新疆煤層氣資源/儲量估算問題研究

周梓欣

(新疆煤田地質(zhì)局煤層氣研究開發(fā)中心,新疆 830091)

新疆煤層氣資源/儲量估算問題研究

周梓欣

(新疆煤田地質(zhì)局煤層氣研究開發(fā)中心,新疆 830091)

新疆煤層氣具有低階煤、大傾角、多煤層的地質(zhì)特征和合層排采的開發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀，近年來，新疆煤層氣勘探開發(fā)取得突破性進(jìn)展，已成為全國煤層氣勘查開發(fā)的熱點(diǎn)地區(qū)，多個資源/儲量報告正著手編制。因此，作者就儲量報告編制中遇到的井距要求、單井產(chǎn)量下限標(biāo)準(zhǔn)、計算單元劃分、儲量計算邊界的含氣量下限標(biāo)準(zhǔn)、游離氣儲量估算問題進(jìn)行研究和探討，提出在煤層傾向和走向上劃定不同的井距、制定合層排采單井產(chǎn)量遞進(jìn)式下限標(biāo)準(zhǔn)、縱向估算單元考慮深度的影響、既要估算吸附氣儲量也要估算游離氣儲量的觀點(diǎn)，呼吁針對新疆地質(zhì)特點(diǎn)的儲量估算標(biāo)準(zhǔn)的制定。

新疆 煤層氣儲量 規(guī)范 井距 合層排采 游離氣

新疆煤層氣資源十分豐富，據(jù)2005年《新一輪全國煤層氣資源評價》新疆2000米以淺煤層氣資源量為9.51×108m3，占全國煤層氣資源總量的26%。2008年伴隨FS-1井點(diǎn)火成功，拉開了新疆低煤階煤層氣勘查開發(fā)的序幕；2008～2012年在阜康白楊河礦區(qū)施工形成了新疆第一個煤層氣生產(chǎn)試驗(yàn)井組，5口井均獲得工業(yè)氣流，提振了新疆煤層氣開發(fā)的信心，也提升了開發(fā)新疆煤層氣的熱情；2014年開展了《新疆阜康市白楊河礦區(qū)煤層氣開發(fā)利用先導(dǎo)性示范工程》和阜康三工河區(qū)塊煤層氣地面開發(fā)工程，共施工排采井100口，并配套建設(shè)了集氣管網(wǎng)和CNG集氣站等地面設(shè)施，完成了年產(chǎn)1.0×108m3的產(chǎn)能規(guī)模建設(shè)，目前日產(chǎn)量為15×104m3，已投入運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了全國低煤階煤層氣勘查開發(fā)的突破，用實(shí)實(shí)在在的產(chǎn)量證實(shí)了新疆煤層氣的確大有可為。隨著新疆煤層氣勘查開發(fā)投入的增多及可喜成績的取得，新疆已成為繼沁水盆地和鄂爾多斯盆地后的第三大煤層氣開發(fā)熱點(diǎn)地區(qū)，引起國內(nèi)廣泛關(guān)注。為了加快新疆煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展，獲得可靠的探明儲量是最根本的保障，目前新疆有多個項目開始著手編制煤層氣資源/儲量報告，為進(jìn)入開發(fā)階段做準(zhǔn)備，但新疆的煤層氣具有地層傾角大、煤階低、煤層厚度大、煤層層數(shù)多等特有的地質(zhì)特點(diǎn)，遵照現(xiàn)有《規(guī)范》進(jìn)行儲量報告編制中遇到一些問題，本文就現(xiàn)有規(guī)范與新疆現(xiàn)實(shí)地質(zhì)條件扣合度有待商榷的方面主要做以下探討和研究。

1 新疆煤層氣地質(zhì)特點(diǎn)

