李金龍
(云南省煤田地質(zhì)局,云南 650034)
云南省煤層氣資源豐富,埋藏2000m以淺的煤層氣總量約為5351.97億m3,推測可采的資源量為3002.3億m3,占總資源量的56%。但抽采利用還處于先導(dǎo)試驗評價階段;全省各煤礦區(qū) (井田)都完成了或正在進行煤層氣專題評價,包括對區(qū)內(nèi)地形地質(zhì)條件、煤巖特性、含氣性、賦存特征、資源量、可采性以及經(jīng)濟評價和綜合評價等。云南煤層氣抽采以井下抽采為主,抽采量低;利用量少,2010年利用率僅為7.95%;全省煤層氣資源分布具“東部富集,中、西部少”的區(qū)域分布特征,各煤田(礦區(qū))煤層氣資源賦存條件變化較大;賦存特點為晚二疊世老廠、恩洪礦區(qū)豐度最高,煤層氣資源量所占比例較大,但滇東富氣區(qū)域具有地形起伏大、煤體破壞程度高、構(gòu)造煤發(fā)育等特點。
云南省煤層氣勘探開發(fā)的科研工作已開展了近二十年,目前仍處于勘探試驗評價階段。在前期的研究評價過程中,其手段一般是結(jié)合地質(zhì)勘查項目的常規(guī)方法,再根據(jù)煤層氣特性制定為:收集資料、野外踏勘、編制勘查設(shè)計、野外工程施工、資料整理、煤層氣資源量的計算、成果匯編和經(jīng)濟、綜合評價等流程。2000年之后,計算機技術(shù)的發(fā)展帶動了煤層氣評價中資料處理和圖件匯編由手工向計算機化逐漸革新,依照《煤層氣資源/儲量規(guī)范》(DZ/T0216-2002)云南煤層氣研究評價工作取得了大量突破性成果,但是計算機的應(yīng)用僅限于利用GPS控制測量、MAPGIS或其它制圖軟件編繪圖件和office辦公軟件處理文字、圖表等形式,它實現(xiàn)了一些成果的電子化和簡單的圖件GIS屬性附加,這是地質(zhì)信息技術(shù)在云南煤層氣領(lǐng)域利用的一大進步。
近些年,依托國家煤層氣方面重大項目在云南的實施,建立數(shù)據(jù)庫成為了提交項目研究成果的必須形式,從而實現(xiàn)了在滇部分地區(qū)建立了煤層氣地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫,例如:朱靜、楊永國等建立的“黔西-滇東煤層氣地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”;秦勇、申建、林玉成等建立的“云南省煤層氣資源潛力預(yù)測與評價數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”等,這些系統(tǒng)可以實現(xiàn)對煤田 (井田)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)的添加、修改、查詢、刪除、生成報表和統(tǒng)計分析,這是云南煤層氣地質(zhì)信息技術(shù)應(yīng)用上的突破。
地質(zhì)信息技術(shù)在云南煤層氣領(lǐng)域的應(yīng)用不斷得以發(fā)展,目前已取得很大突破,但仍存在一些局限:煤層氣數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)量太少、涉及面積局部或覆蓋面太小;在煤層氣資源研究評價過程中,手段單一,特別是煤層氣資源量估算和經(jīng)濟評價、綜合評價方面,沒有融入新的信息技術(shù)理論體系,難以取得新的突破。
我國地質(zhì)信息技術(shù)在煤層氣評價中已經(jīng)構(gòu)建了較多的理論體系,如:煤層氣數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、煤層氣地質(zhì)模型、蒙特卡羅法計算煤層氣資源量、凈現(xiàn)值法煤層氣開發(fā)經(jīng)濟評價、多層次模糊數(shù)學(xué)煤層氣潛力評價、基于DEA的煤層氣投資風(fēng)險分析等等。云南煤層氣勘探評價要更快得以發(fā)展,就應(yīng)該引用、開發(fā)適合云南的信息技術(shù)理論,增加評價手段實現(xiàn)對比化,準確高效圈定開發(fā)遠景區(qū)。其中,基于DEA的煤層氣投資風(fēng)險分析法主要應(yīng)用于煤層氣成功開發(fā)區(qū)塊開發(fā)投資風(fēng)險的分析,在分析過程中需要借鑒與評價區(qū)地形地貌條件、煤質(zhì)煤類、含氣量等相似的區(qū)域成熟的經(jīng)濟評價參數(shù),基于云南煤層氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀和目前國內(nèi)外沒有與云南煤層氣賦存特征相似的成熟的經(jīng)濟評價參數(shù)可借鑒,因此,基于DEA的煤層氣投資風(fēng)險分析法現(xiàn)階段不適宜在云南省內(nèi)使用。本文主要分析了其它主要地質(zhì)信息技術(shù)以及在云南的適用性。
