吸压力，气藏开发中有利于煤层气的长期稳产。
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