平頂山礦區(qū)煤層氣有利可采區(qū)段優(yōu)選分析

彭倫 傅雪海 邊 兵 羅 斌 張俊凡

(1.中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院,江蘇 221116;2.平頂山天安煤業(yè)股份有限公司十一礦,河南 467047)

平頂山礦區(qū)煤層氣有利可采區(qū)段優(yōu)選分析

彭倫1傅雪海1邊 兵2羅 斌1張俊凡1

(1.中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院,江蘇 221116;2.平頂山天安煤業(yè)股份有限公司十一礦,河南 467047)

基于煤層氣資源量、資源豐度、煤層氣可采資源量、臨儲壓力比、煤層滲透率5個參數(shù),建立煤層氣區(qū)段開采潛力的分級分類方案,進(jìn)而結(jié)合煤層氣地質(zhì)背景分析,優(yōu)選出煤層氣開采潛力相對較大的井田或區(qū)段。結(jié)果顯示:首一井田為平頂山礦區(qū)煤層氣地面開采的首選或相對最為有利的地區(qū),13礦為可能有利地區(qū),11礦和10-12-8礦為較為有利的地區(qū),首二井田和1-4-6礦地區(qū)可能不利于煤層氣的地面開發(fā)。

平頂山 煤層氣 滲流 優(yōu)選

Abstract:Based on five parameters,namely,CBM resources,abundance of resources,workable CBM resources,the critical reservoir pressure ratio and permeabilityof coal seams,a proposal isforwarded for classification of minefields or blocks with workable potentials of CBM.Then,the mine fields,or blocks with relatively high potential of extraction are selected based on geological settingsof coalbed methane.The results have indicated that Shouyi mine field is the first chosen zone for surface extraction of coalbed methane,or the most favorable zone in Pingdingshan mining area;and that No.13 mine,the probable favorable zone;and that No.11 and 10-12-8 mines are in fairly favorable zones.Shouer mine field and No.1-4-6 mines are in zones probably unfavorable for surface development of coalbed methane.

Keywords:Pingdingshan;CBM;seepage;selection

1 前言

在合適的煤層埋藏深度范圍內(nèi),決定一個地區(qū)煤層氣資源是否具有開采價值的地質(zhì)因素包括構(gòu)造復(fù)雜程度、水文地質(zhì)條件、氣田(本文中將一個井田視為一個氣田規(guī)模)和煤層允許氣體解吸滲流的難易程度。對于平頂山礦區(qū)而言,本文涉及內(nèi)容的幾乎是-1200m以淺的地質(zhì)情況,構(gòu)造及水文地質(zhì)條件均相對簡單。因此,影響本礦區(qū)煤層氣地質(zhì)選區(qū)的主要地質(zhì)因素是氣田規(guī)模和煤層允許氣體解吸滲流的難易程度。

2 煤層氣選區(qū)地質(zhì)參數(shù)

基于上述分析,本文擬采用煤層資源量、資源豐度、煤層氣可采資源量、臨儲壓力比、煤層滲透率5個參數(shù)(表1),建立煤層氣區(qū)段開采潛力的分級分類方案,進(jìn)而結(jié)合煤層氣地質(zhì)背景分析,優(yōu)選出煤層氣開采潛力相對較大的井田或區(qū)段。

表1 平頂山礦區(qū)煤層氣可采區(qū)段優(yōu)選參數(shù)

3 煤層氣可采區(qū)段優(yōu)選流程

對于平頂山礦區(qū),本文基于上述原理分析設(shè)計了“分步篩選”的方法流程,擬分三個步驟對煤層氣可采區(qū)段進(jìn)行優(yōu)選。

第一步驟,煤層氣田規(guī)模優(yōu)選。如果煤層氣資源沒有一定規(guī)模,則缺乏地面開采的經(jīng)濟(jì)價值。如果資源不達(dá)到一定豐度,限定到一定排采半徑內(nèi)的煤層氣井就難以獲得高產(chǎn)煤層氣流,同樣缺乏地面開采的資源條件。如果要在給定的礦區(qū)或地區(qū)進(jìn)行區(qū)段優(yōu)選,則資源量大小和資源豐度高低都是相對的,只有通過相互比較,從中優(yōu)選出規(guī)模相對較大的區(qū)段。對于研究區(qū),各井田主要煤層的煤層氣地質(zhì)資源量分布在25～57億m3之間,資源豐度變化范圍為0.40～0.95億m3/km2。因此,可采用等分方法,以煤層氣地質(zhì)資源量40億m3和資源豐度0.7億m3/km2為界,將氣田規(guī)模劃分為G1～G4四個類型(表2)。顯然,G1類型資源量小且資源豐度低,氣田規(guī)模相對較小,沒有繼續(xù)考察其煤層允許氣體解吸滲流能力的價值;G2、G3、G4三種類型均可在后續(xù)程序中進(jìn)一步考察優(yōu)選。