根據(jù)最新一輪煤炭資源潛力評價成果，新疆2000m以淺煤炭資源量為1.91×108t，區(qū)域上具有“北疆富，南疆貧”的特點(diǎn)，煤田地質(zhì)勘查深度主要集中在700m以淺范圍，部分煤田煤炭勘查程度較高達(dá)到普查階段以上，少部分達(dá)到詳查甚至勘探階段；煤類以低階煙煤為主，除準(zhǔn)南煤田的阜康礦區(qū)、艾維爾溝煤田、庫拜煤田、溫宿煤田、巴里坤煤田的東部煤類達(dá)到中階煤以上(氣煤及更高)，其余煤田均主要為低煤階煤(褐煤、長焰煤、不粘煤、弱粘煤等)，僅少量含有氣煤及更高變質(zhì)程度的煤類；可采煤層層數(shù)多，從幾層、十幾層到幾十層均有分布，多數(shù)情況下主力煤層間距在幾米、十幾米到幾十米之間，煤層間距相對較小，因此在阜康礦區(qū)、烏魯木齊河?xùn)|礦區(qū)、后峽煤田、庫拜煤田等多采用了2層或3層煤合層排采；主力煤層厚度大，通常在5m以上，部分煤層達(dá)到幾十米，甚至上百米；煤層的傾角大，煤層傾角基本都大于15°，煤層氣資源潛力較好的準(zhǔn)南、庫拜、艾維爾溝等煤田煤層傾角多在30°以上，部分地區(qū)達(dá)到60°以上，煤層深度分布范圍大，煤層含氣量受深度影響大。

2 新疆煤層氣勘查程度

新疆已開展過4輪全疆性的煤層氣資源評價工作，并針對準(zhǔn)南煤田、三塘湖煤田等開展了更深入、細(xì)致地資源評價工作，對全疆煤層氣資源分布情況有了概略的認(rèn)識，研究了主要煤田的煤儲層條件及煤層氣賦存規(guī)律，估算了新疆煤層氣資源量，優(yōu)選出了阜康礦區(qū)、烏魯木齊礦區(qū)、后峽煤田、庫拜煤田、艾維爾溝礦區(qū)、三塘湖煤田等煤層氣勘查的有利區(qū)。

新疆煤層氣勘查程度相對較低且煤層氣勘查工作分布不均，主要集中在阜康礦區(qū)、烏魯木齊河?xùn)|礦區(qū)、庫拜煤田、后峽煤田、三塘湖-淖毛湖煤田等地開展工作，這些區(qū)域煤層氣勘查達(dá)到普查、預(yù)探、勘探程度，資源/儲量報告正著手編制，其中，阜康礦區(qū)煤層氣勘查開發(fā)程度最高，已在阜康礦區(qū)東部的白楊河區(qū)塊和西部的三工河區(qū)塊分別開展了煤層氣開發(fā)利用示范工程建設(shè)和煤層氣的地面開發(fā)工作，并已提交煤層氣探明儲量報告。以上煤田或礦區(qū)以外的其它地區(qū)煤層氣勘查程度較低，多為區(qū)域性的、零星施工參數(shù)井或生產(chǎn)試驗(yàn)井。下面以煤層氣勘查程度較高的礦區(qū)或煤田為重點(diǎn)，詳細(xì)論述新疆煤層氣資源/儲量估算中遇到的問題，同時，由于容積法是國內(nèi)外文獻(xiàn)報道中最常用的煤層氣儲量計算方法，因此，主要結(jié)合容積法來進(jìn)行剖析。

3 新疆煤層氣資源/儲量估算中的問題

煤層氣儲量計算的精度(合理性)取決于勘探程度、認(rèn)識程度和參數(shù)選取技術(shù)。目前，國內(nèi)關(guān)于計算煤層氣資源/儲量的規(guī)范主要有《煤層氣資源/儲量規(guī)范》(DZ/T 0216—2010)和《煤層氣資源勘查技術(shù)規(guī)范》(GB/T 29119—2012)，其中，《煤層氣資源/儲量規(guī)范》(DZ/T 0216—2010)是認(rèn)可度較高且應(yīng)用較為廣泛的資源/儲量規(guī)范。

3.1 《煤層氣資源/儲量規(guī)范》(DZ/T 0216—2010)

該《規(guī)范》詳盡地闡明和規(guī)定了煤層氣資源/儲量分類與分級，儲量起算條件和估算單元、估算邊界，儲量估算方法，各估算方法中估算參數(shù)的選用和取值，煤層氣地質(zhì)綜合評價和經(jīng)濟(jì)評價等，對儲量估算工作給出了具體的可操作性，具有很大的指導(dǎo)性。針對新疆地質(zhì)特點(diǎn)主要問題如下：

