貴州某煤礦煤層氣開發(fā)儲量評價及產(chǎn)能預(yù)測研究

摘要：研究區(qū)位于黃泥塘向斜西北翼中段，總體呈一寬緩的單斜構(gòu)造。通過室內(nèi)試驗手段獲取研究區(qū)域內(nèi)煤巖煤質(zhì)分析、巖石力學(xué)性質(zhì)、含氣量、等溫吸附等地質(zhì)參數(shù)，獲取了滲透率、壓力、溫度等煤儲層參數(shù)，采用體積法計算地質(zhì)儲量，采用等溫吸附法結(jié)合枯竭壓力預(yù)測產(chǎn)能，為勘查區(qū)儲量評價、后續(xù)勘探開發(fā)提供了依據(jù)；通過優(yōu)選潛力煤層進(jìn)行試采，落實主力產(chǎn)層，為計算探明儲量提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：煤層氣 煤層特征 滲透率 儲量評價

中圖分類號：TE319

StudyResearch on CBMthe Reserve Evaluation and Productivity Prediction of Coalbed MethaneDevelopmentina Coal Mine in Guizhou

ZHANG Jianlong1 LI Zheyuan2*

1.Guizhou Energy Group Co.， Ltd.， Guiyang， Guizhou Province， 550081 China; 2.Guizhou CBM Energy Development Co. ， Ltd.， Liupanshui， Guizhou Province， 553000 China

Abstract： The study area is located in the middle part of the northwest wing ofthe Huangnitang Ssyncline， whichand is generally a broad and gentle monocline structure. The gGeological parameters， such as the coal quality analysis of coal rock， rockthe mechanical properties ofrock， gas content and， isothermal adsorption and so on， were obtained by laboratory test， and the coal reservoir parameters， such as permeability， pressure and temperature， we are obtainedby the means of laboratory tests in the study area， thevolume method is used to calculate geological reserves， and the isothermal adsorption method combined with depletion pressure is used to predict productivityin combination with depletion pressure， which provides a basis for thereserves evaluation and subsequent exploration and development of exploration areas，.The potential coal seam is selected for trial mining， and the main production seamlayer is implemented， which to provides basis for calculating proved rese1eMrFU78OqBs83K51biy1bwBA/w4Ffju1msfH2hT3xA=rves.

Key Words： Coalbed methane; Coalbed characteristics; Permeability; Reserves evaluation

1研究區(qū)概況

研究區(qū)域地處貴州省畢節(jié)市大方縣六龍鎮(zhèn)、羊場鎮(zhèn)，交通較為方便。向斜含煤面積417km2，曾做過大量煤礦勘查工作，煤田鉆孔150個。

1.1地質(zhì)構(gòu)造特征

煤礦位于楊子板塊川滇黔盆地黔北斷拱內(nèi)。褶皺以北北東向為主，北部有北東和近南北向褶皺。斷裂則以北東向為主，與褶皺走向大致平行，僅南部有東西向斷裂發(fā)育。

研究區(qū)位于黃泥塘向斜西北翼中段，總體呈一寬緩的單斜構(gòu)造，地層走向以為南西—北東向，傾向南東為主。地層傾角5°～56°，一般10°～18°。區(qū)內(nèi)褶曲不發(fā)育，斷層呈大多呈北東—南西向展布（如圖1所示）。

上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M為區(qū)內(nèi)主要含煤地層，厚度150～190m，一般174m左右，發(fā)育煤層27～54層，其中可采煤層14層。

