梁紅藝，謝小國(guó)，2，羅 兵，王一鳴

(1.四川省煤田地質(zhì)局，四川 成都 610072；2.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059；3.中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

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煤層含氣量評(píng)價(jià)方法研究與應(yīng)用

梁紅藝1，謝小國(guó)1，2，羅 兵1，王一鳴3

(1.四川省煤田地質(zhì)局，四川 成都 610072；2.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059；3.中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

川南大村勘查區(qū)二疊系龍?zhí)督M沉積了多套煤層，為了準(zhǔn)確預(yù)測(cè)該區(qū)主要煤層的含氣量，了解煤層含氣量的分布規(guī)律，提出一種基于綜合因素對(duì)含氣量影響評(píng)價(jià)的組合法。該組合法與密度測(cè)井、KIM方程以及煤層工業(yè)組分等計(jì)算方法預(yù)測(cè)煤層含氣量的結(jié)果相比，組合法預(yù)測(cè)含氣量的精度高，與測(cè)試含氣量相關(guān)性好。利用組合法對(duì)研究區(qū)多口井進(jìn)行分析，揭示了C17煤層含氣量的平面分布規(guī)律，該煤層含氣量較好的區(qū)域主要分布于二郞壩向斜西翼，沿核桃壩斷層、馬桑坪斷層、文昌宮斷層分布。該方法充分考慮煤層含氣量的影響因素，有助于提高煤層含氣量的預(yù)測(cè)精度。

煤層含氣量；測(cè)井；KIM方程；工業(yè)組分；組合法；川南地區(qū)

0 引 言

煤層氣(即煤層甲烷)是有機(jī)質(zhì)在地質(zhì)演化過(guò)程中經(jīng)生物成因和熱成因形成的以吸附作用為主，賦存于煤儲(chǔ)層的一種非常規(guī)天然氣。煤層氣儲(chǔ)層既是生氣源巖，又是煤層氣儲(chǔ)集層，裂縫發(fā)育，具有雙重孔隙結(jié)構(gòu)、非均質(zhì)性較強(qiáng)等特點(diǎn)[1-5]。作為一種重要的非常規(guī)天然氣資源，煤層中含氣量的大小不僅影響著煤礦生產(chǎn)的安全，同時(shí)也是煤層氣勘探開發(fā)的重要條件[6-7]，因此，對(duì)煤層含氣量進(jìn)行定量分析和預(yù)測(cè)，對(duì)于煤層氣的賦存規(guī)律與分布狀態(tài)具有重要的指示作用。

四川省川南煤田古敘礦區(qū)大村勘查區(qū)煤系為上二疊系龍?zhí)督M(P3l)，以海陸過(guò)渡相含煤沉積為主，巖性為砂泥巖，含多層可采無(wú)煙煤，煤的成熟度和生烴率高，具有較豐富的煤層氣儲(chǔ)量[8-11]。煤層含氣量測(cè)定方法較多[12-13]，在分析幾種常規(guī)方法的基礎(chǔ)上，提出組合法預(yù)測(cè)煤層含氣量，該方法精度高、適用性強(qiáng)。

1 地質(zhì)特征

西南地區(qū)上二疊統(tǒng)賦存著豐富的煤炭資源[14]，川南地區(qū)晚二疊系龍?zhí)督M是一套海陸交替相含煤地層，形成于殘積平原—湖泊、三角洲和潮坪環(huán)境[15-16]。大村勘查區(qū)龍?zhí)督M屬海陸交互相含煤沉積，地層厚度平均為84 m。共含煤層20余層，可對(duì)比的有10層，其中，全區(qū)可采煤層為3層(C17、C23、C25)，大部分可采煤層為4層(C11、C13、C14、C24)，局部可采煤層為1層(C16)，另有零星可采煤層為2層(C12、C21)。