(1)《規(guī)范》以煤層氣資源的地質(zhì)認(rèn)識程度為基礎(chǔ)，根據(jù)勘查開發(fā)工程網(wǎng)度和地質(zhì)認(rèn)識程度將煤層氣資源/儲量分為潛在的、推斷的、控制的和探明的四級。探明儲量和控制儲量根據(jù)不同構(gòu)造復(fù)雜程度和煤層穩(wěn)定程度給出了探井井距的要求(表1)?！兑?guī)范》中未給出排采井的具體井距要求，對于探明儲量試采井也應(yīng)該有一定的井距要求；新疆多數(shù)煤層為大傾角地層，深度變化范圍大，煤層含氣量與深度具有高度正相關(guān)的關(guān)系，煤層走向與傾向方向采用同一井距與實(shí)際地質(zhì)條件有一定矛盾，應(yīng)該根據(jù)煤層傾角的不同范圍劃定不同的傾向井距。例如，阜康某礦區(qū)地層傾角30°～58°，平均為46°，傾向上在寬度為1.7km的范圍內(nèi)，煤層埋深范圍為0～1500m，煤層含氣量自煤層氣風(fēng)氧化帶到1500m為4～18.78m3/t均有分布(圖1)，因此，應(yīng)根據(jù)地層傾角大小的不同(緩傾斜、傾斜、急傾斜、直立)，在傾向上規(guī)定不同的井距；推斷的儲量未根據(jù)構(gòu)造復(fù)雜程度和煤層穩(wěn)定程度提出具體井距要求，進(jìn)行推斷儲量估算時人為出入較大。

表1 煤層氣探明儲量估算儲層的基本井距要求

圖1 阜康×××礦區(qū)×××煤層底板等高線圖

(2)《規(guī)范》制定了探明儲量起算單井產(chǎn)量下限標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定在國內(nèi)現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件下，只有在煤層氣井單井產(chǎn)氣量達(dá)到表2起算標(biāo)準(zhǔn)并連續(xù)生產(chǎn)不少于3個月的區(qū)塊才可以估算探明儲量，并給出了單井產(chǎn)量下限與煤層埋深的關(guān)系。只是劃分不夠細(xì)致，比如，當(dāng)煤層埋深為499m時，單井產(chǎn)量下限為500m3/d，當(dāng)埋深為500m時(埋深僅增加了1m)，單井產(chǎn)量下限標(biāo)準(zhǔn)為1000 m3/d，有失合理，應(yīng)采用逐漸遞進(jìn)或過度式進(jìn)行劃分。

另外，表2中單井產(chǎn)量下限標(biāo)準(zhǔn)一般指的是單采一層煤的產(chǎn)氣量下限，但是，根據(jù)新疆煤層多，煤間距相對較小的地質(zhì)特點(diǎn)，且考慮到以少量的工程投入，獲得最大、最經(jīng)濟(jì)的資源量的因素，目前已開發(fā)的阜康白楊河、烏魯木齊河?xùn)|、后峽等地，多采用兩層或多層合層開采。其中，阜康白楊河礦區(qū)合層開采39、41、42號三層煤層，39號與41號煤層間距為8～22m，41號與42號煤層間距為25～45m，排采深度多處于800～900m附近，因此，根據(jù)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件及資金投入，如果單井產(chǎn)量下限僅以1000m3/d來劃定，則投入和產(chǎn)出的關(guān)系不能很好的體現(xiàn)。根據(jù)彭龍仕,喬蘭等對韓城煤層氣田幾十口雙層或三層合采的煤層氣井產(chǎn)能分析，生產(chǎn)層總厚度與煤層氣井產(chǎn)能之間未表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性，這是因?yàn)楹喜上赂髅簩又g存在著壓力干擾。因此，根據(jù)新疆的煤層氣地質(zhì)特點(diǎn)，急需制定合層開采的產(chǎn)量下限標(biāo)準(zhǔn)，研究合層開采時單層產(chǎn)能貢獻(xiàn)，地層壓力的相關(guān)干擾關(guān)系。