火山噴發(fā)的玄武巖流由西南向北東流經(jīng)本區(qū)，其厚度南西厚北東薄，被稱為峨眉山玄武巖。其對煤系地層未造成影響，對煤層氣開采亦無影響。

1.2煤層特征

主力煤層6#（6上+6中+6下）煤層自西向東呈片狀條帶狀分布，向東煤層厚度有逐步減薄趨勢。煤層有效厚度介于0.6～14.0 m，平均4.2m。煤層厚值區(qū)主要集中在西部煤田鉆孔xt301井區(qū)、xt905—xt503井區(qū)以西、煤層氣鉆井的大2-大204、大203-大201井區(qū)，厚度一般4～6m；10#煤層分布相對較廣，從向斜西北部延伸至東南部，呈條帶狀，煤厚基本在1m以上，在大2井，局部厚區(qū)發(fā)育，煤厚在2m以上，局部煤厚變化較大。

6中和10#煤層埋藏深度變化趨勢總體一致，埋深介于300～1000m，煤層整體自北西向南東，埋深加深。

主力煤層鏡質(zhì)組最大反射率（Ro，max）介于1.98%～3.57%。其中6上煤層煤巖鏡質(zhì)組最大反射率為3.08%～3.33%，平均3.22%；6中煤為2.04%～3.57%，平均3.15%；6下煤為3.09%～3.33%，平均3.2%；7#及10#煤為1.98%～3.2%，平均2.75%。

區(qū)內(nèi)主力煤層煤體結(jié)構(gòu)以原生結(jié)構(gòu)為主，碎粒-糜棱結(jié)構(gòu)煤主要分布在6中煤層內(nèi)；煤巖煤質(zhì)較其他塊差，惰質(zhì)組含量較高，鏡質(zhì)組含量平均56.37%，惰質(zhì)組含量平均43.63%；工業(yè)性質(zhì)屬低-中灰分、低水分、低揮發(fā)分煤，灰分平均29.07%，水分平均2.04%，揮發(fā)分平均7.95%。

根據(jù)煤樣密度分析，6上煤層視相對密度平均1.64g/cm3，6中煤層視相對密度平均1.62g/cm3，6下煤層視相對密度平均1.56g/cm3，7#及10#煤層視相對密度平均1.72g/cm3。

根據(jù)探井樣品測試數(shù)據(jù)得到平均真密度和平均視密度，計算得到6#煤平均孔隙度為5.21%，7#+10#煤平均孔隙度為4.92%。據(jù)各井測井解釋的滲透率數(shù)據(jù)表明，煤層滲透率整體偏低且變化較大，為0.0079～0.2601md，平均為0.0631md。

2煤層氣氣藏特征

2.1煤層煤層封蓋條件

主力煤層頂?shù)装鍘r性以泥巖、炭質(zhì)泥巖及粉砂質(zhì)泥巖為主，偶有泥質(zhì)粉砂巖及細(xì)砂巖出現(xiàn)，頂?shù)装搴穸仍?.0～5.1m，平均2.7m；泥巖的含水性弱、滲透性差，探井和開發(fā)試驗井組的排采產(chǎn)水量一般小于10m3/d，充分說明煤系含水弱；同時，由于砂巖孔隙被黏土雜基或方解石充填，其孔滲性很差，具備很好的封蓋條件，有利于煤層氣的保存。

根據(jù)評價井煤層含氣量測試[1-2]，主力煤層空氣干燥基含氣量8.35～21.37m3/t，平均16.38m3/t；蘭氏體積15.08～35.14m3/t，平均24.86m3/t；蘭氏壓力0.93～2.40MPa，平均1.48MPa；計算吸附飽和度53.9%～119.7%，屬較高甚至過飽和的煤層氣藏。

2.2煤層含氣性與吸附特征

2.2.1含氣性

煤層含氣量測試顯示結(jié)果，6上煤層空氣干燥基含氣量主要分布區(qū)間為12.13～17.35m3/t，平均14.14m3/t；6中煤層空氣干燥基含氣量主要分布區(qū)間8.35～21.37m3/t，平均14.97m3/t；6下煤層空氣干燥基含氣量主要分布區(qū)間15.06～21.9m3/t，平均18.8m3/t。以上分析認(rèn)為，該區(qū)煤層含氣量較高。

