6 大城试气井组动态分析与预测研究
6.1大城地区及试验井组煤层气地质特征
6.1.1大城地区煤层气概况
大城凸起位于沧县隆起北部西翼，东南以大城、静海断裂为界，毗邻里坦凹陷带，西北以下第三系尖灭线与西部的杨村斜坡、文安斜坡接壤，基本构造形态为东南高、西北低，走向北东，倾向北西的单斜构造，该区面积为2400 km2。至1998年底大城地氏有大参1井、大1–1井、大1–4、大1–5、大1–6、大试1井、大8、大10、D1、D2、D3胜1、葛2、葛3、葛4、葛5、葛8、西4、文36等19口井揭开或揭穿石炭二叠系煤第地层。
石炭二叠系的聚煤中心在凸起东南部，是早第三纪古地温异常区带，主要含煤层系为山西组、太原组、煤阶主要为肥煤阶，煤层顶部埋深最浅915m，煤层中部埋深1800m以浅的煤层展布面积达1000km2，煤层甲烷资源丰富。
1991年在大城凸起三呼庄构造上钻探大参1井，并于1993–1994年抽排试气，最高日产气达6391.7m3，打开了煤层气勘探开发试验的新局面。1996–1997年在凸起南部西翼钻探大试1井，由于该井处于煤层甲烷风化带，经抽排试气未获气流。为扩大勘探试验成果，勘探局新区事业部煤层气项目经理部在大参1井南侧打了一个试验井组，完钻了4口井，即大1–1、大1–4、大1–5及大1–6井。其中大参1、大1–1井为煤层气取芯井。试验井组于1998年4月开始抽排试气，1998年10月9日获得最高日产气3296 m3，其中大1–1井日产气为3128 m3。1998年11月3日抽排试气工作全部结束。实施状况表6-1。
表6–1 大城煤层气试验井组实施情况表
井号 参数 完钻井深（m） 完钻层位 取芯进尺（m） 岩芯长度（m） 煤芯长度（m） 岩芯收获率（％） 大参1 1500 奥陶系 130.22 118.38 5.82 90.9 大1–1 1345 本溪组 68.37 54.45 7.73 79.6 大1–4 1345 本溪组 大1–5 1350 本溪组 大1–6 1340 本溪组 煤层层数 煤层厚度（m） 试气层位 压裂 试井测试 最高日产气量（m3/d） 14 27.6 2-4煤、4-6煤 3层4次 6391.7 14 26.5 2-4煤 2层2次 2层2次 3218 13 26.7 2-4煤 2层2次 219 15 25.5 2-4煤 2层2次 179 15 30.8 2-4煤 429 2层2次 2层2次 6.1.2煤层分布
石炭二叠系煤层分布较稳定，有两个聚煤中心，北部以胜1井为中心，煤层厚度33.55m，南部以西4井为中心，煤层厚度20.2m。总体上从北向南煤层变薄。在凸起高部位厚度大、埋藏浅，凸起低部位厚度小、埋藏深。纵向上共有六个煤组，三、六煤组为主力煤层。煤层有1–15个小层组成，总厚度7.7~33.59m，单层厚度0.2~7.73m。表6–2。
试验井组位于三呼庄构造之高点偏南部位，构造比较完整，井距200–250m；煤层分布比较稳定，连续性较好，共有煤层13–15层，总厚度25.5–30.4m，分六个煤层组；其中山西组自下而上分为三煤组、二煤组、一煤组；太原组煤层自下而上分六煤、五煤、四煤；主力煤层为三、六煤，其次为四、二煤。见表6–3。
表6–2 大城地区石炭二叠系煤层厚度表
井 号 大参1 大1–1 大试1 大2 大3 大4 大5 大8 大10 D1 D2 D3 胜一 葛4 煤层分布井段（m） 1116.5-1276.5 1104.6-1272.0 1141.8-1352.5 2636.4-2677.4 2547.0-2688.0 2556.8-2690.2 2831.0-2978.6 1128.6-1267.0 1452.8-1610.8 1168.9-1327.5 915.0-1098.9 957.9-1115.3 2145.0-2369.0 