2 煤層含氣量常規(guī)評(píng)價(jià)方法及適應(yīng)性分析

2.1 密度測(cè)井方法預(yù)測(cè)煤層含氣量

測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)預(yù)測(cè)煤層含氣量的方法比較成熟[17-19]。利用川南煤田古敘礦區(qū)大村勘查區(qū)含氣量解析數(shù)據(jù)與測(cè)井曲線擬合分析，煤層含氣量與密度的相關(guān)關(guān)系如下：

QCDEN=-38.38ρDEN+74.01

(1)

式中：QCDEN為密度測(cè)井法計(jì)算的煤層吸附氣量，m3/t；ρDEN為測(cè)井密度，g/cm3，相關(guān)系數(shù)為0.802。密度測(cè)井方法預(yù)測(cè)含氣量見圖1a。

密度測(cè)井方法具有簡(jiǎn)單、快速的優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地對(duì)全部煤層進(jìn)行處理，但是采用該方法預(yù)測(cè)煤層含氣量，需要較高的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)質(zhì)量。由于西南地區(qū)二疊系龍?zhí)督M煤系地層易垮塌，導(dǎo)致井身擴(kuò)徑明顯，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的預(yù)測(cè)精度較低。

圖1 不同方法預(yù)測(cè)煤層含氣量結(jié)果對(duì)比分析

2.2 KIM方程計(jì)算煤層含氣量

KIM方程是將煤層工業(yè)分析組分和等溫吸附理論相結(jié)合計(jì)算煤層含氣量的方法[20-21]。采用KIM方程的修正形式進(jìn)行煤層含氣量的計(jì)算，公式如下：

QCKIM=0.75(1-w-a)×

(2)

式中：QCKIM為KIM方程計(jì)算的煤層吸附氣量，m3/t；w和a分別為水分和灰分的質(zhì)量含量；h為地層埋深，m；p0為地表大氣壓，101.325 kPa；T為地層溫度，℃；FC和VM為煤心固定碳和揮發(fā)分質(zhì)量含量，%。KIM方程計(jì)算煤層含氣量見圖1b。

KIM方程適用于以吸附氣為主的煤層含氣量預(yù)測(cè)，該方法綜合考慮溫度、壓力、煤層工業(yè)組分、煤層埋深等因素對(duì)煤層含氣量的影響，有利于全面分析煤層含氣量的大小。但該方法需要大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，各測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性都將影響含氣量的預(yù)測(cè)精度。

2.3 煤層工業(yè)組分計(jì)算煤層含氣量

煤層工業(yè)組分是評(píng)價(jià)煤質(zhì)的主要指標(biāo)，同時(shí)也是影響含氣量的重要因素[18，22-23]。利用煤層灰分、固定碳與測(cè)試含氣量進(jìn)行多元線性回歸分析，公式如下：

QCIC=5.3-0.26Ad+0.25FCd

(3)

式中：QCIC為煤層工業(yè)組分計(jì)算的煤層吸附氣量，m3/t；Ad為煤層灰分體積含量，%；FCd為煤層固定碳體積含量，%。相關(guān)系數(shù)為0.905。煤層工業(yè)組分計(jì)算煤層含氣量見圖1c。

煤層的固定碳、灰分含量與含氣量具有較好的相關(guān)性，基于煤層工業(yè)組分的多元回歸能夠較直觀地定性、定量預(yù)測(cè)煤層含氣量的大小，但該方法同樣需要大量的煤層工業(yè)組分測(cè)試數(shù)據(jù)。

3 組合法預(yù)測(cè)煤層含氣量

不同含氣量預(yù)測(cè)方法具有不同的適用性，預(yù)測(cè)精度也存在差異。如果不同方法的適用性能夠得到充分利用，局限性得到抑制，將極大地提高煤層含氣量的預(yù)測(cè)精度?；谝陨峡紤]，提出組合法預(yù)測(cè)煤層含氣量。組合法是將密度測(cè)井方法、KIM方程和煤層工業(yè)組分方法分別預(yù)測(cè)的煤層含氣量值與測(cè)試值進(jìn)行最小二乘法擬合，得到誤差最小的預(yù)測(cè)值。組合法公式如下：

QCW=-2.03+0.54QCDEN+0.62QCKIM-0.06QCIC

(4)