2.2.2等溫吸附特征

按照傳統(tǒng)的煤層氣理論，當(dāng)溫度一定時，煤巖對甲烷的吸附量服從朗格繆爾（Langmuir）等溫吸附方程：

V=VL×P/（PL+P）（1）

式（1）中：V為單位質(zhì)量固體所吸附的氣體體積，單位為cm3/g；

VL為蘭氏體積，單位為cm3/g；

PL為蘭氏壓力，單位為MPa；

P為氣體壓力，單位為MPa。

根據(jù)煤層氣井煤層煤巖等溫吸附試驗結(jié)果，6上煤層空氣干燥基蘭氏體積18.76～29.86m3/t，平均為24.80m3/t；蘭氏壓力0.97～2.38MPa，平均為1.49MPa。6中煤層空氣干燥基蘭氏體積15.08～33.37m3/t，平均為20.92m3/t；蘭氏壓力0.93～2.34MPa，平均為1.16MPa。6下煤層空氣干燥基蘭氏體積22.57～35.14m3/t，平均為26.39m3/t；蘭氏壓力0.98～2.28MPa，平均為1.33MPa。7#煤層空氣干燥基蘭氏體積26.46～28.18m3/t，平均為27.32m3/t；蘭氏壓力1.46～2.4MPa，平均為1.93MPa。

2.3煤層滲透性特征

由于研究區(qū)本次勘查之前尚未有井進(jìn)行煤層的注入/壓降試井測試，故無法獲得該區(qū)煤層滲透性的相關(guān)數(shù)據(jù)，但據(jù)周邊煤層氣井測井解釋的滲透率數(shù)據(jù)表明，煤層滲透率整體偏低且變化較大，為0.0079～0.2601md，平均為0.0631md。

結(jié)合煤層原始滲透率分類標(biāo)準(zhǔn)（表1），研究區(qū)煤層滲透率屬低-中等滲透率。

3煤層氣儲量評價與產(chǎn)能預(yù)測

3.1煤層氣儲量評價

3.1.1 儲量計算方法

由于該區(qū)煤層氣沒有投入開發(fā)，因此，地質(zhì)儲量的計算方法采用體積法計算。地質(zhì)儲量計算公式：

Gi =0.01AhDCad（2）

式（2）中：Gi為煤層氣地質(zhì)儲量，單位為108m3；A為煤層含氣面積，單位為km2；h為煤層凈厚度，單位為m；D為煤的空氣干燥基視密度（煤的容重），單位為t/m3；Cad為煤的空氣干燥基含氣量，單位為m3/t。

3.1.2儲量估算參數(shù)的確定

（1）含氣面積。本次儲量計算的含氣面積在比例尺1∶1000的煤層頂面構(gòu)造圖上圈定。

①儲量區(qū)邊界確定原則。第一，地質(zhì)邊界。以研究區(qū)域內(nèi)兩條近北東-南西向的兩條逆斷層為界。第二，估算邊界。本次區(qū)塊構(gòu)造類型應(yīng)為簡單構(gòu)造，煤層為相對穩(wěn)定，因此探明面積以獲得工業(yè)氣流的煤層氣井外推1～2km劃估算邊界。

②儲量含氣面積確定。煤層氣藏最終含氣面積的南東邊界以發(fā)育的北東—南西向逆斷層為界，北東及南西邊界以邊緣井位中心外推1.5km劃估算線，北西以6#煤層埋深200m線為計算邊界，南邊以礦權(quán)邊界為計算邊界。最終圈定6#煤（6上、6中及6下）有效含氣面積為28.4km2；7#煤有效含氣面積為26.5km2；10#煤有效含氣面積為25.9km2；14#煤有效含氣面積為30.2km2；26#煤有效含氣面積為19.1km2。

（2）煤層有效厚度的確定。煤層厚度劃分是根據(jù)煤層測井曲線的“三高二低”特征值作為有效厚度值。煤層的夾矸扣除，主要依據(jù)自然伽瑪測井、密度測井、聲波測井曲線的綜合響應(yīng)特征。

