龍亭礦區(qū)煤層氣成藏條件與資源量估算及評價

賀小龍 王輝 崔勝

摘 要：龍亭礦區(qū)煤炭資源儲量豐富，蘊藏著豐富的煤層氣資源。但由于鉆探工藝、取樣方法等方面的誤差，瓦斯逃逸量大，導致瓦斯解析測試結(jié)果數(shù)值偏低，達不到《煤層氣資源/儲量規(guī)范》（DZ/T 0216-2010）中計算貧煤空氣干燥基含氣量資源量的下限標準（8m3/t.ad）。本文作者分析評價了研究區(qū)煤層氣成藏條件，表明研究區(qū)為煤層氣成藏有利區(qū)。通過收集區(qū)內(nèi)新施工的鉆孔數(shù)據(jù)，利用煤層氣測井技術(shù)估算的煤層含氣量對原始測試值進行了校正，使其接近煤層氣含量的實際值，在此基礎上估算了研究區(qū)煤層氣資源量，估算結(jié)果表明研究區(qū)屬中等埋藏深度的中型規(guī)模煤層氣氣田，煤層氣田的地質(zhì)儲量豐度大小為中等。

關(guān)鍵詞：煤層氣；龍亭礦區(qū)；煤層氣測井；資源量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.061

0 引言

龍亭礦區(qū)位于渭北石炭二疊紀煤田韓城礦區(qū)南部，區(qū)內(nèi)煤炭資源儲量豐富，蘊藏著豐富的煤層氣資源。研究區(qū)在缺乏煤層氣井生產(chǎn)資料的情況下，由于鉆探工藝、取樣方法等方面的誤差，在打煤、提鉆、裝罐過程中，瓦斯逃逸量大，導致瓦斯解析測試結(jié)果數(shù)值偏低，達不到《煤層氣資源/儲量規(guī)范》（DZ/T 0216-2010）貧煤空氣干燥基資源量計算的下限標準（8m3/t.ad）。因此前人對區(qū)內(nèi)的煤層氣只做了概略評價，未進行煤層氣資源量的估算。本文作者通過收集區(qū)內(nèi)新施工的鉆孔數(shù)據(jù)，利用煤層氣測井估算的含氣量對區(qū)內(nèi)的煤層氣含量進行校正，使其接近煤層氣含量的實際值，估算了研究區(qū)煤層氣資源量，其對后續(xù)的礦區(qū)勘探以及礦井建設生產(chǎn)具有重要的參考意義。

1 煤層氣成藏條件

煤層氣成藏條件包括生氣條件、儲藏條件和保存條件，可細分為煤層所處的構(gòu)造地質(zhì)、煤巖煤質(zhì)、煤變質(zhì)程度、煤層的埋深、煤層頂?shù)装鍘r性等各個方面[1-2]。

研究區(qū)4、5、11號主采煤層均位于太原組。4號煤層平均厚度1.88m，以中厚煤層為主，全區(qū)大部分可采；5號煤層平均厚度3.95m，以中厚-厚煤為主，全區(qū)可采；11號煤層平均厚度1.85m，以中厚煤層為主，全區(qū)大部分可采。各主采煤層煤巖組分以鏡質(zhì)組為主，其次為惰質(zhì)組以及少量的殼質(zhì)組。主采煤層鏡質(zhì)組體積分數(shù)平均72%左右，屬于中高鏡質(zhì)組煤。各主采煤層鏡質(zhì)體平均最大反射率為2.09～2.25%，平均值為2.18%，煤化階段為中煤級煤第Ⅶ階段，屬于熱演化程度較高的貧煤。主采煤層埋藏深度基本在700m左右。研究區(qū)南北向上構(gòu)造分異明顯，南部構(gòu)造相對復雜、斷層密集發(fā)育，斷層走向延伸與地層斷距規(guī)模也較大，且以正斷層為主，儲層破壞嚴重，地下水徑流條件好，不利于煤層氣富集成藏；北部構(gòu)造相對簡單，斷層發(fā)育較少，走向延伸與地層斷距規(guī)模也較小，相對而言，有利于煤層氣富集成藏[3-5]。主采煤層圍巖一般為泥巖、砂質(zhì)泥巖等致密巖層，其結(jié)構(gòu)致密、透氣、透水性差，對煤層氣起到一定的封閉作用，儲存有利。

