一褐煤储层的水文地质控气特征

沙尔湖凹陷主力煤层位于侏罗系中统西山窑组下段，煤系含水层为西山窑组下段巨厚煤层及中、细粒砂岩弱含水层;大南湖凹陷主力煤层位于侏罗系中统西山窑组中段，煤系含水层为西山窑组中段砂岩孔隙－裂隙弱含水层组。研究区气候炎热干旱，虽在夏季存在降雨但蒸发量更大。因此，地表水属于暂时性的，地下水均以地史期径流弱补给及微弱大气降水为主;由于岩石裂隙不甚发育，且多为泥质充填，地层渗透性差，径流条件不佳，地下水运移缓慢，矿化程度较高，水质较差，属于盐水。大南湖凹陷东一勘查区含水层位于向斜轴部位的水位较低，为+430m左右，南翼顺地层倾向向上钻孔水位依次增高，但相差较小，由此可判断出地下水顺地层倾向流动;而东一区西侧的3302孔水位下降较快，为+420．98m，隔壁西侧勘查区钻孔水位依次降为+412．44、+392．46m;沙尔湖凹陷煤系含水层由于与隔壁大南湖凹陷煤系属同一含煤岩系，其水位标高大致为+400m，结合研究区矿化度较高、补给极少等条件，综合判断出地下水呈现顺地层倾向，总体由东向西缓流－滞留的态势，水文地质条件简单。该条件对褐煤储层的含气量存在不利影响，褐煤储层由于热演化程度低，其含气量大部分取决于生物气的生成量，生物气的形成取决于产甲烷菌的富集程度与活性:滞留水体对甲烷菌进入煤体不利，而过高的矿化度又会抑制产甲烷菌利用底物生成甲烷。因此，褐煤储层埋深相对较浅的区域由于处于风化带，加之断层带地层较破碎，断裂构造比较发育，甲烷含量较低;而埋深较深的区域在风化带之下，加之处于弱挤压型构造环境，断层断距小且多被充填，即使矿化度高，地史期生成的原生或次生生物气可以保存下来形成可观的气藏。

二褐煤储层的水压计算

褐煤储层含气量中大部分生物气的形成离不开水这一介质。因此，水是褐煤储层煤层气形成及演化的必要因素;储层压力不仅控制煤层含气量，而且还是储层能量的维持者，水压又是储层压力的主要贡献者，褐煤储层大多为含水层，且孔裂隙发育，对其来说水压几乎相当于储层压力。因此，水压的计算在褐煤储层的流体压力求取及其演化史的恢复中占相当重要的地位。水压等于水的密度、重力加速度、水头高度三者的乘积，其直接受水密度的影响，但目前在对水压进行求取时，常忽略水的密度受压力、温度、矿化度、溶解的气水比及盐与水的质量比所产生的变化，计算的水压值不准确。水头高度等于与煤储层具有水力联系的含水层的水位标高与煤层底板标高之差。水的密度随温度的升高而减小，随矿化度的增加而增大，随压力的增加而增大，其求取可通过由水密度的诺谟图推得的S－K方程得到。尽管S－K方程没有考虑溶解的气水比与盐水质量比对密度的影响，这是因为当水中溶解气较少，其对密度的影响微乎其微;而当地层水矿化度在104mg/L的数量级时，对密度造成的影响在10－5数量级以下(根据FWZ方程计算结果知)，可以忽略不计。因此，笔者也主要考虑压力、温度、矿化度对水密度的影响，其中压力就是水自身的压力，其与水密度恰存在相关性，因此可根据下面的推导过程求得。

三结论

1)研究区由于气候炎热干旱，地下水补给径流条件较差，褐煤储层矿化程度较高，导致其次生生物成因气生成受阻，含气量低，随埋深增加由于保存条件较好，含气量逐渐增加。

2)当储层的水文地质条件(水温梯度、矿化度)不同时，会导致不同的水压计算结果:低矿化度、高水温梯度会导致低于不考虑密度变化的水压计算值;而高矿化度、低水温梯度则会导致高于不考虑密度变化的水压计算值。该计算方法对于褐煤储层勘探开发规划及其压力演化恢复相关计算有必要。

作者：乔雨傅雪海丁永明单位：中国矿业大学新疆工程学院