沁水煤田煤層含氣量校正系數研究

周寶艷 傅雪海 周榮福

(1.煤層氣資源與成藏過程教育部重點實驗室,江蘇 221008;2.中國礦業大學資源與地球科學學院,江蘇 221116)

沁水煤田煤層含氣量校正系數研究

周寶艷1,2傅雪海1,2周榮福1,2

(1.煤層氣資源與成藏過程教育部重點實驗室,江蘇 221008;2.中國礦業大學資源與地球科學學院,江蘇 221116)

為了提高沁水煤田煤層氣資源/儲量預測準確程度,在對比分析我國上世紀煤田地質勘探解吸法和近期煤層氣勘探美國礦業局直接法實測含氣量差異的基礎上,利用梯度法獲得了將晉城、潞安、陽泉礦區主采煤層解吸法實測含氣量校正為直接法含氣量的系數,探討了含氣量校正系數與煤層埋深、煤級的關系。研究成果提高了解吸法實測煤層含氣量數據的可靠程度,有助于沁水煤田煤層氣資源/儲量評價。

沁水煤田 解吸法 直接法 含氣量 校正系數

Abstract:In order to improve the estimation accuracyof coalbed methane resources/reserves in Qinshui Coalfield,the paper changed the measured gas content obtained by desorption method to the gas content obtained by direct method in the major mining coal seams using a coefficient acquired by the method of gradient in Jincheng,Lu’an and Yangquan mining areas,based on the comparative analysis of the difference of measured gas content using the desorption method of coalfield geological exploration of last century in China and the direct method of recent coalbed methane exploration of United States Bureau of Mines.The paper also discusses the relationship between the correction coefficient of gas content and the burial depth of coal seam and coal rank.The result has improved the reliability of the gas content obtained by desorption method,which will be helpful to the evaluation of coalbed methane resources/reserves in Qinshui Coalfield.

Keywords:Qinshui Coalfield;desorption method;direct method;gas content;correction coefficient

1 引言

我國煤田地質勘探階段對煤層氣含量的測試經歷了真空罐法、集氣法和解吸法三個階段。沁水煤田煤層含氣量資料大多是采用上世紀八、九十年代MT/T77-84和MT/T77-94解吸法測試的。近十多年來,煤層氣勘探采用的是G B/T19559-2004和G B/T19559-2008,相當于美國礦業局USBM提出的直接法。解吸法由于在非儲層溫度解吸和現場解吸時間短等原因,導致實測煤層含氣量偏低。然而沁水煤田大規模煤田地質勘探已經結束,為了充分利用解吸法獲得的大量含氣量數據,尋求二者之間的校正系數勢在必行。

2 煤層氣地質背景

沁水煤田位于山西省東南部,為夾持于不同隆起構造帶之間的NE～NNE向展布的寬緩向斜,北為五臺山隆起,南為中條隆起,東為太行山隆起,西界由北向南依次為呂梁隆起、晉中斷陷、霍山隆起、臨汾-運城斷陷。區內以低山丘陵為主,山峰與溝谷縱橫,山間盆地和河流谷地廣布,地形較為復雜。隆起區主要由震旦系～奧陶系地層構成,盆內有二疊～三疊系地層出露,大部分被新近系和第四系地層所覆蓋。

下二疊統山西組3#煤層和上石炭統太原組15#煤層,埋深介于200～2000m之間,下二疊統山西組主煤層在晉城、潞安等地區被稱為3#煤層,在沁源、安澤、沁水等地區為2#煤層。上石炭統太原組主煤層在晉城、潞安等地區為15#煤層,而在沁源、安澤、沁水為10#煤層,以中-高變質煙煤和無煙煤為主。全煤田地質勘探程度高,多數為精查區和詳查區。經過長期煤田地質勘探發現,整個煤田構造簡單,煤層含氣量較高,煤層氣資源量豐富。