表2 平頂山礦區(qū)煤層氣田(井田)規(guī)模類型

第二步驟,煤層氣解吸能力優(yōu)選。若僅有煤層氣資源但煤層氣解吸能力過低,則氣田同樣缺乏地面開采與利用的價值。根據(jù)等溫吸附數(shù)據(jù)、實(shí)測含氣量和廢棄壓力下殘余含氣量(g0.7P)(表3),可求算出相關(guān)井田主要煤層的煤層氣臨界解吸壓力以及臨儲壓力比[5]。考察研究區(qū),各井田主要煤層的煤層氣可采資源量分布在23～58億m3之間,臨儲壓力比變化范圍為0.21～0.29。盡管本區(qū)主要煤層臨儲壓力比很低,臨界解吸壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于儲層壓力,但不同井田之間仍然存在一定差別。在此基礎(chǔ)上,對于第一步驟優(yōu)選出三種規(guī)模類型,進(jìn)一步采用等分方法,以煤層氣可采資源量30億m3和臨儲壓力比0.25為界,劃分出四種解吸能力類型(表4)。由此可見,J1類型的煤層氣地面開發(fā)價值相對較低,在優(yōu)選中應(yīng)予以篩出;J2、J3、J4三種類型可進(jìn)入下一步驟的優(yōu)選考察程序。

表3 平頂山礦區(qū)主要煤層等溫吸附參數(shù)

表4 平頂山礦區(qū)主要煤層的煤層氣解吸能力類型

第三步驟,煤層氣滲流能力優(yōu)選。在具有一定資源規(guī)模和解吸能力的前提下,煤層滲透率是評價氣田是否具有地面開采價值的一個決定性參數(shù)。迄今為止,平頂山礦區(qū)只有1口煤層氣井(首山勘探區(qū)1511井)的試井滲透率。礦井下測量的煤層透氣性數(shù)據(jù)雖多,但難以與試井滲透率對比,無法利用。因此,本文只能基于從煤層裂隙發(fā)育狀況、構(gòu)造應(yīng)力場特征等角度得出的預(yù)測結(jié)果,對煤層滲透率進(jìn)行定性評價。因此,如果通過前兩個步驟優(yōu)選出來的區(qū)段的煤層滲透率相對較好,則其為本區(qū)有利于地面開發(fā)的煤層氣區(qū)段;否則,這樣的區(qū)段同樣沒有地面開發(fā)價值。

4 煤層氣有利可采區(qū)段預(yù)測

依據(jù)表2中規(guī)定的分類方案及表1中給出的基本數(shù)據(jù),繪制出平頂山礦區(qū)煤層氣田規(guī)模分類圖解(圖1)。結(jié)果顯示:1-4-6礦地區(qū)和首二井田屬于G1規(guī)模類型,前者煤層氣地質(zhì)資源量和資源豐度均相對較低,后者雖有一定資源量規(guī)模,但資源豐度相對較低;13礦井田、11礦井田和10-12-8礦地區(qū)分別屬于G2和G3規(guī)模類型,前者煤層氣地質(zhì)資源量雖高但資源豐度相對較低,后兩者雖然資源量規(guī)模相對較小,但資源豐度相對較高;首一井田為G4類型,煤層氣資源量大,資源豐度較高。因此,1-4-6礦地區(qū)和首二井田在本步驟優(yōu)選中應(yīng)予淘汰,而其他四個井田或地區(qū)則將進(jìn)入下一步驟的優(yōu)選與考察。

圖1 平頂山礦區(qū)煤層氣田(井田)分類圖解

在上述優(yōu)選結(jié)果的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步基于有利區(qū)段優(yōu)選基本參數(shù)和解吸能力類型分類方案(表1,表4),得到平頂山礦區(qū)煤層氣解吸能力分類圖解(圖2)。圖解結(jié)果表明:本區(qū)缺失J2、J3類型;13礦井田、11礦井田、10-12-8礦地區(qū)全為J1類型,具有煤層氣可采資源量和臨儲壓力比均相對較低的特點(diǎn),煤層氣解吸能力相對較弱;首一井田為J4類型,煤層氣可采資源量大,臨儲壓力比相對較高,煤層氣解吸能力相對較強(qiáng)。

圖2 平頂山礦區(qū)煤層氣解吸能力分類圖解

基于上述兩個步驟優(yōu)選結(jié)果,進(jìn)一步考察不同井田或地區(qū)主要煤層滲透性特征。如表1所示:首一井田主要煤層滲透性較好,當(dāng)屬本礦區(qū)煤層氣地面開采有利區(qū)段;13礦井田主要煤層滲透性較好,具有較好的煤層氣地面開采前景;11礦井田和10-12-8礦地區(qū)主要煤層滲透性中等,具有一定的煤層氣地面開采前景。

[1] 傅雪海,秦勇,韋重韜,等.煤層氣地質(zhì)學(xué)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2007.

Analysis of Selected Favorable&Workable CBM Blocks in Pingdingshan Mining Area

Peng Lun1,Fu Xuehai1,Bian Bing2,Luo Bin1,Zhang Junfan1
(1.Resources and Geoscience College,CUMT,Jiangsu 221116;2.No.11 Mine of Pingdingshan Tian An Coal Mining Ltd.Co.,Henan 467047)

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目-“973”煤層氣項(xiàng)目(2009CB219600)和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40730422和40872104)資助。

彭倫,男,中國礦業(yè)大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探碩士生,研究方向煤層氣地質(zhì)。

(責(zé)任編輯 劉 馨)