新疆煤層氣資源/儲量估算問題研究

周梓欣

(新疆煤田地質局煤層氣研究開發中心,新疆 830091)

新疆煤層氣資源/儲量估算問題研究

周梓欣

(新疆煤田地質局煤層氣研究開發中心,新疆 830091)

新疆煤層氣具有低階煤、大傾角、多煤層的地質特征和合層排采的開發技術現狀，近年來，新疆煤層氣勘探開發取得突破性進展，已成為全國煤層氣勘查開發的熱點地區，多個資源/儲量報告正著手編制。因此，作者就儲量報告編制中遇到的井距要求、單井產量下限標準、計算單元劃分、儲量計算邊界的含氣量下限標準、游離氣儲量估算問題進行研究和探討，提出在煤層傾向和走向上劃定不同的井距、制定合層排采單井產量遞進式下限標準、縱向估算單元考慮深度的影響、既要估算吸附氣儲量也要估算游離氣儲量的觀點，呼吁針對新疆地質特點的儲量估算標準的制定。

新疆 煤層氣儲量 規范 井距 合層排采 游離氣

新疆煤層氣資源十分豐富，據2005年《新一輪全國煤層氣資源評價》新疆2000米以淺煤層氣資源量為9.51×108m3，占全國煤層氣資源總量的26%。2008年伴隨FS-1井點火成功，拉開了新疆低煤階煤層氣勘查開發的序幕；2008～2012年在阜康白楊河礦區施工形成了新疆第一個煤層氣生產試驗井組，5口井均獲得工業氣流，提振了新疆煤層氣開發的信心，也提升了開發新疆煤層氣的熱情；2014年開展了《新疆阜康市白楊河礦區煤層氣開發利用先導性示范工程》和阜康三工河區塊煤層氣地面開發工程，共施工排采井100口，并配套建設了集氣管網和CNG集氣站等地面設施，完成了年產1.0×108m3的產能規模建設，目前日產量為15×104m3，已投入運行，實現了全國低煤階煤層氣勘查開發的突破，用實實在在的產量證實了新疆煤層氣的確大有可為。隨著新疆煤層氣勘查開發投入的增多及可喜成績的取得，新疆已成為繼沁水盆地和鄂爾多斯盆地后的第三大煤層氣開發熱點地區，引起國內廣泛關注。為了加快新疆煤層氣產業發展，獲得可靠的探明儲量是最根本的保障，目前新疆有多個項目開始著手編制煤層氣資源/儲量報告，為進入開發階段做準備，但新疆的煤層氣具有地層傾角大、煤階低、煤層厚度大、煤層層數多等特有的地質特點，遵照現有《規范》進行儲量報告編制中遇到一些問題，本文就現有規范與新疆現實地質條件扣合度有待商榷的方面主要做以下探討和研究。

1 新疆煤層氣地質特點

根據最新一輪煤炭資源潛力評價成果，新疆2000m以淺煤炭資源量為1.91×108t，區域上具有“北疆富，南疆貧”的特點，煤田地質勘查深度主要集中在700m以淺范圍，部分煤田煤炭勘查程度較高達到普查階段以上，少部分達到詳查甚至勘探階段；煤類以低階煙煤為主，除準南煤田的阜康礦區、艾維爾溝煤田、庫拜煤田、溫宿煤田、巴里坤煤田的東部煤類達到中階煤以上(氣煤及更高)，其余煤田均主要為低煤階煤(褐煤、長焰煤、不粘煤、弱粘煤等)，僅少量含有氣煤及更高變質程度的煤類；可采煤層層數多，從幾層、十幾層到幾十層均有分布，多數情況下主力煤層間距在幾米、十幾米到幾十米之間，煤層間距相對較小，因此在阜康礦區、烏魯木齊河東礦區、后峽煤田、庫拜煤田等多采用了2層或3層煤合層排采；主力煤層厚度大，通常在5m以上，部分煤層達到幾十米，甚至上百米；煤層的傾角大，煤層傾角基本都大于15°，煤層氣資源潛力較好的準南、庫拜、艾維爾溝等煤田煤層傾角多在30°以上，部分地區達到60°以上，煤層深度分布范圍大，煤層含氣量受深度影響大。