2694.6-2857.6 山西组（m） 12.48 14.00 4.50 7.80 4.20 1.80 4.20 9.60 5.60 9.31 7.06 5.82 18.50 4.60 太原组（m） 15.18 13.50 11.50 2.80 1.00 2.60 13.20 6.60 13.80 4.33 11.71 12.62 15.05 5.50 总厚度（m） 27.66 27.50 16.00 10.60 5.2 4.40 17.40 16.20 19.40 13.64 18.77 18.44 33.55 10.10 葛5 葛8 西4 西18 西21 苏13 苏14 苏18 苏23 文36 文66 2903.2-3042.0 2466.8-2602.6 1461.8-1584.0 1368.0-1513.8 1365.6-1478.0 2926.4-3106.6 3054.0-3213.0 3024.8-3152.0 2709.3-2817.0 1826.0-1955.0 2201.6-2348.0 4.40 6.20 13.20 10.60 5.00 2.80 1.00 1.60 4.60 5.20 5.40
6.20 4.60 7.00 9.00 5.80 23.40 7.20 5.20 10.00 7.00 3.80 10.60 10.80 20.20 19.60 10.80 26.20 8.2 6.8 14.60 12.20 9.2 表6–3 大城试验井组煤层厚度表
井号 项目 一 煤 二 煤 三 煤 四 煤 五 煤 六 煤 单层厚度（m） 层数 总厚度（m） 单层厚度（m） 层数 总厚度（m） 单层厚度（m） 层数 总厚度（m） 单层厚度 层数 总厚度（m） 单层厚度（m） 层数 总厚度（m） 单层厚度（m） 层数 总厚度（m） 大参1 1.0-1.0 2 2.00 2.02 1 2.02 2.0-4.37 3 8.46 1.98-1.7 2 3.68 1.50 1 1.50 1.0-5.0 4 10.0 27.66 大1–1 1.0-1.0 2 2.0 3.4 1 3.40 2.2-4.0 3 8.6 1.2-1.8 2 3.0 0.8 1 0.8 0.9-3.0 5 8.7 26.5 大1–4 1.0-1.8 2 2.8 2.2 1 2.2 2.5-4.0 2 6.5 1.6-2.0 2 3.6 1.0 1 1.0 0.8-6.0 5 10.6 26.70 大1–5 0.5-1.4 2 1.9 0.9-1.7 2 2.6 2.0-2.6 3 7.0 1.4-2.0 2 3.4 1.20 1 1.2 1.0-2.8 6 9.4 25.50 大1–6 1.2-1.4 2 2.6 1.2-1.2 2 3.4 1.0-3.4 4 9.2 2.0-2.2 2 4.2 1.4 1 1.4 1.2-2.8 5 9.6 30.40 总厚度（m）
由表6–3可知，大1–1、大1–4、大1–5、大1–6井煤层分布比较稳定，但在厚度上有一定变化：
一煤组厚度较小，由2个层组成，单层厚1.0-1.4，煤层组厚1.9-2.6m，单层厚度小，最大与最小厚度差0.7m，不利于开发。
二煤组厚度较小，由1–2个煤层组成，单层厚1.4-3.4m，煤层组厚2.02-3.4m，最大与最小厚度差1.2m。
三煤组是最好的主力煤层，由2–4个煤层组成，单层厚1.0-4.73，煤组厚6.5-9.2m最大（大1–6）与最小（大1–4井）差2.7m。
四煤纵向分布层少且集中，横向分布稳定 ，但厚度较六煤小，由2个煤层组成，单层厚1.2-2.2，煤组厚3.0-4.2m，最大与最小厚度差1.2m。
五煤组厚度较小，由1个层组成，煤层厚0.8-1.4m，最大与最小厚度差0.6m,不利于开发。