3 解吸法與直接法對比研究

解吸法是我國煤田地質勘探中獲取煤層氣含量的主要測試方法,它與現今所采用的直接法在現場解吸時間、溫度等方面存在較大差別(表1)。

表1 解吸法與直接法實測煤層含氣量對比表

4 含氣量校正系數

含氣量校正系數的求取有三種方法,第一種方法為煤層氣井與煤田孔算術平均值法,即在煤層氣井與煤田孔分布均勻的條件下,分別求同一區塊內兩種實測含氣量的算術平均值,再求出直接法與解吸法的比值作為校正系數;第二種方法為煤層氣井與煤田孔含氣梯度法,在煤層氣井與煤田孔分布均勻的條件下,利用直接法與間接法實測含氣量與煤層埋深的梯度關系,分別求出不同埋深下的含氣量校正系數;第三種方法為煤層氣井與煤田孔面積權衡法,在煤層氣井與煤田孔分布不均勻的條件下,利用直接法與解吸法實測含氣量數據分別做等值線平面圖,并分別計算出含氣量面積權衡值及其比值作為校正系數。

本次研究統計了晉城、潞安、陽泉三個礦區解吸法與直接法獲得的含氣量,采用含氣梯度法獲得了三個礦區煤層含氣量校正系數。

4.1 晉城礦區

基于晉城礦區煤層勘探深度內(200～900m)煤田勘探鉆孔、煤層氣井實測含氣量與煤層埋深相關性研究表明煤田地質勘探鉆孔實測3#、15#煤層含氣量梯度分別為0.87m3/t·100m和0.73m3/t·100m(圖1);煤層氣井分別為1.3m3/t·100m和1.89m3/t·100m(圖2)。基于此梯度,計算出不同埋深下3#、15#煤層線性回歸含氣量及其校正系數,即煤層氣井USBM法同煤田勘探鉆孔解吸法實測含氣量的比值,綜合確定3#、15#煤層含氣量平均校正系數分別為1.58和1.26(表2)。

表2 晉城礦區煤層氣含量校正系數計算表

圖1 煤田地質勘探鉆孔實測含氣量與煤層埋深的關系

圖2 煤層氣井實測含氣量與煤層埋深的關系

4.2 潞安礦區

1997～2000年中聯煤層氣公司在潞安礦區施工了T L001、T L002、T L005井、在礦區東部常村礦利用一口煤田勘探孔(O2-3)進行了煤儲層參數測試。2006年潞安礦業集團委托沁水藍焰煤層氣有限責任公司施工了10口煤層氣井,近年來,潞安礦業集團繼續在礦區內進行煤層氣勘探開發活動。此外,東寶能源投資公司在礦區南部進行了煤層氣勘探,并取得了長子煤層氣區塊煤層氣探明儲量。

潞安礦區3#、15#煤層直接法實測含氣量和煤田勘探解吸法實測含氣量與煤層埋深的回歸方程分別為:

3#煤:直接法:Cd=0.00772H+5.1421;

解吸法:Ca=0.0071H+3.4476;

15#煤:直接法:Cd=0.0168H-2.367;

解吸法:Ca=0.027H-7.219.

式中:Cd——直接法實測含氣量,m3/t;

Ca——解吸法實測含氣量,m3/t;

H——煤層埋深,m。

基于此梯度,采用與晉城礦區相同的方法,分別計算出不同埋深下3#、15#煤層線性回歸直接法與解吸法含氣量,得其平均校正系數分別為1.27和1.41。

4.3 陽泉礦區

1996～1997年中國煤田地質總局在北部壽陽韓莊施工4口煤層氣井,1997～1998中聯公司在壽陽深部施工了1號探井,在韓莊井田施工了由3口井組成的小井組,由于水產量大而終止排采試驗;2003年以后,遠東能源公司接任壽陽項目,在韓莊井田施工了3口多分支水平井。韓莊地區3#、15#煤層含氣量與埋深的關系分別為:

3#煤:直接法:Cd=0.0475H-12.203;