2 新疆煤層氣勘查程度

新疆已開展過4輪全疆性的煤層氣資源評價工作，并針對準南煤田、三塘湖煤田等開展了更深入、細致地資源評價工作，對全疆煤層氣資源分布情況有了概略的認識，研究了主要煤田的煤儲層條件及煤層氣賦存規律，估算了新疆煤層氣資源量，優選出了阜康礦區、烏魯木齊礦區、后峽煤田、庫拜煤田、艾維爾溝礦區、三塘湖煤田等煤層氣勘查的有利區。

新疆煤層氣勘查程度相對較低且煤層氣勘查工作分布不均，主要集中在阜康礦區、烏魯木齊河東礦區、庫拜煤田、后峽煤田、三塘湖-淖毛湖煤田等地開展工作，這些區域煤層氣勘查達到普查、預探、勘探程度，資源/儲量報告正著手編制，其中，阜康礦區煤層氣勘查開發程度最高，已在阜康礦區東部的白楊河區塊和西部的三工河區塊分別開展了煤層氣開發利用示范工程建設和煤層氣的地面開發工作，并已提交煤層氣探明儲量報告。以上煤田或礦區以外的其它地區煤層氣勘查程度較低，多為區域性的、零星施工參數井或生產試驗井。下面以煤層氣勘查程度較高的礦區或煤田為重點，詳細論述新疆煤層氣資源/儲量估算中遇到的問題，同時，由于容積法是國內外文獻報道中最常用的煤層氣儲量計算方法，因此，主要結合容積法來進行剖析。

3 新疆煤層氣資源/儲量估算中的問題

煤層氣儲量計算的精度(合理性)取決于勘探程度、認識程度和參數選取技術。目前，國內關于計算煤層氣資源/儲量的規范主要有《煤層氣資源/儲量規范》(DZ/T 0216—2010)和《煤層氣資源勘查技術規范》(GB/T 29119—2012)，其中，《煤層氣資源/儲量規范》(DZ/T 0216—2010)是認可度較高且應用較為廣泛的資源/儲量規范。

3.1 《煤層氣資源/儲量規范》(DZ/T 0216—2010)

該《規范》詳盡地闡明和規定了煤層氣資源/儲量分類與分級，儲量起算條件和估算單元、估算邊界，儲量估算方法，各估算方法中估算參數的選用和取值，煤層氣地質綜合評價和經濟評價等，對儲量估算工作給出了具體的可操作性，具有很大的指導性。針對新疆地質特點主要問題如下：

(1)《規范》以煤層氣資源的地質認識程度為基礎，根據勘查開發工程網度和地質認識程度將煤層氣資源/儲量分為潛在的、推斷的、控制的和探明的四級。探明儲量和控制儲量根據不同構造復雜程度和煤層穩定程度給出了探井井距的要求(表1)。《規范》中未給出排采井的具體井距要求，對于探明儲量試采井也應該有一定的井距要求；新疆多數煤層為大傾角地層，深度變化范圍大，煤層含氣量與深度具有高度正相關的關系，煤層走向與傾向方向采用同一井距與實際地質條件有一定矛盾，應該根據煤層傾角的不同范圍劃定不同的傾向井距。例如，阜康某礦區地層傾角30°～58°，平均為46°，傾向上在寬度為1.7km的范圍內，煤層埋深范圍為0～1500m，煤層含氣量自煤層氣風氧化帶到1500m為4～18.78m3/t均有分布(圖1)，因此，應根據地層傾角大小的不同(緩傾斜、傾斜、急傾斜、直立)，在傾向上規定不同的井距；推斷的儲量未根據構造復雜程度和煤層穩定程度提出具體井距要求，進行推斷儲量估算時人為出入較大。

