黄晶晶1 宋智华2
（1.成都理工大学能源学院，四川 成都 610059；2.中国石油大学〈北京〉地球科学学院，中国 北京 102249）
【摘要】樊庄区块煤储层发育的非均质性较强，直接导致了煤层气井间产能差异较大。在对樊庄区块进行构造精细解释和地应力分析的基础上，结合该区块煤储层的煤体结构和裂隙发育特征，深入研究了构造变形和现代构造应力场对煤储层非均质性的影响。研究表明，樊庄区块褶皱构造比较发育，主要为轴向近NS的宽缓褶皱，褶皱轴部构造裂隙发育，对煤储层有利；该区煤层中断裂构造非常发育，以正断层为主，越靠近断层，煤层变形破碎越明显，裂隙越发育，但在寺头断层附近为强烈变形的软煤发育带，对煤储层不利。现代构造应力场对煤储层的影响主要表现为对裂隙“开、闭”的控制，水平主应力差越大，越利于煤储层裂隙的开启。
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关键词 煤层气；煤储层；构造；非均质性
煤储层特征是制约煤层气勘探和开发的重要因素，国外在低、中煤级煤储层煤层气勘探开发方面取得了巨大的成功，但在高煤级煤储层中却没有成功的先例[1-2]。我国高煤阶气藏煤层气资源量占煤层气总资源量的30％[3]，沁水盆地高产气量煤层气井的出现，说明中国具有在高煤级煤储层中开发煤层气的条件，但是对于高煤级煤储层的研究相对比较薄弱，从而限制了煤层气勘探和开发工作的进展[4-6]。沁水盆地南部樊庄区块虽然取得了煤层气的商业开发，但是煤层气井间的产能差异较大，甚至同一煤层、同一区块之内也可能存在巨大差异，造成这种产能差异的原因除后期施工及排采工艺的影响外，主要受高煤级煤储层非均质性所控制[7]。
1 构造变形对煤储层非均质性的控制作用
1.1 构造发育及分布特征
樊庄区块褶皱构造比较发育，且以宽缓褶皱为主，在全区稳定分布，总体上呈等间距排列；褶皱的面积和幅度都较小，背斜幅度一般小于50m，延伸长度5～10km，呈典型的长轴线型褶皱；主要由燕山期NNE向、近NS向和喜山期NW向背、向斜构造组成。
研究区断层构造也非常发育，地表出露较少，除西部寺头正断层外，钻孔揭示及野外露头发现的断层很少，且规模较小。跟据二维地震探测资料的解释分析，樊庄区块内煤系断层发育近50条，其中规模较大者有8条，延伸距离多在3~15km，落差在15~40m左右。寺头断层是本区的西部边界断层，区内延伸长度约17km，断层规模较大，断层两侧伴以羽状张性小断裂，表明该断层为具有张扭性质的正断层[8]。
1.2 煤储层非均质分布特征
褶皱对煤储层的煤体结构变形和裂隙发育具有很好的控制作用。一般在褶曲轴部煤储层裂隙发育，甚至在局部强烈变形地带会形成构造煤。樊庄区块以固县地区褶皱最发育，其次为蒲池地区，樊庄地区最差。由于该区总体以宽缓褶皱为主，不会造成煤体的强烈变形，所以褶皱核部及附近区域裂隙发育，为有利煤储层分布区。
二维地震解释成果表明，樊庄区块煤层中断裂构造非常发育，以正断层为主。其中寺头断层作为该区的主要断层和西部边界，自印支期就开始形成，以后的数次构造运动中它都在活动，其形成必定影响构造应力场在本区的展布，进而控制着区内构造的形成和展布。具体表现为，寺头断裂带及其附近断层非常发育，且断层的规模较大、结构复杂。在正断层的形成过程中断层面附近为一明显的应力集中带，所以，越靠近断层，煤层变形破碎越明显，裂隙越发育。比如，寺头断层对煤体变形具有明显的控制作用，沿断层形成软煤条带；向东逐渐过渡为碎裂煤分布区，煤层构造裂隙也非常发育，是有利煤储层分布区；进一步向东为基本不受影响的原生结构煤发育带。樊庄区块固县地区正断层最发育，可以推断该区构造裂隙发育程度要优于蒲池和樊庄地区。
2 现代构造应力场对裂隙开合的影响
现代构造应力场的方向和大小控制着已有裂隙系统的“开、闭”，煤储层中天然裂隙的壁距对原始渗透率起着关键性的控制作用。当构造应力场最大主应力方向与煤层优势裂隙组发育方向一致时，裂隙面实质上受到相对拉张作用，主应力差越大，相对拉张效应越强，越有利于裂隙壁距的增大和渗透率的增高[9-10]。
利用ANSYS软件对樊庄区块进行了地应力模拟，根据模拟结果可以将樊庄区块的各应力值导出，并可根据最大水平主应力和最小水平主应力计算主应力差，最后根据区内各点的应力数据分别绘制了山西组3#煤层的水平主应力差分布图（图1）。
本区的最大主应力方向与煤储层主裂隙发育方向平行，即在同一构造应力场作用下，主应力差值越大，越利于煤储层裂隙的开启。综合以上分析认为，研究区内距离寺头断层较远或位于背斜轴部的地区以及主应力差高值区为有利煤储层发育区。由水平主应力差分布图可以看出，研究区固县地区水平主应力差为11~19MPa、樊庄地区水平主应力差为23~31MPa、蒲池地区水平主应力差为15~23MPa。所以从水平主应力差角度分析，樊庄地区煤储层要优于固县地区，蒲池地区则介于两者之间。
3 有利煤储层分布规律
综合考虑构造变形和现代构造应力场因素的影响，对樊庄区块煤储层的非均质分布进行综合评价。可将研究区3#煤储层由好到差分为三类。固县中部构造裂隙最发育，且主应力差适中，所以可将其划分为I类储层；蒲池东南部与樊庄地区虽然总体上构造裂隙不如固县中部发育，但这两个地区的主应力差大，有利于裂隙的开启，所以也为I类储层；寺头断层东部附近由于煤体结构破坏严重，所以将其划分为III类储层；蒲池东北部和固县东部则介于前两者之间，为II类储层，这两个区域在褶皱轴部的煤储层最有利（图2）。
图2 樊庄区块煤储层分布图
4 结论
褶皱和断层对煤体变形和裂隙发育具有很好的控制作用。褶皱核部煤储层裂隙发育程度较好，有利于煤储层渗透性的改善；距离寺头断层一定距离的范围内由于派生断层的影响，煤储层裂隙相对发育，储层渗透性也较好。主应力差值越大，越利于煤储层裂隙的开启。综合考虑构造变形和地应力因素的影响，固县中部、蒲池东南部与樊庄地区为I类储层分布区，蒲池东北部和固县东部为II类储层分布区，而寺头断层东部则为III类储层分布区。
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［责任编辑：汤静］