解吸法:Ca=0.042H-12.51

15#煤:直接法:Cd=0.034H-5.773;

解吸法:Ca=0.015H+4.206

基于上述方法,計算得出3#、15#煤層平均校正系數分別為1.24和1.26。

5 校正系數影響因素

本次采用含氣梯度法,計算了沁水煤田不同礦區、不同煤級煤層含氣量的校正系數(表2)。結果表明,含氣量校正系數與煤層埋深和煤級有關。3#煤層校正系數隨埋深增加而降低,15#煤層校正系數隨埋深增加而增加(表2);晉城礦區3#煤層(無煙煤三號)校正系數最大,為1.58,陽泉礦區3#煤層(貧煤)最小,為1.24。

表2 沁水煤田主要礦區埋深、煤級、校正系數平均值統計表

6 結論

在分析沁水煤田煤層氣地質背景的基礎上,對比分析了煤田地質勘探解吸法和煤層氣勘探開發美國礦業局直接法實測含氣量的差異,認為解吸法導致實測煤層含氣量偏低;利用梯度法獲得了晉城、潞安、陽泉礦區主采煤層含氣量的校正系數介于1.24～1.58之間;含氣量校正系數受煤層埋深和煤級的控制。

校正系數是針對我國煤炭資源勘探程度高,而煤層氣勘探程度低的實際情況而提出的。利用校正系數可以對以往煤田地質勘探中獲得的含氣量數據進行重新修正,從而更加準確地了解我國煤層氣資源量/儲量狀況。

[1] Diamond,W.P.and J.R.Levine,Direct method determination of the gas content of coal:procedures and results.US Bur.Mines,Rep.Invest.,1981.8515:p.36.

[2] Diamond,W.P.and S.J.Schatzel,Measuring the gas content of coal:A review.International Journal of Coal Geology,1998.35:p.311-331.

[3] 傅雪海,秦勇,韋重韜,等.煤層氣地質學[M].徐州:中國礦業大學出版社,2007.

[4] 劉洪林,李貴忠,王廣俊,等.沁水盆地煤層氣地質特征與開發前景[M].北京:石油工業出版社,2009.

《2010年煤層氣開發利用技術國際研討會》將在湖南長沙召開

“2010年煤層氣開發利用技術國際研討會”將于2010年6月10～11日在湖南長沙通程國際大酒店召開,本次研討會是由國家煤礦安全監察局與美國環保局聯合主辦,國家安全生產監督管理總局信息研究院(煤炭信息研究院)承辦,廈門大學中國能源經濟研究中心協辦。

本屆研討會將邀請聯合國歐盟經濟委員會以及主要產煤國家的煤礦安全瓦斯治理專家做專題報告,介紹當今世界先進煤礦區煤層氣抽放利用技術、低濃度煤層氣及礦井乏風利用技術新進展,交流應用成果。同時還將邀請國內外專家介紹煤層氣優惠政策及如何利用優惠政策促進煤層氣項目開發。

本屆研討會將提供充分的時間讓國內與會專家和代表同國外專家進行廣泛、深入的交流,創建開展國際合作的平臺,提供開展國際項目的契機。每位代表交會議費1800元,住宿費自理。希望參加本次會議的代表,請聯系會議會務組。聯系電話:010-84657948,Email:cbmc@coalinfo.net.cn,網站:www.coalinfo.net.cn

Research on Correction Coefficient of Gas Content in Coal Seams of Qinshui Coalfield

Zhou Baoyan1,2,Fu Xuehai1,2,Zhou Rongfu1,2
(1.Key Laboratory of Ministry of Coalbed Methane Resources&Reservoir Formation Process,Jiangsu 221008;2.School of Mineral Resources and Earth Science,China University of Mining and Technology,Jiangsu 221116)

周寶艷,女,參與了國家重點基礎研究發展規劃項目-“973”煤層氣項目(2009CB219600)和國家自然科學基金項目(40730422和40872104)。

(責任編輯 黃 嵐)