淮南煤田潘集深部13-1煤儲層含氣量特征分析

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摘? 要：運用煤層氣含量直接法，并結(jié)合地質(zhì)背景，對淮南煤田潘集深部13-1煤儲層含氣量及其與埋深的關(guān)系進行了分析。結(jié)果表明：潘集深部13-1煤層氣含量介于9.58m3/t～23.59m3/t之間，平均含量為15.93m3/t?？傮w看，較大的含氣量數(shù)值差異主要由損失氣體量造成。高含氣量樣品集中分布在古溝鄉(xiāng)附近，平面上具有南高北低的特征;縱向上，當(dāng)埋藏深度在500m以下時，含氣量與埋藏深度具有明顯的正線性相關(guān)關(guān)系;當(dāng)埋藏深度超過900m時，含氣量增加速率變慢，含氣量數(shù)值趨于定值。對比發(fā)現(xiàn)，煤層有效埋藏深度與煤層氣含量關(guān)系較埋藏深度更明顯。

關(guān)鍵詞：淮南煤田;潘集深部;13-1煤;含氣量

中圖分類號：P618 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）07-0033-03

Abstract： Using the direct method of coalbed methane content and the geological background， the gas content of No.13-1 coal reservoir in the Panji Deep Area of Huainan Coalfield and the relationship with burial depth were analyzed. The results show that No.13-1 coalbed methane content in the Panji Deep Area ranges from 9.58 to 23.59m3/t with an average content of 15.93m3/t. Generally， the large difference in gas content is mainly caused by the lost gas content. High gas content samples are concentrated near Gugou Town， and shows the characteristic of higher values in the south part and lower in the north part. Vertically， when the burial depth is less than 500m， the gas content has a significant positive linear relationship with the burial depth. When the burial depth is greater than 900m， the increase rate of gas content becomes slower， and the value of gas content tends to be a certain value. By contrast， the correlation between the effective burial depth of coal seams and the gas content is more obvious than the burial depth.

Keywords： Huainan Coalfield; Panji Deep Area; No.13-1 coal; gas content

引言

淮南煤田潘集深部是華北南部新發(fā)現(xiàn)的深部含煤地塊，具有較為豐富的煤層氣資源。目前，對潘集深部煤儲層中煤層氣資源的系統(tǒng)研究仍舊不足，嚴重阻礙了淮南煤田煤層氣的進一步開發(fā)利用。由于煤的變質(zhì)程度、煤層埋深、地溫、壓力、成煤環(huán)境等條件，以及煤層氣在煤孔裂隙系統(tǒng)中的吸附或游離狀態(tài)比例的不同，進而煤層含氣量也有所不同[1-3]。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，本文采用繩索取芯法進行采樣，采用煤層氣解吸直接法計算潘集礦區(qū)深部13-1煤層的含氣量，并與淺部煤層含氣量對比，以分析含氣量與埋藏深度以及有效埋深之間的關(guān)系，為淮南礦區(qū)深部煤層氣資源評估與勘探開發(fā)提供重要的理論依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

潘集礦區(qū)位于淮南復(fù)向斜東段陳橋-潘集背斜轉(zhuǎn)折端，北以明龍山斷層為界，南與謝橋-古溝向斜相鄰[4]。區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，有29條斷層，整體上呈現(xiàn)“北-中-西”斷層集中構(gòu)造帶以北部的明龍山斷層和中心區(qū)的F66斷層作用最為強烈。陳橋-潘集背斜為NWW軸向，沿走向在研究區(qū)東南部與斷層相交，兩翼地層傾角變化平緩但走向變化大，南翼地層走向近EW-NWW向，北翼近SN向。

2 含氣量計算方法

為獲得數(shù)據(jù)，采樣后立即將煤芯入罐封存，現(xiàn)場在規(guī)定的時間內(nèi)測量氣體解吸，直至7天內(nèi)平均解吸量為10cm3/天為止，即得解吸氣體量;測量后，將所有煤樣在粉碎機中粉碎2～4小時。然后，將它們放置在恒溫器中，并將溫度設(shè)置為煤層的溫度，結(jié)束后，估算每個煤樣的殘余氣體含量;使用圖形方法計算損失氣體量：以煤樣品在鉆孔中的解吸時間與暴露時間之和的平方根作為水平坐標，并以給定時間間隔的解吸量作為縱坐標，然后，將與坐標軸對應(yīng)的測量點繪制在坐標紙上。因此，使用最小二乘法獲得了每個煤樣的損失氣體量。實驗依循國家標準GB/T 23249-2009進行。