表2 探明儲量起算單井產(chǎn)量下限標(biāo)準(zhǔn)

(3)計算單元劃分的合理與否，對儲量計算結(jié)果影響較大?！兑?guī)范》中指出：儲量估算平面上一般以單一塊段為基本估算單元，縱向上一般以單一煤層(組)為估算單元，對于勘查程度相同、儲層特點(diǎn)一致、可合并開采的煤層可合并估算單元。但新疆多數(shù)地區(qū)煤層都為高傾角儲層，儲層深度在傾向上變化大，從露頭到1500m，甚至更深均有分布，儲層的壓力系統(tǒng)也發(fā)生較大變化，含氣量、儲量不盡相同，縱向上估算單元的劃分不考慮深度的影響不盡合理,影響到儲量計算結(jié)果的準(zhǔn)確性和精確性。在同一估算單元內(nèi)，應(yīng)具有相同的地質(zhì)背景、煤層、煤儲層條件、工程控制程度和產(chǎn)能。

(4)《規(guī)范》規(guī)定儲量估算單元邊界，應(yīng)在礦業(yè)權(quán)范圍內(nèi)，由查明的各類地質(zhì)邊界，如斷層、煤層及煤類變化、含氣量下限(表3)、煤層凈厚下限等確定。關(guān)于煤層含氣量下限方面給出了“也可根據(jù)具體條件通過論證進(jìn)行調(diào)整”的要求。鑒于新疆煤層氣甲烷成分分布廣泛，后峽礦區(qū)、庫拜煤田、三塘湖煤田煤層氣風(fēng)化帶以深甲烷成分高均在80%以上，甚至有相當(dāng)大的部分在90%以上，但是以烏魯木齊礦區(qū)為代表的部分礦區(qū)甲烷成分普遍相對較低，烏魯木齊礦區(qū)西山窯組煤層在埋深 400～1500m范圍內(nèi)CH4成分多數(shù)在50%～90%，在部分地區(qū)煤層含氣量為1m3/t時，甲烷含量僅為0.5m3/t左右，不具有開采價值，因此對于這類地區(qū)建議考慮甲烷成分的影響，結(jié)合噸煤空氣干燥基甲烷含氣量來共同劃分儲量計算的含氣量下限標(biāo)準(zhǔn)。

表3 煤層含氣量下限標(biāo)準(zhǔn)

圖2 烏魯木齊河?xùn)|礦區(qū)甲烷成分分布圖

(5)《規(guī)范》中煤層氣儲量估算方法主要針對吸附氣，未提及游離氣儲量估算的問題。新疆煤炭資源以低階煤為主，依據(jù)煤層氣賦存狀態(tài), 低階煤吸附作用相對較弱，特別是對于孔隙度較大、結(jié)構(gòu)疏松的低階煤, 游離氣和溶解氣的資源量是不能忽略的。例如，后峽煤田氣測錄井反應(yīng)明顯，全烴17.62%～50.88%，說明游離氣的存在，同時目前正在排采的生產(chǎn)井，在排采2個多月、流壓為7個多兆帕的時候已見套壓，并且在穩(wěn)定的排采制度下，套壓在穩(wěn)步提高，充分說明了游離氣的存在。因此，在進(jìn)行儲量估算時應(yīng)考慮游離氣的資源/儲量，煤層氣儲量=煤炭總地質(zhì)儲量×煤層氣平均含量+采氣影響范圍內(nèi)巖石總氣量，這種估算方法必將為后期的煤層氣開發(fā)、經(jīng)濟(jì)預(yù)測提供更接近實(shí)際地質(zhì)情況的資源/儲量。

另外，壓裂裂縫可能聯(lián)通不可采煤層，進(jìn)而使該部分煤層中的氣體也進(jìn)入可采儲量，因此，在進(jìn)行儲量估算時應(yīng)將煤組內(nèi)相近的不可采煤層也計入煤層厚度。

3.2 《煤層氣資源勘查技術(shù)規(guī)范》(GB/T 29119—2012)