綜上所述，研究區(qū)各主采煤層煤熱演化程度高，以中厚煤層為主，煤層埋藏深度較大，頂?shù)装鍘r性以致密泥巖為主，煤層氣地質(zhì)賦存條件良好，地質(zhì)和儲層特征參數(shù)均有利于煤層氣的成藏與富集，為煤層氣勘探開發(fā)的有利區(qū)塊。

2 煤層氣含量評價

2.1 煤層氣樣品測試結(jié)果分析評價

4號煤層空氣干燥基甲烷含量1.84～6.41ml/g.ad，平均3.43ml/g.ad；5號煤層空氣干燥基甲烷含量1.91～4.87ml/g.ad，平均3.22ml/g.ad；11號煤層空氣干燥基甲烷含量1.74～3.69ml/g.ad，平均3.29ml/g.ad[6]。依據(jù)《煤層氣資源/儲量規(guī)范》（DZ/T0216-2010），各層煤煤層氣含量均未達到貧煤空氣干燥基含氣量資源量計算的下限標準（8m3/t.ad）。普查工作以探煤任務為主，未布設專門的煤層氣孔，僅在各見煤鉆孔內(nèi)分煤層采取了瓦斯樣，因鉆探工藝、取樣方法等方面的誤差，瓦斯逃逸量大，對瓦斯解析測試結(jié)果影響很大，測試的煤層氣含量明顯偏小。

2.2 煤層氣測井

在常規(guī)測井的基礎上，利用中子和雙側(cè)向測井（煤層氣測井）技術(shù)，對主采煤層進行固定碳、灰份、水份和揮發(fā)份的重量百分含量分析計算，根據(jù)現(xiàn)場采集的瓦斯樣本和各種測井曲線參數(shù)之間建立的經(jīng)驗公式以及對自然伽瑪、聲波時差、中子長短源距、深淺側(cè)向電阻率等曲線的綜合研究，估算噸煤含氣量。從以往分析結(jié)果來看，用煤層氣測井得到的含氣量與實際基本吻合。

為了客觀、準確評價研究區(qū)內(nèi)煤層氣資源量，本次收集區(qū)內(nèi)5個煤層氣鉆孔的測井資料（表1），結(jié)合區(qū)內(nèi)以往前人對煤層氣含量研究成果來看，其估算結(jié)果符合煤層氣含氣量的實際值。

3 煤層氣資源量估算及評價

3.1 估算依據(jù)

式中：Gi—煤層氣地質(zhì)儲量，108m3；A—煤層含氣面積，km2；h—煤層凈厚度，m；D—煤的空氣干燥基視密度（煤的容重），t/m3；Cad—煤的空氣干燥基含氣量，m3/t；Cdaf—煤的干燥無灰基含氣量，m3/t；Mad—煤的空氣干燥基水分含量，%；Ad—煤的空氣干燥基灰分產(chǎn)率，%。

