庫拜煤田東部煤層氣資源評價

李萬軍 吳 斌 田繼軍 馮 爍

(1.新疆煤田地質(zhì)局一六一煤田地質(zhì)勘探隊，新疆 830009；2.新疆大學地質(zhì)與礦業(yè)工程學院，新疆 830047)

塔里木盆地北緣庫拜煤田是南疆主要煤炭生產(chǎn)基地，是我國高瓦斯、煤層群的典型礦區(qū)。煤層氣作為庫拜煤田東區(qū)主要有益礦產(chǎn)，煤層氣資源儲量達到了179.01億m3?；趲彀菝禾飽|區(qū)已有的勘探資料，以摸清區(qū)內(nèi)資源量為出發(fā)點，在對區(qū)內(nèi)煤層結(jié)構(gòu)、厚度、頂?shù)装鍫顩r描述的基礎(chǔ)上，分別對煤層含氣量、孔隙度以及吸附性等方面進行了測試等實驗工作，揭示了區(qū)內(nèi)煤層氣含量、豐度、以及賦存狀態(tài)，以期研究成果能為促進庫拜煤田東區(qū)煤層的勘探開發(fā)提供一些參考。根據(jù)研究區(qū)6口煤層氣參數(shù)井的測井、試井、氣測錄井開展煤層氣資源評價，以期為進一步工作提供可靠依據(jù)。

1 地質(zhì)條件

庫拜煤田東區(qū)位于克孜庫坦河以東、庫車河兩岸，東西走向長約20.0km，南北寬約12km，面積約127.60km2。礦區(qū)主要出露地層為上三疊統(tǒng)黃山街組～第四系，區(qū)內(nèi)含煤地層為下侏羅統(tǒng)塔里奇克組。區(qū)內(nèi)褶皺較為發(fā)育，由北到南依次發(fā)育有捷斯德里克向斜、捷斯德里克背斜、夏庫坦向斜、比尤勒包古孜復式背斜，整體呈近東西向展布，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，構(gòu)造復雜程度屬簡單類型(圖1)。

圖1 庫拜煤田東區(qū)構(gòu)造綱要圖

2 儲層特征

2.1 煤層特征

塔里奇克組地層平均厚度約253.58m，含煤4～14層。單層厚度在0.25～10.60m,平均純煤總厚31.57m，按礦區(qū)內(nèi)塔里奇克組(J1t)含煤地層工程控制平均厚度204.11m，含煤系數(shù)為15.46%；其中可采或局部可采煤層5層，編號為下5、下7、下8、下10和下12，可采煤層平均總厚6.90m，可采含煤系數(shù)為3.38%；含煤地層中，可采煤層主要集中在中、下段。煤層頂、底板主要為細砂巖、粉砂巖，偶有中砂巖、粗砂巖，巖性致密，有利于煤層氣的保存。區(qū)內(nèi)可采煤層對比可靠，其中下5、下10、下12號煤層為全區(qū)可采穩(wěn)定煤層，下7、下8號煤層為局部可采的較穩(wěn)定煤層。

2.2 煤質(zhì)特征

(1)物理性質(zhì)

區(qū)內(nèi)可采煤層多為粉未狀-碎塊狀，肉眼鑒定為灰黑色、黑色，在自然光澤下較暗。條痕為褐色。在碎塊煤中可見瀝青光澤和玻璃光澤，見參差狀、階梯狀及貝殼狀斷口，性脆，條帶狀及均一狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理及內(nèi)生裂隙發(fā)育。宏觀煤巖類型主要以半亮型及半暗型煤為主。鏡質(zhì)組反射率(Ro%)介于0.54%～0.66%，平均為0.60%。

表1 煤層工業(yè)分析統(tǒng)計

(2)化學類型及煤質(zhì)

該區(qū)煤層煤類主要為氣煤。依據(jù)《煤的工業(yè)分析方法》，GB/T 212—2008的規(guī)定，下5、下7、下8、下10和下12號煤層均屬于低中灰、中高揮發(fā)份的煤(表1)。

2.3 煤層試井分析

試井工程是煤層應(yīng)力、滲透率、地層系數(shù)、表皮系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)的重要步驟，根據(jù)試井結(jié)論，決策開發(fā)方案，指導后期投產(chǎn)增產(chǎn)提供針對性措施。

(1)煤層注入/壓降資料分析

庫拜煤田東部煤層氣資源預(yù)探項目對10口井進行了目的煤層測試,各井煤層注入/壓降試井分析結(jié)論見表2。

表2 各井煤層注入/壓降試井分析結(jié)論

(2)原地應(yīng)力資料分析

庫拜煤田東部煤層氣資源預(yù)探項目對10口井進行了目的煤層測試,各井煤層注入/壓降試井分析結(jié)論見表3。

本次試井工作，選用專用的煤層氣試井設(shè)備，采用高性能的井下電子壓力計，在注入前進行了注入壓裂實驗，注入速率始終，注入過程速率波動值不大于10%，注入時間8～12h，盡可能確保注入過程的影響半徑不小于10m，關(guān)井不少于2～3倍注入時間；試井資料解釋采用多種方法進行對比驗證，解釋模型和計算參數(shù)準確可靠，具備進一步開發(fā)潛力的基礎(chǔ)。