在煤層氣的勘探開發(fā)過程中,建立煤層氣數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是十分必要的,有了這樣的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),每次煤層氣工作成果及時的疊加入庫,這樣可以實現(xiàn)對各含煤盆地的各勘探井田、各區(qū)塊煤層厚度及其編號、鉆探井號及坐標、煤層埋深、化學(xué)分析成果、含氣量、密度、鏡煤反射率、煤質(zhì)、煤儲量、煤層氣遠景儲量、可采資源量及圖形等的實時查詢、添加修改等管理,可大大降低下步工作的勞動強度,更可以系統(tǒng)的進行交互式對多元評價信息進行對比、綜合分析中獲得新的啟發(fā),更好推動煤層氣工作水平的提高。建立煤層氣數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)包括兩個方面的建設(shè),一是依據(jù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計原理建立數(shù)據(jù)庫,如基于VC++6.0的煤礦區(qū)煤層氣資源評價管理數(shù)據(jù)庫等,用以存入包括煤層基本情況、煤層儲量、煤質(zhì)基本數(shù)據(jù)、工藝特征與煤巖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、煤層瓦斯基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等各井田的基礎(chǔ)數(shù)據(jù);二是建立可維護性強數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),如國內(nèi)的基于GIS和數(shù)據(jù)庫的煤礦區(qū)煤層氣資源評價與管理系統(tǒng)、基于Visual Studio 2005開發(fā)平臺,采用VB開發(fā)語言和ADO.NET數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù),開發(fā)實現(xiàn)的煤層煤氣數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等等,云南省內(nèi)若能構(gòu)建全面的煤層氣數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),就能為煤層氣的評價和管理提供可視化的平臺。實現(xiàn)評價管理與決策的一體化,從而為煤層氣資源的管理和評價服務(wù)帶來新的手段。
煤層氣地質(zhì)數(shù)值模擬是煤層氣資源勘探和開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一,在煤層氣資源開發(fā)潛力評價中可以通過求取相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù),建立合理的煤層氣地質(zhì)數(shù)值模擬來分析井田的煤層氣產(chǎn)能和服務(wù)年限等。根據(jù)云南煤層氣資源量和工作實際進展情況分析,在井田煤層氣評價中迫切需要融入煤層氣地質(zhì)模擬技術(shù),以達到研究煤層氣儲集、運移和產(chǎn)出規(guī)律,對比分析煤儲層特征的目的。在現(xiàn)階段井組壓裂排采試驗中,云南特有的煤層賦存特性和地理地質(zhì)環(huán)境,通過建立煤層氣地質(zhì)模型,可以摸索云南自己的煤層氣賦存、產(chǎn)出機理,為今后規(guī)模開發(fā)煤層氣資源提供科學(xué)決策依據(jù)。目前國內(nèi)煤層氣地質(zhì)三維模型建立一般采用剖面成面法、直接點面法和拓撲分析方法等。