六煤也是主力煤层之一，由4–6个煤层组成，单层厚0.8-6.0，煤组厚8.7-10.6m，最大与最小厚度差1.9m。
6.1.3煤岩煤质特征
1、宏观煤岩特征
本区煤层为半暗淡型煤一半光亮型煤，以亮煤为主，镜煤呈条带状分布，丝炭多呈薄透镜状分布。
2、煤质特征
本区煤的演化程度中等，挥发分产率偏低，煤层灰分偏高。见表7-4。 煤岩灰分是煤中不可燃烧的组分，主要来源于煤中无机矿物质。通常灰分产率与煤的含气量成反比。据西安煤科分院对大参1井煤岩灰分分析结果，山西组煤岩灰分产率界于12.55~46.43%，平均27.19%.，太原组煤岩灰分产率界于 12.76~17.40%,平均15.78%。河北省煤田地质公司对D1、D2、D3井煤岩灰分产率分析结果，山西组为10.81~47.53%，平均24.55%，太原组煤岩灰分产率界于13.69~27.53%，平均20.53%。廊坊分院对大1–1井煤岩灰分分析结果：山西组11.96~14.01%，平均12.99%、太原组3.26~32.33％，平均18.29%。从以上总的数据来看，本区煤岩灰分属中灰-富灰煤且不稳定，山西组灰分含量10.8~47.53%，平均22%、太原组灰分含量12.76~32.33%，
平均18.29%。
据煤含硫量(std)测定：大参1井1167~1180（山西组层段），测样品7个，含硫量界于1.83%~0.18%，平均0.63%，属特低硫煤（一个样品属于中硫煤），1189~1204.8m（太原组段）测样品5个，含硫量3.78%~1.75%，1189~1192m太原组顶部4个样品属富硫煤，只一个样品属中硫煤。据D1井含硫量测定，在1200.6~1232.35m（山西组）测定样品3个，含硫量1.06~0.43%，平均0.603%，属特低硫煤，D2井915-980.6m测煤样4个（山西组），含硫量2.09~0.53%，平均0.98%，也属特低硫量（一个样品中硫煤），1004.72~1069.62m（太原组）测4个样品，含硫量2.65~0.59%，除1004.72~1005.62太原组顶部一个样品属富硫煤外，其它属特低硫煤。D3井仅于山西采一个样品，含硫0.87%，仍属于特低硫煤。总之，山西组属特低硫煤，个别样品属中硫煤。太原组4个样品为富硫煤（都分布在太原组顶部），3个样品特低硫煤，一个属中硫煤，以上说明该区仅太原组顶部有海侵，基本上属于谈水沼泽环境。
表6-4 煤岩煤质测试结果
样品编号 DS-2 DS-5 DS-7 DS-8 DS-9 样品类型 煤芯 煤芯 煤芯 煤芯 煤芯 层位 P1s P1s C2t C2t C2t C2t C2t 煤层 编号 3煤 3煤 4煤 6煤 6煤 6煤 6煤 埋深 m 1167.33~1168.35 1172.8~1173.8 1201.0~1202.0 1263.8~1264.6 1267.8~1264.6 1267.6~1268.7 1269.7~1270.7 水分 （%） 0.95 0.8 1.22 0.66 0.66 0.65 1.22 灰分 % 11.96 14.01 32.33 3.26 12.58 12.72 30.58 挥发份 % 22.7 25.15 19.48 19.69 19.82 19.65 18.46 真密度 t/m3 1.42 1.4 ?Ro 1.095 1.125 1.109 1.205 1.205 1.481 1.570 煤级 肥 肥 肥 焦 焦 焦 焦 1.6 1.32 1.44 1.4 1.7 ?DS-11 煤芯 DS-12 煤芯 ?—灰分含量过高，造成真密度过高
3、煤层的煤阶
煤层气的生成与煤阶有直接关系。一般情况下，中变质煤甲烷生气量最大。从大城地区Ro资料（表6-5）反映出：大城凸起高部位煤阶最高，大参1井、大1-1等井Ro为1.02-1.39%，属于肥煤，个别煤样属于焦煤，而低部