式中：QCW為組合法計(jì)算的煤層吸附氣量，m3/t，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.933。組合法預(yù)測(cè)煤層含氣量見圖1d。

4 組合法與常規(guī)方法預(yù)測(cè)精度對(duì)比

4種方法預(yù)測(cè)煤層含氣量精度對(duì)比見表1、圖1。與常規(guī)方法相比，組合法預(yù)測(cè)煤層含氣量的精度得到了很大的提高，精度誤差平均為-0.15 m3/t。

表1 煤層含氣量預(yù)測(cè)精度對(duì)比

5 組合法應(yīng)用實(shí)例

C17煤層為勘查區(qū)內(nèi)主要可采煤層，煤層較厚，平均為2.29 m，煤層結(jié)構(gòu)變化較大，規(guī)律性較明顯，煤體結(jié)構(gòu)主要為碎粒煤、粉煤[24]。

利用組合法對(duì)研究區(qū)81口井的C17煤層的含氣量進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，其中，含氣量小于5 m3/t有2口井，含氣量在5～10 m3/t有4口井，含氣量在10～15 m3/t有22口井，含氣量在15～20 m3/t有44口井，含氣量在20～25 m3/t有9口井，因此，研究區(qū)C17煤層的含氣量較高，基本大于10 m3/t(圖2)。

從圖2可以看出，C17煤層含氣量較高的區(qū)域主要分布于二郞壩向斜西翼，沿核桃壩斷層、馬桑坪斷層和文昌宮斷層分布，地理位置集中在復(fù)陶、新華以南，大村以東，中樂南東方向。

6 結(jié) 論

(1) 煤層含氣量預(yù)測(cè)方法比較多，密度測(cè)井方法能夠很好地對(duì)全部煤層進(jìn)行快速處理，含氣量較大時(shí)，利用測(cè)井密度計(jì)算的含氣量誤差相對(duì)較??；KIM方程受溫度、壓力、煤層工業(yè)組分、煤層埋深等因素影響，含氣量較小時(shí)，KIM方程計(jì)算的含氣量誤差值較?。缓瑲饬恐抵械葧r(shí)，基于煤層工業(yè)組分的多元回歸計(jì)算的含氣量誤差較小。

(2) 組合法是將密度測(cè)井方法、KIM方程、煤層工業(yè)組分方法進(jìn)行優(yōu)化組合來(lái)預(yù)測(cè)煤層含氣量，該方法綜合考慮了含氣量的影響因素，預(yù)測(cè)結(jié)果精度高，效果良好。

(3) 利用組合法對(duì)研究區(qū)C17煤層的含氣量預(yù)測(cè)結(jié)果表明，C17煤層的含氣量較高，主要分布于二郞壩向斜西翼，地理位置為復(fù)陶、新華以南，大村以東，中樂南東方向。

圖2 研究區(qū)C17煤層含氣量分布規(guī)律

[1] 金軍，周效志，易同生，等. 氣測(cè)錄井在松河井田煤層氣勘探開發(fā)中的應(yīng)用[J]. 特種油氣藏，2014，21(4)：22-25.

[2] 郭偉.延川南煤層氣田基本特征與成藏關(guān)鍵因素[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2015，37(3)：341-346.

[3] 白振瑞，張抗. 中國(guó)煤層氣現(xiàn)狀分析及對(duì)策探討[J]. 中國(guó)石油勘探， 2015， 20(5)： 73-80.

[4] 趙毅，毛志強(qiáng)，蔡文淵，等. 煤層氣儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)方法研究[J]. 測(cè)井技術(shù)，2011，35(1)：25-30.

[5] 李清.山西延川南煤層氣田2號(hào)煤層煤相研究：煤層氣開發(fā)選區(qū)意義[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2014，36(2)：245-248.[6] 孟召平，劉翠麗，紀(jì)懿明. 煤層氣/頁(yè)巖氣開發(fā)地質(zhì)條件及其對(duì)比分析[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，2013，38(5)：728-737.[7] WANG Y. Coal resource evaluation and management information system in underground mines[J]. Computer Application in the Mineral Industries Neterlands，2001，65(1)：155-158.