云南正處煤層氣開發(fā)試驗的階段,在評價中合理圈定開發(fā)目標區(qū),進一步評價目標區(qū)投資開發(fā)項目的經(jīng)濟狀況,主導(dǎo)合理投資,保證最大收益,對于全省煤層氣開發(fā)利用具有示范意義。在諸多經(jīng)濟評價方法中,解磊提出的基于凈現(xiàn)值法對煤層氣目標區(qū)開發(fā)經(jīng)濟評價是一種動態(tài)評價方法,可以將煤層氣項目計算期內(nèi)各年發(fā)生的凈現(xiàn)金流量折現(xiàn)到計算初期,從而可以考察目標區(qū)在計算期內(nèi)盈利的能力,比較好的反映資金的時間價值。該方法以煤層氣目標區(qū)從現(xiàn)金投入和現(xiàn)金流出兩大方面的分析作為思路。以固定資產(chǎn)投資投入、建設(shè)期貸款利息投入、流動資金投入、固定資產(chǎn)投資方向調(diào)節(jié)稅投入、生產(chǎn)經(jīng)營成本和費用投入、稅費投入和銷售收入、政府補貼收入等作為主要參數(shù)建立煤層氣目標區(qū)經(jīng)濟評價模型。
模型中,通過估算各項參數(shù),可直接求出煤層氣目標區(qū)在評價期內(nèi)的經(jīng)濟效益 (NPV),從而正確指導(dǎo)煤層氣合理開發(fā),提高開發(fā)效益。
蒙特卡羅法又稱隨機抽樣技巧法,已被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、工程等方面。云南煤層氣資源量計算采用常規(guī)體積法:Q=A×H×D×q,對各項參數(shù)的選取一般進行定量化,比如煤層含氣量q往往通過加權(quán)平均法確定,用定量參數(shù)代表全井田的煤層氣賦存特性,計算手段單一而無法形成對比,這樣計算出的煤層氣資源量值難以避免與實際的出入。蒙特卡羅法引入煤層氣資源量計算,可彌補容積法視各參數(shù)為常數(shù)的不足,楊永國教授為實現(xiàn)蒙特卡羅法計算煤層氣資源量的功能,研發(fā)了蒙特卡羅算法軟件。筆者選擇滇東北玉京山井田對體積法和蒙特卡羅發(fā)計算結(jié)果進行了對比:玉京山井田采用體積法計算煤層氣資源量為12.93億m3;應(yīng)用楊教授的蒙特卡羅算法軟件對井田各參數(shù)進行處理,通過設(shè)置不同計算區(qū)間和計算長度等量運行結(jié)果為:井田5%概率下煤層氣資源量約為45.06億m3;50%概率下煤層氣資源量約為15.00億m3;95%概率下煤層氣資源量約為0.1億m3。50%概率下煤層氣資源量與體積法計算得到的結(jié)果差約為2億m3,結(jié)果比較接近。通過蒙特卡羅法增加了井田煤層氣計算方法,對結(jié)算結(jié)果可實現(xiàn)對比分析,合理評價。
多層次模糊數(shù)學(xué)主要應(yīng)用于煤層氣開發(fā)潛力評價中,其通過建立層次結(jié)構(gòu)模型,對控制井田煤層氣開發(fā)潛力評價的因素:煤厚、儲層巖性、煤層甲烷含氣量、埋深、煤的孔滲性、儲氣方式、開采特點、開采深度、井距、初始產(chǎn)氣量等進行綜合研究,按屬性進行層次劃分,采用模糊數(shù)學(xué)方法對各層次之間的判斷矩陣及單項指標在項目經(jīng)濟評價中的相對權(quán)重。若一致性檢驗比例小于0.1,則表明判斷矩陣具有滿意的一致性。該方法對指導(dǎo)煤層氣勘探開發(fā)潛力評價工作,圈定最佳實驗區(qū),是很好的參考體系。
云南煤層氣資源豐富,受其特殊的地形地質(zhì)條件和煤層氣賦存條件的限制,煤層氣資源的勘探開發(fā)過程是一個長期艱難的論證試驗過程,地質(zhì)信息技術(shù)在云南煤層氣評價中仍存在一定局限性。目前國內(nèi)發(fā)展的地質(zhì)信息技術(shù)在煤層氣資源勘探開發(fā)中的應(yīng)用體系,對煤層氣勘探開發(fā)評價追蹤具有很好的指導(dǎo)作用,云南應(yīng)該引進并不斷完善開拓適合云南特殊煤層氣賦存特性的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、煤層氣地質(zhì)模型、凈現(xiàn)值法對煤層氣目標區(qū)開發(fā)經(jīng)濟評價、蒙特卡羅法計算煤層氣資源量以及多層次模糊數(shù)學(xué)法等主要地質(zhì)信息技術(shù),把數(shù)學(xué)的分析基礎(chǔ)和計算機的不斷發(fā)展應(yīng)用到云南煤層氣勘探開發(fā)評價工作中,盡快推動行業(yè)取得新的突破。
[1]吳沖龍.地質(zhì)信息技術(shù)基礎(chǔ)[M].清華大學(xué)出版社,2008.