2.4 煤層氣成分及含氣量

(1)成分

表3 各井煤層原地應(yīng)力測試分析結(jié)論

根據(jù)區(qū)內(nèi)瓦斯采樣測試結(jié)果：下5號煤層甲烷體積分數(shù)為89.57%，氮氣體積分數(shù)7.34%，二氧化碳體積分數(shù)3.09；下7號煤層甲烷體積分數(shù)82.11%，氮氣體積分數(shù)15.84%，二氧化碳體積分數(shù)2.05%；下8號煤層甲烷體積分數(shù)11.67%，氮氣體積分數(shù)80.69%，二氧化碳體積分數(shù)7.65%；下10號煤層甲烷體積分數(shù)93.78%，氮氣體積分數(shù)6.64%，二氧化碳體積分數(shù)3.13%；下12號煤層甲烷體積分數(shù)35.89%，氮氣體積分數(shù)58.03%，二氧化碳體積分數(shù)5.89%。

(2)含氣量

區(qū)內(nèi)各煤層含氣量為：下5號煤層甲烷含量為2.40m3/t，下7號煤層甲烷含量為3.98m3/t，下8號煤層甲烷含量為3.89m3/t，下10號煤層甲烷含量為5.72m3/t，下12號煤層甲烷含量為4.38m3/t。

(3)孔隙度

本次工作在庫拜煤田東部采的煤樣KC-1的壓汞實驗測試結(jié)果表明：孔隙度2.79%，比表面積為2.96m2/g，總孔體積17.87×10-3cm3/g，平均孔徑74nm，大孔占0.87，中孔占11.21%，小孔占29.36%，微孔占58.46%，煤孔徑結(jié)構(gòu)中微孔最發(fā)育，小孔和中孔次之，大孔發(fā)育差，這種孔徑結(jié)構(gòu)有利于煤層氣的吸附，不利于煤層氣的運移。

(4)吸附性能

庫拜煤田東區(qū)煤的蘭氏體積(VL)在13.18～22.55m3/t之間，平均18.66m3/t；

與同等變質(zhì)程度的霍爾果斯河-三屯河(蘭氏體積20.80m3/t)、三屯河-烏魯木齊河礦區(qū)(蘭氏體積18.74m3/t)、烏魯木齊河-四工河礦區(qū)(蘭氏體積23.02m3/t)、四工河-白楊河礦區(qū)(28.95m3/t)相比其吸附性能屬于中-低等水平。

3 煤層氣資源量預(yù)測

從工區(qū)施工的KC-20、KC-49孔參數(shù)資料和地質(zhì)勘查成果綜合分析資料，估算煤層氣資源量為內(nèi)蘊經(jīng)濟資源量。

3.1 計算方法

計算煤層氣資源量的方法主要有體積法、類比法等。本次資源量計算采用體積法進行。

其公式為：

G=0.01×A×H×D×Cad

式中：G為煤層氣資源量，m3；A為計算范圍的面積，km2；H為煤層厚度，m；D為煤的空氣干燥基密度，t/m3；Cad為煤的空氣干燥基含氣量，m3/t。

根據(jù)煤層參數(shù)，將區(qū)內(nèi)煤層氣資源量預(yù)測的煤層定為下5、下7、下8、下10、下12號煤層，并利用上式計算。

3.2 參數(shù)確定

區(qū)內(nèi)煤類以焦煤為主局部有肥焦煤，煤層凈厚度≥2.40m，煤的空氣干燥基含氣量下限為4m3/t。煤層凈厚度取該煤層厚度的算術(shù)平均值，含氣量下限與煤層測定的含氣量的平均值。

表4 煤層氣資源量預(yù)測表

4 煤層氣資源量預(yù)測結(jié)果

通過估算，各可采煤層煤層氣預(yù)測資源量(表4)：下5號煤層為78.65×108m3，下7號煤層為21.23×108m3，下8號煤層為5.78×108m3，下10號煤層為64.36×108m3，下12號煤層為9.00×108m3。全區(qū)煤層氣內(nèi)蘊經(jīng)濟的推測資源量為179.01×108m3，煤層氣資源豐度為1.55×108m3，資源量規(guī)模屬中等豐度、中深埋深的中型煤層氣田。

5 結(jié)論

(1)庫拜煤田東區(qū)煤層平均總厚31.57m，可采局部可采煤層共5層，其中穩(wěn)定全區(qū)可采煤層3層，即下5、下10、下12號煤層。

(2)試井結(jié)果:煤層應(yīng)力、滲透率、地層系數(shù)、表皮系數(shù)等參數(shù)顯示研究區(qū)煤儲層具備較好的煤層氣開發(fā)潛力

(3)通過對全區(qū)可采煤層的煤層氣含氣量測試，單層的煤層氣儲量在9×108m3～78.65×108m3。

(4)對全區(qū)各可采煤層煤層氣含量進行估算，煤層氣總資源量179.01×108m3。下5號煤層煤層氣資源量78.65×108m3，下10號煤層煤層氣資源量64.36×108m3，具有較好的開發(fā)前景。