3 結(jié)果與討論

3.1 13-1煤層含氣量

根據(jù)實測數(shù)據(jù)整理得到了潘集13-1煤層含氣量圖（圖1）。由圖1分析可知13-1煤層解吸氣體量在0.46～2.48m3/t之間，平均值為1.17m3/t;損失氣體量在5.39～15.9m3/t之間，平均值為11.17m3/t;殘余氣體量介于2.43～5.93m3/t之間，平均值為3.59m3/t。煤層氣總含量介于13.17～23.59m3/t，平均含量為15.93m3/t。總體上，13-1煤儲層含氣量面積分布較廣，樣品之間差異較大。值得注意的是，損失氣體量占總含氣量的比重較大，次為殘余氣體量，解吸氣體量最低。此外，除PX-6樣品外，大多數(shù)樣品的解吸氣體量均低于2m3/t，而PX-6樣品的損失氣體量和殘余氣體量較高。損失氣體量明顯高于解吸氣體量和殘余氣體量，可以看出每個樣品的氣體含量差異主要由損失氣體量反映出來。從含氣量分布看，潘集礦區(qū)煤層氣在平面上呈南高北低分布，高含氣量樣品集中分布在古溝鄉(xiāng)附近，達到23.59m3/t。

3.2 含氣量縱向分布特征

煤層埋深是煤層壓力的來源之一，在預(yù)測煤層氣含氣量時是一個不可忽視的因素[5]。上覆松散層厚度與有效埋深不同，含氣量也會受其影響而變化，淺部與深部也有所區(qū)別[6]。

圖2a顯示，使用煤層氣直接法計算出的煤層氣含量與煤樣品的埋藏深度存在正相關(guān)關(guān)系，除了殘余氣體量與損失氣體量和解吸氣體量相對不同，通常在2～6m3/t之間波動，與埋藏深度呈現(xiàn)負相關(guān)性。值得注意的是，損失氣體量迅速增加并呈線性上升趨勢，這表明煤層氣的含量取決于鉆孔中煤在外界的暴露時間。解吸氣體量與埋藏深度顯示出弱正相關(guān)關(guān)系，并且其值比損失氣體量低。由圖2b對比煤層氣含量與埋藏深度的關(guān)系，可知上覆巖層的有效埋藏深度與煤層氣含量具有明顯的正相關(guān)性。

圖3a顯示了13-1煤層樣品的氣體含量和淺層區(qū)域埋藏深度（深度<500m）呈正線性相關(guān)關(guān)系。此外，深度在1100～1500m的氣體含量基本保持在15～20m3/t，除樣品PX-1和PX-6外，這兩個樣品不僅具有較高的殘余氣體量，而且具有較高的損失氣體量。如圖3b所示，煤層的有效埋藏深度與氣體含量和埋藏深度相比具有更好的對數(shù)關(guān)系。總體而言，潘集深部地區(qū)的實測數(shù)據(jù)與從淺部區(qū)域的延伸擬合曲線相吻合，表明深部區(qū)域的氣體含量隨著埋藏深度的增加而增長。但當(dāng)埋藏深度達到900m時，含氣量增加的趨勢便趨于平緩。

4 結(jié)論

（1）淮南煤田潘集深部13-1煤解吸氣體量在0.46～2.48m3/t之間;殘余氣體量介于2.43～5.93m3/t之間;損失氣體量在5.39～15.9m3/t之間，含氣量差異主要由損失量反映出來。煤層氣總含量介于13.17～23.59m3/t，平均含量為15.93m3/t。

（2）縱向上13-1煤層深部區(qū)域的氣體含量隨著埋藏深度的增加而增高;當(dāng)埋藏深度達到900m時，含氣量增加的速率變慢，含氣量數(shù)值趨于平緩。淺部500m以淺煤層含氣量與埋藏深度呈正線性相關(guān)關(guān)系。

參考文獻：

[1]劉貝，黃文輝，敖衛(wèi)華，等.淮南煤田煤質(zhì)隨埋深演化特征及煤變質(zhì)作用研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42（S1）：270-273.

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[6]魏強.淮南潘集深部煤儲層吸附解吸特征分析[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2016.