潘集外圍煤層氣含量預(yù)測(cè)研究

易小會(huì) 隨峰堂 劉昊

摘 要：依據(jù)潘集一礦、三礦-800米以淺煤層氣含量、瓦斯壓力、地層溫度，通過線性回歸分別找出壓力、溫度與煤層底板深度間的數(shù)學(xué)模型；結(jié)合周邊礦區(qū)等溫吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立等溫吸附常數(shù)a與鏡質(zhì)組反射率間的關(guān)系以推測(cè)深部的郎氏體積；通過langmuir方程推算出潘集外圍深部-1000米以深-2000米以淺的煤層氣理論含量，在綜合考慮煤層底板溫度、壓力以及鏡質(zhì)組反射率等正、負(fù)效應(yīng)的影響下預(yù)測(cè)了潘集外圍深部煤層氣的含量。

關(guān)鍵詞：煤層氣含量；潘集外圍深部；等溫吸附實(shí)驗(yàn)

引言

潘集煤礦于上世紀(jì)七十年代始建，至今已近四十年，隨著煤礦開采深度的逐步增加，致使對(duì)深部煤層氣以及煤炭資源儲(chǔ)量的開采成為必然趨勢(shì)。研究區(qū)位于淮南市轄區(qū)內(nèi)的潘集區(qū)境內(nèi)，處于淮南煤田復(fù)向斜的東段，陳橋-潘集背斜轉(zhuǎn)折端深部，構(gòu)造程度相對(duì)簡(jiǎn)單，由于潘集煤礦淺部等溫吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，因此本文參考了地質(zhì)條件與研究區(qū)相似的周邊礦區(qū)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在已有的淺部實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以潘集煤礦外圍8煤層為例采用壓力-吸附曲線法，在考慮煤級(jí)、壓力正效應(yīng)、溫度負(fù)效應(yīng)的影響下[1]，預(yù)測(cè)了該地區(qū)煤層氣含量及其平面分布特征。

1 等溫吸附常數(shù)a

等溫吸附常數(shù)a又稱為langmuir體積，即代表最大甲烷吸附能力，其物理意義是在給定的溫度下[1]，煤吸附甲烷達(dá)到飽和時(shí)的吸附量[2]。

根據(jù)周邊礦區(qū)的各鉆孔8煤層等溫吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過線性擬合得出langmuir體積隨煤級(jí)的增加而增加即有式（1）：

VL.daf=51.9Ro.max-23.21 r2=0.77（1）

式中，VL.daf為langmuir體積，m3/t；Ro.max為鏡質(zhì)組最大反射率，%。

圖1 VL.daf與Ro.max的關(guān)系

潘謝礦區(qū)各個(gè)煤層最大鏡質(zhì)組反射率與煤層底板深度的梯度為0.025%/100m（相關(guān)系數(shù)為0.74），即式（2）：

Ro.max=0.00025H+0.63 r2=0.74（2）

式中，Ro.max為鏡質(zhì)組最大反射率，%；H為煤層底板深度，m。由此可推算底板標(biāo)高-900米到-2000米R(shí)o.max值即表1：

表1 不同標(biāo)高langmuir方程各參數(shù)值

2 瓦斯壓力

煤層瓦斯壓力是標(biāo)志煤層瓦斯流動(dòng)和賦存狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)[3]。本次使用的瓦斯壓力，實(shí)測(cè)位置及地測(cè)點(diǎn)均在石門或巖巷中測(cè)得，因此瓦斯壓力可視為煤儲(chǔ)層壓力。通過擬合得出瓦斯壓力與埋深間的關(guān)系如圖2所示，瓦斯壓力隨埋深的增加而增加，梯度為0.36MPa/100m（式3）。

P=-0.0036h-1.08 r2=0.43（3）

式中P為煤層瓦斯壓力，MPa；h為煤層標(biāo)高，m。不同標(biāo)高煤層瓦斯壓力見表一。

3 含氣飽和度

含氣飽和度是指煤儲(chǔ)層實(shí)測(cè)含氣量與實(shí)測(cè)儲(chǔ)層壓力對(duì)應(yīng)的吸附氣量之比，常用百分比表示即：

S=Q/V*100%（4）

式中：S為含氣飽和度，%；Q為實(shí)測(cè)含氣量，m3/t；V為理論含氣量，m3/t；

其中本文選取的實(shí)測(cè)含氣量Q數(shù)據(jù)有22個(gè)，理論含氣量通過langmuir方程，利用其對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層壓力，可求出：

V=VL.daf*P*b/（1+bP）（5）

式中V為理論含氣量，m3/t；VL.daf為langmuir體積，m3/t；P為煤層瓦斯壓力；b為等溫吸附常數(shù)，常數(shù)VL.daf、b取該地區(qū)已實(shí)測(cè)的等溫吸附常數(shù)平均值。根據(jù)式（3）可求出22個(gè)實(shí)測(cè)點(diǎn)的煤層氣含氣飽和度，通過擬合可得出其與埋深的線性關(guān)系即：

S=1009.84*Ln（H）-704.25 r2=0.93（6）

不同標(biāo)高下的煤層氣含氣飽和度見表1。

4 含氣量預(yù)測(cè)

壓力-吸附曲線法[4]是利用淺部已知含氣量資料結(jié)合煤層等溫吸附曲線、儲(chǔ)層壓力梯度來預(yù)測(cè)深部煤儲(chǔ)層含氣量。此方法是以煤層含氣相對(duì)飽和為前提的，因此必須先計(jì)算出深部預(yù)測(cè)區(qū)的含氣飽和度。研究區(qū)預(yù)測(cè)結(jié)果如表2。

表2 潘集外圍深部煤層氣預(yù)測(cè)結(jié)果表

由表2可知溫度影響的負(fù)效應(yīng)、以及壓力影響的正效應(yīng)都隨埋深的增加而減小；但以壓力影響的正效應(yīng)為主，從-800m到-2000m正效應(yīng)梯度從1.60m3/t減小到1.38m3/t，負(fù)效應(yīng)梯度從0.29m3/t減小到0.11m3/t。

參考文獻(xiàn)

[1]傅雪海，昊析，權(quán)彪，等.淮南潘謝深部煤層含氣量預(yù)測(cè)[C].2008年煤層氣學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.北京：地質(zhì)出版社，2008.

[2]趙志根，唐修儀.對(duì)煤吸附甲烷的Langmuir方程的討論[J].焦作工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002，21（1）：1-4.

[3]鄭凱歌，陳庚，胡寶林.基于平衡水吸附實(shí)驗(yàn)的深部煤層瓦斯含量預(yù)測(cè)研究[J].煤炭工程，2013，10（12）.75-77.

[4]周敏，李貴中.深部煤層含氣量的預(yù)測(cè)方法[J].中國(guó)煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化，2011.