體積法在煤層氣資源儲(chǔ)量評(píng)估中的應(yīng)用

劉宇

摘要：煤層氣具有特殊的地質(zhì)特征，資源儲(chǔ)量評(píng)估方法與常規(guī)油氣資源儲(chǔ)量評(píng)估方法不同。體積法是煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算的基本方法，適用于各個(gè)級(jí)別的煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量的計(jì)算，其精度取決于對(duì)氣藏地質(zhì)條件和儲(chǔ)層的認(rèn)識(shí)，也取決于儲(chǔ)量計(jì)算參數(shù)的精度。對(duì)煤層含氣面積、有效厚度、煤質(zhì)量密度和含氣量等各項(xiàng)儲(chǔ)量計(jì)算參數(shù)的確定方法進(jìn)行了分析研究。并以沁端區(qū)塊為例，結(jié)合其實(shí)際地質(zhì)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)，確定其含氣面積等各項(xiàng)儲(chǔ)量計(jì)算參數(shù)，利用體積法估算出區(qū)塊煤層氣資源儲(chǔ)量。

關(guān)鍵詞：煤層氣；儲(chǔ)量；體積法

煤層氣具有特殊的地質(zhì)特征，資源儲(chǔ)量評(píng)估方法與常規(guī)油氣資源儲(chǔ)量評(píng)估方法不同。目前煤層氣儲(chǔ)量評(píng)估方法主要有類比法、物質(zhì)平衡法、體積法、數(shù)值模擬法及產(chǎn)量遞減法等。但是每種方法都有自身的適用條件和局限性，我們需要根據(jù)實(shí)際需要選擇最佳的儲(chǔ)量計(jì)算方法。

1 儲(chǔ)量起算條件和計(jì)算單元

1.1 儲(chǔ)量起算條件

通常將單井產(chǎn)量下限作為煤層氣儲(chǔ)量的起算標(biāo)準(zhǔn)，即探明儲(chǔ)量只能在煤層氣井單井產(chǎn)量達(dá)到所規(guī)定的產(chǎn)量下限的地區(qū)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)國(guó)內(nèi)平均條件，所確定的單井平均產(chǎn)量下限值見表 1。

1. 2 儲(chǔ)量計(jì)算單元

儲(chǔ)量計(jì)算單元一般是煤層氣藏，指的是受多種地質(zhì)因素影響的含有煤層氣的煤儲(chǔ)集體，計(jì)算單元的邊界一般按著煤層氣藏邊界計(jì)算。通常，我們將平面上的計(jì)算單元稱為區(qū)塊，將面積很大區(qū)塊劃分為井區(qū)。在同一區(qū)塊，儲(chǔ)氣條件、構(gòu)造條件等應(yīng)基本相同或者相差不大?？v向上的計(jì)算單元一般指的是單一煤層，多個(gè)煤層集中在一起可以合并計(jì)算單元[1]。

1. 3 儲(chǔ)量計(jì)算邊界

儲(chǔ)量計(jì)算單元的邊界，最好由查明的煤層氣藏的各類地質(zhì)邊界， 如斷層、地層變化（變薄、尖滅、剝蝕、變質(zhì)等）、含氣量下限、煤層凈厚下限（0.5m～0.8m）等邊界確定（對(duì)煤層組的情況可根據(jù)實(shí)際條件做適當(dāng)調(diào)整）；若未查明地質(zhì)邊界，主要由達(dá)到產(chǎn)量下限值的煤層氣井圈定，由于各種原因也可以由礦權(quán)區(qū)邊界、自然地量邊界人為儲(chǔ)量計(jì)算線等圈定。煤層含氣量下限值如表 2，表 2 也可根據(jù)具體條件進(jìn)行調(diào)整，如煤層厚度不同時(shí)應(yīng)適當(dāng)調(diào)整。

2.2 體積法計(jì)算儲(chǔ)量參數(shù)確定

2. 2.1 儲(chǔ)量計(jì)算參數(shù)取值

a） 儲(chǔ)量計(jì)算中的參數(shù)可由多種資料和多種方法獲得，在選用時(shí)應(yīng)詳細(xì)比較它們的精度和代表性進(jìn)行綜合選值，并在儲(chǔ)量報(bào)告中論述確定參數(shù)的依據(jù)；

b） 計(jì)算地質(zhì)單元的參數(shù)平均值時(shí)，煤層厚度原則上應(yīng)根據(jù)實(shí)際構(gòu)造發(fā)育規(guī)律，采用等值線面積平衡法或井點(diǎn)控制面積權(quán)衡法，但在煤田勘查的詳查區(qū)和精查區(qū)可直接采用算術(shù)平均法計(jì)算，其他參數(shù)一般應(yīng)采用煤層氣參數(shù)試驗(yàn)井井點(diǎn)控制面積權(quán)衡法計(jì)算；

c） 各項(xiàng)參數(shù)名稱、符號(hào)、單位及有效位數(shù)按 DZ/T 0216—2002 煤層氣資源/儲(chǔ)量規(guī)范規(guī)定，計(jì)算中采用四舍五入進(jìn)位法；

d） 煤層氣儲(chǔ)量應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（溫度 20℃，壓力 0.101MPa）下的干燥體積單位表示[2]。