（3）含氣量的確定。本區(qū)煤的鏡質(zhì)體反射率在1.96%～3.57%之間，煤類為無煙煤。

（4）煤的視密度。根據(jù)主力煤層煤密度測試數(shù)據(jù)，采用算術(shù)平均法計算各計算單元的平均煤密度。區(qū)塊內(nèi)6#（6上+6中+6下）煤層視密度值為1.56t/m3；7#煤層視密度值為1.54t/m3；10#煤層視密度值為1.59t/m3；14#煤層視密度值為1.51t/m3；7#煤層視密度值為1.56t/m3。

3.1.3評價結(jié)果

根據(jù)以上確定的煤層氣儲量參數(shù)取值結(jié)果[3-5]，由體積法計算6#（6上+6中+6下）、7#、10#、14#及24#煤層的探明地質(zhì)儲量為42.70×108m3。詳見表2。

3.2產(chǎn)能預(yù)測

等溫吸附法是根據(jù)臨近區(qū)塊煤層的臨界解吸壓力、蘭式壓力、枯竭壓力，依據(jù)理論公式來估算采收率?；趯崪y含氣量、儲層壓力、等溫吸附曲線，計算得出了估算范圍的臨界解吸壓力。根據(jù)臨界解吸壓力，采用下式分別計算枯竭壓力0.5 MPa、0.3 MPa和0.2 MPa下估算范圍平均理論采收率（表3）。

以美國經(jīng)驗而言，煤層氣井的最低儲層壓力為100 lb/ft2，約為0.7 MPa，即煤層氣井廢棄壓力為0.7 MPa；就我國煤層氣開發(fā)經(jīng)驗而言，部分煤層氣井在儲層壓力降至0.2 MPa以下仍然能夠有氣量產(chǎn)出。因此綜合考慮，計算理論采收率在42%～57%之間，平均49.6%，接近類比法預(yù)測采收率值。

η=[1-（P_ad （P_L+P_cd））/（P_cd （P_L+P_ad））]×100%（3）

式（3）中，Pcd為臨界解吸壓力，單位為MPa；Pad為枯竭壓力，單位為MPa；PL為蘭氏壓力，單位為MPa。

4結(jié)論

（1）資源量得到進(jìn)一步落實，綜合評價出煤層氣探明地質(zhì)儲量42.70億m3。為后續(xù)勘探開發(fā)奠定資源基礎(chǔ)。

（2）研究區(qū)屬高階煤層，儲層基質(zhì)致密，具有低滲低孔的特征，獲取了滲透率、壓力、溫度等煤儲層參數(shù)，為勘查區(qū)儲量評價、后續(xù)勘探開發(fā)提供了依據(jù)。

（3）該區(qū)塊資源條件好，為高煤階中豐度中型煤層氣田，需進(jìn)一步加強(qiáng)地質(zhì)—工程—體化技術(shù)研究和攻關(guān)試驗，為區(qū)塊下步勘探開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱慶忠，胡秋嘉，杜海為，等.基于隨機(jī)森林算法的煤層氣直井產(chǎn)氣量模型[J].煤炭學(xué)報，2020，45（8）：2846-2855.

[2] 董維強(qiáng)，孟召平，沈振，等.基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的煤層氣井產(chǎn)氣量預(yù)測方法研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2021，49（9）：176-183.

[3] 呂玉民，湯達(dá)禎，李治平，等.煤層氣井動態(tài)產(chǎn)能擬合與預(yù)測模型[J].煤炭學(xué)報，2021，36（9）：1481-1485.

[4] 郭肖.多煤層氣井產(chǎn)能預(yù)測及生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化[D].北京：中國石油大學(xué)（北京），2019.

[5] 張爭光.滇東黔西煤層氣井產(chǎn)能差異的控制因素[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2022.