周 偉，王 勇，趙 虎

(1. 貴州省煤田地質(zhì)局一一三隊(duì)，貴州 貴陽 550081； 2. 貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽 550081； 3. 安順學(xué)院 資環(huán)學(xué)院，貴州 安順 561000)

新店西二勘查區(qū)煤層氣儲(chǔ)集特征分析

周 偉1，王 勇2，趙 虎3

(1. 貴州省煤田地質(zhì)局一一三隊(duì)，貴州 貴陽 550081； 2. 貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽 550081； 3. 安順學(xué)院 資環(huán)學(xué)院，貴州 安順 561000)

以清鎮(zhèn)市新店西二礦區(qū)龍?zhí)督M煤層氣儲(chǔ)層為研究對(duì)象，通過對(duì)煤儲(chǔ)層特性分析，反映本研究區(qū)內(nèi)的煤層氣賦存形式；通過對(duì)煤層氣儲(chǔ)集特征研究，得出本研究區(qū)內(nèi)的煤層氣含氣量高，資源儲(chǔ)量大。為以后礦井安全生產(chǎn)、開發(fā)利用煤層氣提供科學(xué)依據(jù)。

煤層氣；儲(chǔ)集特征；特征分析

煤層氣，是指賦存在煤層中以甲烷為主要成分、以吸附在煤基質(zhì)顆粒表面為主、部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體，是煤的伴生礦產(chǎn)資源，屬非常規(guī)天然氣，是近一二十年在國(guó)際上崛起的潔凈、優(yōu)質(zhì)能源和化工原料[1]。煤層氣作為氣體能源家族主要成員之一，其主要成分是CH4(甲烷)，是主要存在于煤礦的伴生氣體，也是造成煤礦井下事故的主要原因之一。煤與煤層氣綜合開發(fā)已成為煤礦生產(chǎn)的重要發(fā)展方向。

1 勘查區(qū)地質(zhì)概況

本區(qū)大地構(gòu)造位置為揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)的四級(jí)構(gòu)造單元，貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，按其走向可分為北東—北東東向組、近南北向組、東西向組[2]。北東向組多為逆斷層，東西向組出現(xiàn)平移斷層。區(qū)內(nèi)出露地層由老到新為二疊系茅口組，二疊系龍?zhí)督M，二疊系長(zhǎng)興組，三疊系夜郎組，三疊系茅草鋪組及第四系。

2 含煤地層及煤層

區(qū)內(nèi)主要含煤地層為龍?zhí)督M，厚147.40～214.90 m平均厚為179.98 m，含煤10～15層，一般為12層。煤層總厚5.59～16.75 m，平均8.79 m，含煤系數(shù)4.89%?？辈閰^(qū)含可采煤層2層，編號(hào)為9、13號(hào)煤層，可采煤層總厚0.33～6.11 m，平均2.90 m，可采含煤系數(shù)1.61%。

3 煤儲(chǔ)層特性分析

煤層既是煤層氣的烴源巖也是煤層氣的儲(chǔ)集層。煤層氣以吸附態(tài)、游離態(tài)和溶解態(tài)儲(chǔ)集煤層中。其中，吸附氣占主要部分[3]。

3.1 煤儲(chǔ)層孔滲特征

孔隙度和滲透率是反映煤儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)和進(jìn)行煤層氣滲流分析的重要參數(shù)。根據(jù)研究區(qū)主要煤層9號(hào)和13號(hào)的真相對(duì)密度、視相對(duì)密度與現(xiàn)場(chǎng)b303孔試井實(shí)驗(yàn)結(jié)果，獲得了主力煤層的平均孔隙度和原位滲透率，分別為3.07%、0.027 6 md，2.83%、0.105 2 md。