2.2.2 煤層含氣面積（簡(jiǎn)稱含氣面積）

含氣面積是指單井煤層氣產(chǎn)量達(dá)到產(chǎn)量下限值的煤層分布面積。應(yīng)充分利用地質(zhì)、鉆井、測(cè)井、地震和煤樣測(cè)試等資料綜合分析煤層分布的地質(zhì)規(guī)律和幾何形態(tài)，在鉆井控制和地震解釋綜合編制的煤層頂、底板構(gòu)造圖上圈定[3]。煤層氣含氣邊界確定原則：

1） 綜合利用鉆井資料和地震解釋資料確定的煤層氣藏的邊界范圍，即剝蝕、斷層、尖滅等地質(zhì)邊界；煤層氣產(chǎn)量達(dá)不到產(chǎn)量下限的煤層凈厚度下限邊界；含氣量下限邊界；還需要注意瓦斯風(fēng)化帶邊界。

2） 當(dāng)沒(méi)有明確煤層氣藏邊界或氣井與邊界的距離過(guò)大時(shí)，主要方法是以煤層氣井為中心外推一定的距離來(lái)確定。探明含氣面積邊界的外推距離一般小于或等于規(guī)定井距的 0.5～1.0 倍。

可分以下幾種情況：

a）僅有 1 口井達(dá)到產(chǎn)氣下限值時(shí)，以此井為中心外推 1/2 井距； b）在有多口相鄰井達(dá)到產(chǎn)氣下限值時(shí)，若其中有兩口相鄰井井

間距離超過(guò) 3 個(gè)井距，可分別以這兩口井為中心外推 1/2 井距； c）在有多口相鄰井達(dá)到產(chǎn)氣下限值時(shí)，若其中有兩口相鄰井井

間距離超過(guò)兩個(gè)井距，但小于 3 個(gè)井距時(shí)，井間所有面積都計(jì)為探明

面積，同時(shí)可以這兩口井為中心外推 1 個(gè)井距作為探明面積邊界； d）在有多口相鄰井達(dá)到產(chǎn)氣下限值，且井間距離都不超過(guò)兩個(gè)

井距時(shí)，探明面積邊界可以邊緣井為中心外推 1 個(gè)井距。3）但是基于各種其他因素也可以利用礦權(quán)區(qū)邊界、人為儲(chǔ)量計(jì)

算線或自然地理邊界等因素來(lái)圈定含氣面積邊界[3]。

2.2.3 煤層有效（凈）厚度

煤層有效厚度是指扣除夾矸層的煤層厚度，又稱為凈厚度。探明有效厚度應(yīng)按如下原則確定：

1） 應(yīng)是經(jīng)過(guò)煤層氣井試采證實(shí)已達(dá)到儲(chǔ)量起算標(biāo)準(zhǔn)，未進(jìn)行試采的煤層應(yīng)與鄰井達(dá)到起算標(biāo)準(zhǔn)的煤層是連續(xù)和相似的[2]；

2） 井控程度應(yīng)達(dá)到井距要求，一般采用面積權(quán)衡法取值；

3） 有效厚度應(yīng)主要根據(jù)鉆井取心或測(cè)井劃定，井斜過(guò)大時(shí)應(yīng)進(jìn)行井位和厚度校正；

4） 單井有效厚度下限值為0.5m～0.8m（視含氣量大小可作調(diào)整），夾矸層起扣厚度為0.05m～0.10m。

2.2.4 煤質(zhì)量密度

煤質(zhì)量密度分為純煤質(zhì)量密度和視煤質(zhì)量密度，在儲(chǔ)量計(jì)算中分別對(duì)應(yīng)不同的含氣量基準(zhǔn)。質(zhì)量密度的測(cè)定中，水分的測(cè)定可以采用通氮干燥法、甲苯蒸餾法和空氣干燥法等，其中通氮干燥法和甲蒸餾法適用于所有煤種?；曳值臏y(cè)定可以采用緩慢灰化或者快速灰化法。

