潘集外圍煤層氣含量預測研究

易小會 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)學模型；結合周邊礦區(qū)等溫吸附實驗數(shù)據(jù)，建立等溫吸附常數(shù)a與鏡質組反射率間的關系以推測深部的郎氏體積；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、壓力以及鏡質組反射率等正、負效應的影響下預測了潘集外圍深部煤層氣的含量。

關鍵詞：煤層氣含量；潘集外圍深部；等溫吸附實驗

引言

潘集煤礦于上世紀七十年代始建，至今已近四十年，隨著煤礦開采深度的逐步增加，致使對深部煤層氣以及煤炭資源儲量的開采成為必然趨勢。研究區(qū)位于淮南市轄區(qū)內的潘集區(qū)境內，處于淮南煤田復向斜的東段，陳橋-潘集背斜轉折端深部，構造程度相對簡單，由于潘集煤礦淺部等溫吸附實驗數(shù)據(jù)較少，因此本文參考了地質條件與研究區(qū)相似的周邊礦區(qū)的實驗數(shù)據(jù)，在已有的淺部實測數(shù)據(jù)的基礎上，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、壓力正效應、溫度負效應的影響下[1]，預測了該地區(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]，煤吸附甲烷達到飽和時的吸附量[2]。

根據(jù)周邊礦區(qū)的各鉆孔8煤層等溫吸附實驗數(shù)據(jù)，經(jīng)過線性擬合得出langmuir體積隨煤級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為鏡質組最大反射率，%。

圖1 VL.daf與Ro.max的關系

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

Ro.max=0.00025H+0.63 r2=0.74（2）

式中，Ro.max為鏡質組最大反射率，%；H為煤層底板深度，m。由此可推算底板標高-900米到-2000米Ro.max值即表1：

表1 不同標高langmuir方程各參數(shù)值

2 瓦斯壓力

煤層瓦斯壓力是標志煤層瓦斯流動和賦存狀態(tài)的一個重要參數(shù)[3]。本次使用的瓦斯壓力，實測位置及地測點均在石門或巖巷中測得，因此瓦斯壓力可視為煤儲層壓力。通過擬合得出瓦斯壓力與埋深間的關系如圖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為煤層標高，m。不同標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層實測含氣量與實測儲層壓力對應的吸附氣量之比，常用百分比表示即：

S=Q/V*100%（4）

式中：S為含氣飽和度，%；Q為實測含氣量，m3/t；V為理論含氣量，m3/t；

其中本文選取的實測含氣量Q數(shù)據(jù)有22個，理論含氣量通過langmuir方程，利用其對應的儲層壓力，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)已實測的等溫吸附常數(shù)平均值。根據(jù)式（3）可求出22個實測點的煤層氣含氣飽和度，通過擬合可得出其與埋深的線性關系即：

S=1009.84*Ln（H）-704.25 r2=0.93（6）

不同標高下的煤層氣含氣飽和度見表1。

4 含氣量預測

壓力-吸附曲線法[4]是利用淺部已知含氣量資料結合煤層等溫吸附曲線、儲層壓力梯度來預測深部煤儲層含氣量。此方法是以煤層含氣相對飽和為前提的，因此必須先計算出深部預測區(qū)的含氣飽和度。研究區(qū)預測結果如表2。

表2 潘集外圍深部煤層氣預測結果表

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

參考文獻

[1]傅雪海，昊析，權彪，等.淮南潘謝深部煤層含氣量預測[C].2008年煤層氣學術研討會論文集.北京：地質出版社，2008.

[2]趙志根，唐修儀.對煤吸附甲烷的Langmuir方程的討論[J].焦作工學院學報（自然科學版），2002，21（1）：1-4.

[3]鄭凱歌，陳庚，胡寶林.基于平衡水吸附實驗的深部煤層瓦斯含量預測研究[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測方法[J].中國煤層氣勘探開發(fā)技術與產(chǎn)業(yè)化，2011.