3.2 煤儲(chǔ)層壓力特征

煤儲(chǔ)層壓力指作用于煤孔裂隙空間上的流體壓力，又被稱為孔隙流體壓力。其與煤層含氣性密切相關(guān)，與臨界解吸壓力間的相對(duì)關(guān)系可影響采氣過程中排水降壓難易程度。根據(jù)研究區(qū)b303孔試井實(shí)驗(yàn)測(cè)得各煤儲(chǔ)層壓力。9號(hào)煤層儲(chǔ)層壓力為5.03 MPa，壓力系數(shù)為0.83；13號(hào)煤層儲(chǔ)層壓力為5.92 MPa，壓力系數(shù)為0.82。

3.3 煤儲(chǔ)層吸附解吸特征

本文通過研究區(qū)煤樣等溫吸附試驗(yàn)獲得了各研究煤層等溫吸附參數(shù)，見表1。

煤田地質(zhì)勘探階段瓦斯(煤層氣)解吸由四部分構(gòu)成，即損失氣量(V1)、現(xiàn)場(chǎng)兩小時(shí)解吸量(V2)、真空加熱脫氣量(V3)和粉碎脫氣量(V4)。通常，將損失氣量與解吸氣量之和與總氣量之百分比稱為解吸率，損失氣量與現(xiàn)場(chǎng)兩小時(shí)解吸氣量之和為解吸量。根據(jù)美國(guó)礦業(yè)局的直接法，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)解吸量可以計(jì)算出損失氣量。通過估算，可以獲得研究區(qū)各煤層損失氣量，進(jìn)而獲得解吸率，見表2。

表1 研究區(qū)主要煤層等溫吸附參數(shù)

表2 研究區(qū)煤層甲烷解吸量

4 煤層氣儲(chǔ)集特征

煤層氣儲(chǔ)集特征主要包括氣體組分、含氣量、資源量、資源豐度等。其中含氣量、氣體組分是基本要素。

4.1 氣體組分

根據(jù)研究區(qū)自然解吸資料，可以獲得主要煤層中煤層氣各組分平均所占百分比，見表3。

表3 研究區(qū)煤層煤層氣組分 %

甲烷濃度>90%為好；甲烷濃度在80%～90%之間為中；甲烷濃度<80%為差。由表3可知，研究區(qū)主要煤層甲烷濃度皆在<80%之下，屬于差級(jí)。

4.2 含氣量

通過各孔位9號(hào)煤含氣量計(jì)算，9號(hào)煤層含氣量最高16.30 mL/g，最低4.59 mL/g，均值為8.14 mL/g。9號(hào)煤含氣量分布圖見圖1。

通過各孔位13號(hào)煤含氣量計(jì)算，13號(hào)煤層含量最高為9.47 mL/g，最低5.90 mL/g，均值為8.03 mL/g。13號(hào)煤含氣量分布見圖2。

圖1 19號(hào)煤含氣量分布

圖2 13號(hào)煤含氣量分布

4.3 資源量

煤層氣資源量計(jì)算方法有多種，包括遞減分析法、體積法、物質(zhì)平衡法、類比法、數(shù)值模擬法[4]。本次煤層氣資源量計(jì)算采用的是體積法，體積法即容積法、塊段法，是煤層氣地質(zhì)資源量或儲(chǔ)量計(jì)算的基本方法[5]，適用于各級(jí)別煤層氣資源量計(jì)算。其精度取決于煤層氣地質(zhì)條件、儲(chǔ)層條件及有關(guān)參數(shù)的精度及數(shù)量。

體積法計(jì)算煤層氣資源量的計(jì)算公式為：

Gi=0.01S·h·Dad·Cad

式中Cad=Cdaf(100-Mad-Aad)/100

Gi——煤層氣地質(zhì)資源量，108 m3；

h——煤儲(chǔ)層厚度，m；

S——煤層含氣面積，km2；

Dad——空氣干燥基煤質(zhì)量密度，t/m3；

Cad——空氣干燥基煤含氣量，m3/t；

Cdaf——干燥無灰基煤含氣量，m3/t；

Aad——空氣干燥基灰分，%；

Mad——空氣干燥煤基水分，%。

通過將各煤層塊段資源量，含氣面積進(jìn)行累積統(tǒng)計(jì)，獲得主要煤層氣資源量共7.24×108m3。

4.4 資源豐度

資源豐度為煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量與含氣面積的比值，單位為m3/km2，是儲(chǔ)層平均含氣量和平均厚度的綜合體現(xiàn)。面積大、豐度高的聚氣帶才具備較好的勘探開發(fā)前景。