該《規(guī)范》的第8大部分闡述了煤層氣資源/儲量計算的相關(guān)要求和內(nèi)容，對煤層氣資源/儲量計算方法、計算指標(biāo)、塊段劃分的基本原則及計算的一般要求作了較為詳實(shí)的表述和要求，資源/儲量的分類分級標(biāo)準(zhǔn)、煤層含氣量下限標(biāo)準(zhǔn)，探明儲量的基本井距要求等與DZ/T 0126一致，不同的是：該規(guī)范針對不同井型給出了產(chǎn)氣量下限標(biāo)準(zhǔn)(垂直單井平均質(zhì)量500m3/d、多分枝水平井平均產(chǎn)量5000 m3/d、“U”型井平均產(chǎn)量1000 m3/d，且單井平均產(chǎn)量為不低于半年的連續(xù)排采平均值)，但未給出產(chǎn)量下限與井深的關(guān)系；結(jié)合煤炭資源控制級別和煤層氣實(shí)測含氣量控制程度給出了煤層氣控制儲量和預(yù)測儲量的確定原則，對于前期已開展過詳查及以上程度的工作區(qū)，可操作性較強(qiáng)，相對于DZ/T 0126控制程度要求較為嚴(yán)格，但對于上述幾個新疆特有問題仍未給出具體解決方法。

4 結(jié)論

(1)新疆煤層氣資源量大，勘查開發(fā)工作取得突破進(jìn)展，為加快新疆煤層氣開發(fā)步伐，探明儲量估算的準(zhǔn)確性和科學(xué)性是最根本保障，也是最迫切的需要，因此，呼吁針對新疆地質(zhì)特點(diǎn)的儲量估算標(biāo)準(zhǔn)的出臺。

(2)鑒于新疆大傾角的地質(zhì)特點(diǎn)，對探明儲量控制程度應(yīng)根據(jù)傾角的大小，在煤層傾向和走向上劃定不同的井距。

(3)需制定合層排采煤層氣探明儲量單井下限標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)實(shí)際產(chǎn)氣情況，考慮單井產(chǎn)量下限與井深的關(guān)系，采用逐漸遞進(jìn)式進(jìn)行劃分。

(4)考慮到新疆煤層含氣量受深度的影響較大，為提高儲量估算的準(zhǔn)確性，縱向估算單元的劃分應(yīng)考慮深度的影響。

(5)新疆某些礦區(qū)確實(shí)有不可忽視的游離氣的存在，在進(jìn)行資源/儲量估算時，既要估算吸附氣的資源量，也要估算游離氣的資源量。

[1] DZ/T 0216—2010．煤層氣資源/儲量規(guī)范[S]．北京：中華人民共和國國土資源部，2011.

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(責(zé)任編輯 桑逢云)

Research on CBM Resources/Reserves Estimation Problem in Xinjiang

ZHOU Zixin

(Coalbed Methane Research & Development Center, Xinjiang Bureau of Coal Field Geology,Xinjiang 830091)

CBM in Xinjiang has such geological characteristics as low rank coal, large inclined angle, multiple coal seams, and its development technology status is co-layer drainage. In recent years, the CBM exploration and development in Xinjiang has made the breakthroughs, Xinjiang has become a hot spot of CBM exploration and development in China, and a number of resources/ reserves report is prepared to compile. Therefore, the author studies and discusses the problems encountered in the reserves report compiled from the aspects of the well spacing requirements, the single well output lower limit, the calculation unit division, the gas content lower limit of the reserves calculation boundary and the free gas reserves estimation problems. The author puts forward opinion of delineating different well distance in coal seam inclination and strike, formulating production progressive lower standards of co-layer drainage single well, considering depth effect on longitudinal estimation unit, estimating both adsorption gas reserves and free gas reserves. The author calls for the formulation of the reserves estimation standards according to the geological characteristics in Xinjiang.

Xinjiang; CBM reserves; specification; well spacing; co-layer drainage; free gas

2014年新疆地勘基金(N14-4-XJ01)。

周梓欣，女，工程碩士學(xué)位，工程師，從事煤田地質(zhì)及煤層氣地質(zhì)的研究和勘查、開發(fā)工作。