表1 煤層氣探明儲量估算儲層的基本井距要求

圖1 阜康×××礦區×××煤層底板等高線圖

(2)《規范》制定了探明儲量起算單井產量下限標準。規定在國內現有經濟、技術條件下，只有在煤層氣井單井產氣量達到表2起算標準并連續生產不少于3個月的區塊才可以估算探明儲量，并給出了單井產量下限與煤層埋深的關系。只是劃分不夠細致，比如，當煤層埋深為499m時，單井產量下限為500m3/d，當埋深為500m時(埋深僅增加了1m)，單井產量下限標準為1000 m3/d，有失合理，應采用逐漸遞進或過度式進行劃分。

另外，表2中單井產量下限標準一般指的是單采一層煤的產氣量下限，但是，根據新疆煤層多，煤間距相對較小的地質特點，且考慮到以少量的工程投入，獲得最大、最經濟的資源量的因素，目前已開發的阜康白楊河、烏魯木齊河東、后峽等地，多采用兩層或多層合層開采。其中，阜康白楊河礦區合層開采39、41、42號三層煤層，39號與41號煤層間距為8～22m，41號與42號煤層間距為25～45m，排采深度多處于800～900m附近，因此，根據經濟、技術條件及資金投入，如果單井產量下限僅以1000m3/d來劃定，則投入和產出的關系不能很好的體現。根據彭龍仕,喬蘭等對韓城煤層氣田幾十口雙層或三層合采的煤層氣井產能分析，生產層總厚度與煤層氣井產能之間未表現出明顯的相關性，這是因為合采下各煤層之間存在著壓力干擾。因此，根據新疆的煤層氣地質特點，急需制定合層開采的產量下限標準，研究合層開采時單層產能貢獻，地層壓力的相關干擾關系。

表2 探明儲量起算單井產量下限標準

(3)計算單元劃分的合理與否，對儲量計算結果影響較大。《規范》中指出：儲量估算平面上一般以單一塊段為基本估算單元，縱向上一般以單一煤層(組)為估算單元，對于勘查程度相同、儲層特點一致、可合并開采的煤層可合并估算單元。但新疆多數地區煤層都為高傾角儲層，儲層深度在傾向上變化大，從露頭到1500m，甚至更深均有分布，儲層的壓力系統也發生較大變化，含氣量、儲量不盡相同，縱向上估算單元的劃分不考慮深度的影響不盡合理,影響到儲量計算結果的準確性和精確性。在同一估算單元內，應具有相同的地質背景、煤層、煤儲層條件、工程控制程度和產能。

(4)《規范》規定儲量估算單元邊界，應在礦業權范圍內，由查明的各類地質邊界，如斷層、煤層及煤類變化、含氣量下限(表3)、煤層凈厚下限等確定。關于煤層含氣量下限方面給出了“也可根據具體條件通過論證進行調整”的要求。鑒于新疆煤層氣甲烷成分分布廣泛，后峽礦區、庫拜煤田、三塘湖煤田煤層氣風化帶以深甲烷成分高均在80%以上，甚至有相當大的部分在90%以上，但是以烏魯木齊礦區為代表的部分礦區甲烷成分普遍相對較低，烏魯木齊礦區西山窯組煤層在埋深 400～1500m范圍內CH4成分多數在50%～90%，在部分地區煤層含氣量為1m3/t時，甲烷含量僅為0.5m3/t左右，不具有開采價值，因此對于這類地區建議考慮甲烷成分的影響，結合噸煤空氣干燥基甲烷含氣量來共同劃分儲量計算的含氣量下限標準。

表3 煤層含氣量下限標準

圖2 烏魯木齊河東礦區甲烷成分分布圖

(5)《規范》中煤層氣儲量估算方法主要針對吸附氣，未提及游離氣儲量估算的問題。新疆煤炭資源以低階煤為主，依據煤層氣賦存狀態, 低階煤吸附作用相對較弱，特別是對于孔隙度較大、結構疏松的低階煤, 游離氣和溶解氣的資源量是不能忽略的。例如，后峽煤田氣測錄井反應明顯，全烴17.62%～50.88%，說明游離氣的存在，同時目前正在排采的生產井，在排采2個多月、流壓為7個多兆帕的時候已見套壓，并且在穩定的排采制度下，套壓在穩步提高，充分說明了游離氣的存在。因此，在進行儲量估算時應考慮游離氣的資源/儲量，煤層氣儲量=煤炭總地質儲量×煤層氣平均含量+采氣影響范圍內巖石總氣量，這種估算方法必將為后期的煤層氣開發、經濟預測提供更接近實際地質情況的資源/儲量。