[2]揚永國,秦勇,張冬明.層次分析法及其在煤層氣項目經(jīng)濟評價中的應(yīng)用[J],煤田地質(zhì)與勘探,2001,29(4):19-21.
[3]姚艷斌,劉大錳,胡寶林,羅文林.地理信息系統(tǒng)在煤層氣資源綜合評價中的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2005,33(l2):1-4.
[4]桂寶林,王學(xué)任,石磊等.地學(xué)信息技術(shù)在煤層氣成藏條件研究及勘探目標評價中的應(yīng)用[J].云南省煤田地質(zhì)局.
[5]薛鯤.對于建立煤層氣地質(zhì)模型的討論[J].中國科技信息,2007(22):21-22.
[6]羅金輝,楊永國,陳玉華等.基于DEA的煤層氣投資風(fēng)險分析[J].科技信息,2012(5):31-32.
[7]劉曉,張瑞林.基于GIS的瓦斯地質(zhì)編圖技術(shù)研究[J].煤炭工程,2009(12):113-115.
[8]解磊.基于凈現(xiàn)值法煤層氣目標區(qū)開發(fā)經(jīng)濟評價研究[J].能源技術(shù)與管理,2009(1):132-134.
[9]陳玉華,楊永國,秦勇.蒙特卡羅法在煤層氣資源量計算中的應(yīng)用[J].煤田地質(zhì)與勘探,2O06,34(6):30-32.
[10]陳玉華,楊永國.應(yīng)用VC開發(fā)煤礦區(qū)煤層氣資源評價管理數(shù)據(jù)庫[J].工礦自動化,2006(12):32-34.
[11]朱靜,楊永國,李鳳玲.黔西-滇東煤層氣地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[J].地理空間信息,2010(3):67-69.
[12]中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標準.煤層氣資源/儲量規(guī)范DZ/T0216-2010[S].中華人民共和國國土資源部,2011.
[13]韓俊,邵龍義,肖建新等,多層次模糊數(shù)學(xué)在煤層氣開發(fā)潛力評價中的應(yīng)用[J].煤田地質(zhì)與勘探,2008(3):31-36.
[14]秦勇,申建,林玉成等.云南省煤層氣資源潛力預(yù)測與評價[R].中國礦業(yè)大學(xué),云南省煤田地質(zhì)局,2010.
[15]中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標準.煤層氣資源/儲量規(guī)范DZ/T0216-2002[S].中華人民共和國國土資源部,2002.
[16]王巨民,鄧明國,林玉成等.滇東地區(qū)煤層氣資源評價[R].中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司,云南省煤田地質(zhì)局,2000.
[17]桂寶林,王學(xué)仁,石磊等.滇東煤層氣成藏條件研究報告[R].云南省煤田地質(zhì)局,2005.