通過計(jì)算得：研究區(qū)9號(hào)煤儲(chǔ)層總資源豐度為0.262×108m3/km2，13號(hào)煤儲(chǔ)層總資源豐度為0.112×108m3/km2。

5 結(jié) 論

本文以貴州省清鎮(zhèn)市新店西二礦區(qū)龍?zhí)督M煤層氣儲(chǔ)層為研究對(duì)象，通過對(duì)煤儲(chǔ)層特性分析和煤層氣儲(chǔ)集特征研究得出以下結(jié)論。

1) 研究區(qū)主要煤層為欠飽和儲(chǔ)層，甲烷解析率在國(guó)內(nèi)相對(duì)較高，隨埋深增加有增大趨勢(shì)，有利于煤層氣開發(fā)利用。

2) 研究區(qū)9號(hào)煤儲(chǔ)層和研究區(qū)13號(hào)煤儲(chǔ)層資源儲(chǔ)量巨大，豐度較高，屬于中級(jí)資源豐度。

3) 研究區(qū)雖然有比較高的含氣量，但是資源豐度和煤層厚度都屬于中等，建議選取礦區(qū)內(nèi)資源豐度高，煤層厚度大的區(qū)塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)開采，比如9號(hào)煤中部在該煤層所有區(qū)塊中面積最大，資源豐度最高。研究區(qū)煤層滲透性較差，所以在開采過程要選取合適的完井、壓裂工藝和適當(dāng)?shù)呐挪芍贫龋Ｗo(hù)儲(chǔ)層的滲透性。

[1] 傅雪海, 秦勇, 韋重韜. 煤層氣地質(zhì)學(xué)[M]. 徐州: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社, 2007.

[2] 徐彬彬，何明德. 貴州煤田地質(zhì)[M]. 徐州: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[3] 桑樹勛，秦勇，傅雪海，等. 陸相盆地煤層氣地質(zhì)——以準(zhǔn)噶爾、吐哈盆地為例[M]. 徐州: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2001.

[4] 陳玉華, 楊永國(guó), 秦勇. 蒙特卡羅法在煤層氣資源量計(jì)算中的應(yīng)用[J]. 煤田地質(zhì)與勘探, 2006, 34(6): 30-32.

[5] 陳江峰. 煤層氣資源量計(jì)算中的幾個(gè)問題[J]. 中國(guó)煤炭, 1999, 25(8): 32-33.

An Analysis of Coalbed Methane Reservoir Characteristics in Two Exploration Areas

ZHOU Wei1, WANG Yong2, ZHAO Hu3

(1.GuizhouCoalfieldGeologyBureau113team,Guiyang,Guizhou550081,China; 2.CollegeofResourcesandEnvironmentalEngineering,GuizhouUniversity,Guiyang,Guizhou550081,China; 3.CollegeofFinance,AnshunUniversity,Anshun,Guizhou561000,China)

In west two mining areas of Longtan Formation of coalbed gas reservoir as a research object, this article makes an analysis of coal reservoir characteristics, as reflects the study of coal seam gas occurrence in the region. Through the study of the features set of coal-bed gas reservoir, we think that the high gas content of CBM resources is of large reserves. It can provide scientific basis for coal mine safety production in the development and utilization of coalbed methane.

Coalbed gas; Characters of store; Analysis of characters

2017-03-31

科技廳與貴大聯(lián)合基金(黔科合LH[2016]7463號(hào))

周偉(1984-)，江西金溪人，地質(zhì)工程師，研究方向：煤田地質(zhì)，手機(jī)：13985192932，E-mail：zhouwei5216666@163.com；通訊作者：王勇(1984-)，貴州貴陽人，講師，研究方向：礦山勘察，手機(jī)：13984876106，E-mail：25185919@qq.com.

P618.11

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.017