另外，壓裂裂縫可能聯通不可采煤層，進而使該部分煤層中的氣體也進入可采儲量，因此，在進行儲量估算時應將煤組內相近的不可采煤層也計入煤層厚度。

3.2 《煤層氣資源勘查技術規范》(GB/T 29119—2012)

該《規范》的第8大部分闡述了煤層氣資源/儲量計算的相關要求和內容，對煤層氣資源/儲量計算方法、計算指標、塊段劃分的基本原則及計算的一般要求作了較為詳實的表述和要求，資源/儲量的分類分級標準、煤層含氣量下限標準，探明儲量的基本井距要求等與DZ/T 0126一致，不同的是：該規范針對不同井型給出了產氣量下限標準(垂直單井平均質量500m3/d、多分枝水平井平均產量5000 m3/d、“U”型井平均產量1000 m3/d，且單井平均產量為不低于半年的連續排采平均值)，但未給出產量下限與井深的關系；結合煤炭資源控制級別和煤層氣實測含氣量控制程度給出了煤層氣控制儲量和預測儲量的確定原則，對于前期已開展過詳查及以上程度的工作區，可操作性較強，相對于DZ/T 0126控制程度要求較為嚴格，但對于上述幾個新疆特有問題仍未給出具體解決方法。

4 結論

(1)新疆煤層氣資源量大，勘查開發工作取得突破進展，為加快新疆煤層氣開發步伐，探明儲量估算的準確性和科學性是最根本保障，也是最迫切的需要，因此，呼吁針對新疆地質特點的儲量估算標準的出臺。

(2)鑒于新疆大傾角的地質特點，對探明儲量控制程度應根據傾角的大小，在煤層傾向和走向上劃定不同的井距。

(3)需制定合層排采煤層氣探明儲量單井下限標準，并根據實際產氣情況，考慮單井產量下限與井深的關系，采用逐漸遞進式進行劃分。

(4)考慮到新疆煤層含氣量受深度的影響較大，為提高儲量估算的準確性，縱向估算單元的劃分應考慮深度的影響。

(5)新疆某些礦區確實有不可忽視的游離氣的存在，在進行資源/儲量估算時，既要估算吸附氣的資源量，也要估算游離氣的資源量。

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(責任編輯 桑逢云)

Research on CBM Resources/Reserves Estimation Problem in Xinjiang

ZHOU Zixin

(Coalbed Methane Research & Development Center, Xinjiang Bureau of Coal Field Geology,Xinjiang 830091)

CBM in Xinjiang has such geological characteristics as low rank coal, large inclined angle, multiple coal seams, and its development technology status is co-layer drainage. In recent years, the CBM exploration and development in Xinjiang has made the breakthroughs, Xinjiang has become a hot spot of CBM exploration and development in China, and a number of resources/ reserves report is prepared to compile. Therefore, the author studies and discusses the problems encountered in the reserves report compiled from the aspects of the well spacing requirements, the single well output lower limit, the calculation unit division, the gas content lower limit of the reserves calculation boundary and the free gas reserves estimation problems. The author puts forward opinion of delineating different well distance in coal seam inclination and strike, formulating production progressive lower standards of co-layer drainage single well, considering depth effect on longitudinal estimation unit, estimating both adsorption gas reserves and free gas reserves. The author calls for the formulation of the reserves estimation standards according to the geological characteristics in Xinjiang.

Xinjiang; CBM reserves; specification; well spacing; co-layer drainage; free gas

2014年新疆地勘基金(N14-4-XJ01)。

周梓欣，女，工程碩士學位，工程師，從事煤田地質及煤層氣地質的研究和勘查、開發工作。