平頂山礦區煤層氣有利可采區段優選分析

彭倫 傅雪海 邊 兵 羅 斌 張俊凡

(1.中國礦業大學資源與地球科學學院,江蘇 221116;2.平頂山天安煤業股份有限公司十一礦,河南 467047)

平頂山礦區煤層氣有利可采區段優選分析

彭倫1傅雪海1邊 兵2羅 斌1張俊凡1

(1.中國礦業大學資源與地球科學學院,江蘇 221116;2.平頂山天安煤業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,建立煤層氣區段開采潛力的分級分類方案,進而結合煤層氣地質背景分析,優選出煤層氣開采潛力相對較大的井田或區段。結果顯示:首一井田為平頂山礦區煤層氣地面開采的首選或相對最為有利的地區,13礦為可能有利地區,11礦和10-12-8礦為較為有利的地區,首二井田和1-4-6礦地區可能不利于煤層氣的地面開發。

平頂山 煤層氣 滲流 優選

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,決定一個地區煤層氣資源是否具有開采價值的地質因素包括構造復雜程度、水文地質條件、氣田(本文中將一個井田視為一個氣田規模)和煤層允許氣體解吸滲流的難易程度。對于平頂山礦區而言,本文涉及內容的幾乎是-1200m以淺的地質情況,構造及水文地質條件均相對簡單。因此,影響本礦區煤層氣地質選區的主要地質因素是氣田規模和煤層允許氣體解吸滲流的難易程度。

2 煤層氣選區地質參數

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(表1),建立煤層氣區段開采潛力的分級分類方案,進而結合煤層氣地質背景分析,優選出煤層氣開采潛力相對較大的井田或區段。

表1 平頂山礦區煤層氣可采區段優選參數

3 煤層氣可采區段優選流程

對于平頂山礦區,本文基于上述原理分析設計了“分步篩選”的方法流程,擬分三個步驟對煤層氣可采區段進行優選。

第一步驟,煤層氣田規模優選。如果煤層氣資源沒有一定規模,則缺乏地面開采的經濟價值。如果資源不達到一定豐度,限定到一定排采半徑內的煤層氣井就難以獲得高產煤層氣流,同樣缺乏地面開采的資源條件。如果要在給定的礦區或地區進行區段優選,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,從中優選出規模相對較大的區段。對于研究區,各井田主要煤層的煤層氣地質資源量分布在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,以煤層氣地質資源量40億m3和資源豐度0.7億m3/km2為界,將氣田規模劃分為G1～G4四個類型(表2)。顯然,G1類型資源量小且資源豐度低,氣田規模相對較小,沒有繼續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程序中進一步考察優選。

表2 平頂山礦區煤層氣田(井田)規模類型

第二步驟,煤層氣解吸能力優選。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。根據等溫吸附數據、實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,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。盡管本區主要煤層臨儲壓力比很低,臨界解吸壓力遠遠低于儲層壓力,但不同井田之間仍然存在一定差別。在此基礎上,對于第一步驟優選出三種規模類型,進一步采用等分方法,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價值相對較低,在優選中應予以篩出;J2、J3、J4三種類型可進入下一步驟的優選考察程序。

表3 平頂山礦區主要煤層等溫吸附參數

表4 平頂山礦區主要煤層的煤層氣解吸能力類型

第三步驟,煤層氣滲流能力優選。在具有一定資源規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。迄今為止,平頂山礦區只有1口煤層氣井(首山勘探區1511井)的試井滲透率。礦井下測量的煤層透氣性數據雖多,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育狀況、構造應力場特征等角度得出的預測結果,對煤層滲透率進行定性評價。因此,如果通過前兩個步驟優選出來的區段的煤層滲透率相對較好,則其為本區有利于地面開發的煤層氣區段;否則,這樣的區段同樣沒有地面開發價值。

4 煤層氣有利可采區段預測

依據表2中規定的分類方案及表1中給出的基本數據,繪制出平頂山礦區煤層氣田規模分類圖解(圖1)。結果顯示:1-4-6礦地區和首二井田屬于G1規模類型,前者煤層氣地質資源量和資源豐度均相對較低,后者雖有一定資源量規模,但資源豐度相對較低;13礦井田、11礦井田和10-12-8礦地區分別屬于G2和G3規模類型,前者煤層氣地質資源量雖高但資源豐度相對較低,后兩者雖然資源量規模相對較小,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礦地區和首二井田在本步驟優選中應予淘汰,而其他四個井田或地區則將進入下一步驟的優選與考察。

圖1 平頂山礦區煤層氣田(井田)分類圖解

在上述優選結果的基礎上,進一步基于有利區段優選基本參數和解吸能力類型分類方案(表1,表4),得到平頂山礦區煤層氣解吸能力分類圖解(圖2)。圖解結果表明:本區缺失J2、J3類型;13礦井田、11礦井田、10-12-8礦地區全為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,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。

圖2 平頂山礦區煤層氣解吸能力分類圖解

基于上述兩個步驟優選結果,進一步考察不同井田或地區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,當屬本礦區煤層氣地面開采有利區段;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.煤層氣地質學[M].徐州:中國礦業大學出版社,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)資助。

彭倫,男,中國礦業大學礦產普查與勘探碩士生,研究方向煤層氣地質。

(責任編輯 劉 馨)