3.2 估算各項參數(shù)的確定

3.2.1 各可采煤層的含氣面積（A）

在4、5、11號煤層可采范圍內(nèi)按空氣干燥基含氣量≥8.0m3/t圈定的面積作為含氣面積（A）（圖2）。

3.2.2 煤層凈厚度（h）

利用主采煤層含氣面積內(nèi)各見煤點的凈厚度，求取算術(shù)平均值作為該煤層凈厚度。

3.2.3 煤的空氣干燥基質(zhì)量密度（D）

采用各可采煤層視密度的算術(shù)平均值，作為煤層氣資源量估算的各可采煤層煤的空氣干燥基質(zhì)量密度。

3.2.4 煤的空氣干燥基含氣量（Cad）

依據(jù)本次勘查瓦斯樣品采集及測試值，通過公式（2）換算，各層煤空氣干燥基甲烷含量均值均未達到貧煤空氣干燥基資源量計算的下限標準（8m3/t.ad）。

利用收集鉆孔的煤層氣測井估算的煤層氣含量與煤層瓦斯測試的煤層氣含量進行線性回歸分析（表2），可以得到兩者的關(guān)系模型，由圖1可以看出測井估算甲烷含量與煤樣測試甲烷含量呈正相關(guān)關(guān)系，并求取相關(guān)系數(shù)對區(qū)內(nèi)主采煤層空氣干燥基甲烷含量進行換算，使其更加接近區(qū)內(nèi)煤層氣實際值，并根據(jù)換算的甲烷含量繪制研究區(qū)主采煤層的空氣干燥基含氣量等值線圖（圖2）。

根據(jù)換算的各煤層空氣干燥基含氣量對研究區(qū)內(nèi)煤層氣資源量進行估算。4號煤層煤層氣資源量為19.23億m3，5號煤層煤層氣資源量為41.04億m3，11號煤層煤層氣資源量為9.80億m3，總含氣量為70.08億m3（表3）。煤層平均含氣面積為75.2Km2， 煤層氣地質(zhì)儲量豐度為0.93億m3/ km2。綜合評價研究區(qū)屬中等埋藏深度的中型規(guī)模煤層氣氣田，煤層氣田的地質(zhì)儲量豐度大小為中等。

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)主采煤層煤巖顯微組分以鏡質(zhì)組為主，煤層厚度以中厚-厚煤為主，煤類均為貧煤，煤變質(zhì)程度高，煤層氣地質(zhì)賦存條件良好，有利于煤層氣的成藏與富集。

（2）利用中子和雙側(cè)向測井（煤層氣測井）估算的煤層含氣量與實際基本吻合，與區(qū)內(nèi)瓦斯測試數(shù)據(jù)呈正相關(guān)關(guān)系，用求取的相關(guān)系數(shù)對區(qū)內(nèi)試驗數(shù)據(jù)進行校正，使其接近實際值，利用校正的結(jié)果繪制了各主采煤層空氣干燥基甲烷含量等值線圖，對含氣量大于8 m3/t的區(qū)塊估算了煤層氣資源量，求取的煤層氣資源量數(shù)據(jù)可靠，為礦區(qū)內(nèi)下一步煤層氣工作提供了可靠的參考依據(jù)。

參考文獻：

[1]伊偉，涂志民等.韓城礦區(qū)煤層含氣性分布規(guī)律及地質(zhì)控制因素研究[J].煤炭科學技術(shù)，2017，45（07）：156-160，206.

[2]王琳琳，姜波，屈爭輝.鄂爾多斯盆地東緣煤層含氣量的構(gòu)造控制作用[J].煤田地質(zhì)與勘探，2013，41（01）：14-24.

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[4]任亞平.韓城礦區(qū)瓦斯賦存規(guī)律及致災危險性分區(qū)[D].西安：西安科技大學，2017：22-28.

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[6]王輝，賀小龍，崔勝等.陜西省渭北石炭二疊紀煤田龍亭勘查區(qū)煤炭普查地質(zhì)報告[R].西安：中國煤炭地質(zhì)總局航測遙感局，2013.

基金項目：國家科技重大專項課題（2008ZX05025-006）；國家重點基礎研究發(fā)展計劃“973”項目（2015CB453000）；國家自然科學基金（U1261111）

作者簡介：賀小龍（1984-），男，陜西寶雞人，碩士，工程師，主要從事煤田地質(zhì)與礦井地質(zhì)研究。