2.2.5 煤含氣量

a） 計(jì)算探明地質(zhì)儲(chǔ)量時(shí)，應(yīng)采用現(xiàn)場(chǎng)煤心直接解吸法的實(shí)測(cè)含

氣量，煤田勘查煤心分析法測(cè)定的含氣量也可參考應(yīng)用，但宜進(jìn)行必要的校正。采樣間隔：煤層厚度10m以內(nèi)，每0.5m～1.0m采1個(gè)樣；煤層厚度 10m以上，均勻分布 10 個(gè)樣以上（可每 2m或更大間隔 1 個(gè)樣）。井（孔）控程度達(dá)到規(guī)定井距的 1.5～2.0 倍，一般采用面積權(quán)衡法取值，用校正井圈出的大于鄰近煤層氣井的等值線，所高于的含氣量值不參與權(quán)衡。

b） 計(jì)算未探明地質(zhì)儲(chǔ)量時(shí)，可采用現(xiàn)場(chǎng)煤心直接解吸法和煤田勘查煤心分析法（MT/T77—94 煤層氣測(cè)定方法）測(cè)定的含氣量。與鄰近的、地質(zhì)條件和煤層煤質(zhì)相似的地區(qū)類比求得的含氣量，可用于預(yù)測(cè)地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算。必要時(shí)也可根據(jù)煤質(zhì)和埋深估算含氣量，估算的含氣量可用于預(yù)測(cè)地質(zhì)儲(chǔ)量的計(jì)算。

c） 礦井相對(duì)瓦斯涌出量在綜合分析煤層、頂?shù)装搴袜徑鼘右约安煽諈^(qū)的有關(guān)地質(zhì)環(huán)境和構(gòu)造條件后可作為計(jì)算推測(cè)資源量時(shí)含氣 量的參考值。用于瓦斯突出防治的等溫吸附曲線雖然也能提供煤層氣容量值，但在參考引用時(shí)必須進(jìn)行水分和溫度等方面的校正，校正后可用于推測(cè)資源量計(jì)算[3]。

3 體積法應(yīng)用實(shí)例

沁端區(qū)塊位于沁水盆地南部，隸屬于山西省沁水縣，礦區(qū)屬于中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，屬山區(qū)丘陵地貌，以低山丘陵為主。

3.1 地質(zhì)背景

本區(qū)構(gòu)造形態(tài)總體為一走向北北東、傾向北西西的單斜構(gòu)造。在此基礎(chǔ)上發(fā)育了一系列近南北-北北東向?qū)捑忨耷?，形成區(qū)內(nèi)地層的波狀起伏，巖層傾角一般不超過(guò) 15°，個(gè)別地段受構(gòu)造影響巖層傾角變化大。區(qū)塊內(nèi)發(fā)育正斷層，地表有多處出露，走向總體呈 NE 向延伸，貫穿全區(qū)，延伸長(zhǎng)度 12.5km。該斷層地表露頭斷層面清楚，斷層寬約 3m，產(chǎn)狀為 300°∠45゜，斷距約 100m。區(qū)內(nèi)節(jié)理總體較發(fā)育， 發(fā)育方向大致可分為 3 個(gè)方向，分別是走向 50°～60°、290°和320°，尤以走向 50°～60°的節(jié)理最為發(fā)育。

3.2 煤系發(fā)育特征

區(qū)塊內(nèi)主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）和二疊系下統(tǒng)山西組（P1s），煤系平均總厚163.02m。含煤17層，煤層總14.67m，含煤系數(shù) 9.1%，其中主要可采煤層 2 層，分別為 3#煤層和 15#煤層， 總厚 10.70m。

3.3 煤層發(fā)育特征

區(qū)塊內(nèi)穩(wěn)定發(fā)育的主要煤層為二疊系下統(tǒng)山西組的 3#煤層和石炭系上統(tǒng)太原組的 15#煤層。

3#煤層位于山西組下部，上距 K9 砂巖 30m，下距 K7 砂巖 8m。厚 6.05～6.6m，平均 6.24m。底板標(biāo)高 17.10～321.20m。含夾矸 0～5 層，一般1～3層，夾矸厚度不大，總厚度不超過(guò)0.50m，單層厚度小于 0.30m，夾矸巖性多為泥巖或粉砂質(zhì)泥巖，結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)單-較簡(jiǎn)單型， 屬穩(wěn)定煤層。為低-中灰、特低硫無(wú)煙煤。3#煤層厚度如圖 1 所示。

15#煤層位于太原組一段頂部，直接伏于 K2 灰?guī)r之下，上距 3# 煤層85m～96m，下距K1砂巖9m。煤層厚3.8～4.5m，平均4.14m。底板標(biāo)高-81.30～231.08m。夾矸單層厚小于 0.60m，結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)單-復(fù)雜型，屬穩(wěn)定煤層。為中灰、特低硫無(wú)煙煤。15#煤層厚度如圖 2 所示。

2 中煤層含氣量下限標(biāo)準(zhǔn)。但是西南部 W2井單井平均日產(chǎn)量小于1000 ，未達(dá)到表1中儲(chǔ)量起算單井產(chǎn)量下限標(biāo)準(zhǔn)，所以需要W2井外推 1/2 井距不得作為含氣面積。斷層部分不計(jì)入含氣面積。W2井產(chǎn)量如圖 4 所示，圈定的含氣面積如圖 6 所示。

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