[8] 朱志敏，陳岑，尹中山. 川南煤田晚二疊世含煤系統(tǒng)分析[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2010，38(7)：104-108.

[9] 法貴方，衣艷靜，劉婭昭，等.基于PRMS準(zhǔn)則的煤層氣資源/儲(chǔ)量劃分與評(píng)估[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2015，37(5)：665-670.

[10] 尹中山. 川南煤田古敘礦區(qū)煤層氣勘探選層的探計(jì)[J]. 中國(guó)煤炭地質(zhì)，2009，21(2)：24-27.

[11] 尹中山，李茂竹，徐錫惠，等. 四川古敘礦區(qū)大村礦段煤層氣煤儲(chǔ)層特征及改造效果[J]. 天然氣工業(yè)，2010，30(7)：120-124.

[12] 牟全斌. 煤層含氣量不同測(cè)定方法的對(duì)比分析[J]. 中國(guó)煤炭地質(zhì)，2015，27(6)：31-35.

[13] 陳振宏，鄧澤，李貴中，等. 煤層氣等溫吸附/解吸模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)新進(jìn)展與應(yīng)用[J]. 中國(guó)石油勘探，2014，19(3)：95-100.

[14] 邵龍義，高彩霞，張超，等. 西南地區(qū)晚二疊世層序—古地理及聚煤特征[J]. 沉積學(xué)報(bào)，2013，31(5)：856-867.

[15] 馮志明. 川南煤田古敘礦區(qū)龍?zhí)督M地層層序及聚煤特征[J]. 四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，2010，30(2)：1-6.

[16] 梁萬(wàn)林，魏文金，鄧野平. 川南煤田古敘礦區(qū)含煤地層格架及聚煤作用[J]. 四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，2013，33(3)：287-291.

[17] 金澤亮，薛海飛，高海濱，等. 煤層氣儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)及應(yīng)用[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2013，41(2)：42-46.

[18] 楊東根，范宜仁，鄧少貴，等. 利用測(cè)井資料評(píng)價(jià)煤層煤質(zhì)及含氣量的方法研究[J]. 勘探地球物理進(jìn)展，2010，33(4)：262-266.

[19] 唐穎，李樂忠，蔣時(shí)馨，等. 煤層含氣量測(cè)井解釋方法參數(shù)選擇及適用性[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2015，43(4)：94-99.

[20] 王嶼濤，劉如，汪飛，等. 準(zhǔn)噶爾盆地煤層氣產(chǎn)業(yè)化對(duì)策[J]. 中國(guó)石油勘探， 2015， 20(5)： 81-88.

[21] ANIL M， VIND A M，VARADE A. Evaluation of coal bed methane potential of coal seams of Sawang India [J].Earth Syst. Sci，2008，117(2)：121-132.

[22] 謝小國(guó)，曹莉蘋. BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)預(yù)測(cè)原煤灰分中的應(yīng)用[J]. 四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，2014，34(2)：304-307.

[23] 陳鋼花，董維武. 遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在煤質(zhì)測(cè)井評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J]. 測(cè)井技術(shù)，2011，35(2)：171-176.

[24] 鄒忠平，謝小國(guó)，李元雄. 測(cè)井資料在大村煤層氣勘探中識(shí)別煤體結(jié)構(gòu)方法初探[J]. 能源技術(shù)與管理，2014，39(6)：124-127.

編輯 黃華彪

20151130；改回日期：20160310

四川省地質(zhì)勘查項(xiàng)目“四川省古藺縣川南煤田古敘礦區(qū)大村礦段地質(zhì)詳查”(20081111)

梁紅藝(1965-)，男，高級(jí)工程師，1990年畢業(yè)于佛山地質(zhì)學(xué)院物探專業(yè)，現(xiàn)主要從事地球物理勘探與遙感研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.03.010

P631.8

A

1006-6535(2016)03-0044-04