新疆庫拜煤田A5煤層含氣量建模方法

王月江+楊明明+張娜

摘要： 煤層氣是一種優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保的潔凈能源，煤層含氣量是評價煤層氣區(qū)塊優(yōu)劣的重要指標(biāo)，也是煤層氣資源儲量計算的重要參數(shù)。本文采用地質(zhì)多元統(tǒng)計分析，對新疆庫拜煤田A5煤層的埋深、灰分、水分、鏡質(zhì)組反射率等含氣量因素進行篩選，并對主要因素進行多元回歸，建立煤層含氣量模型，通過驗證，誤差平均為-1.52%，效果較好，有利于在庫拜煤田進行含氣量預(yù)測，對煤層氣選區(qū)具有指導(dǎo)意義。

Abstract： Coalbed methane is a kind of high quality， high efficiency and environmentally friendly clean energy. Methane content is an important index to evaluate the quality of coalbed methane block， and it is also an important parameter of coalbed methane reserve. In this paper， the geology and multivariate statistical analysis was used to screen the gas content of the buried seam， ash， moisture and vitrinite reflectance of the A3 coalbed in Xinjiang， and the main factors were analyzed by multiple factors. The coalbed gas content model is established. Through verification， the average error is -1.52% and the effect is good， which is conducive to the gas prediction in Kubai coalfield. It is of guiding significance for coalbed methane region selection.

關(guān)鍵詞： 庫拜煤田；A5煤層；含氣量預(yù)測；多元統(tǒng)計

Key words： Kubai coalfield；A5 coalbed；methane content prediction；multivariate statistics

中圖分類號：P641.4+61 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）32-0157-03

0 引言

煤層含氣量是指噸煤中含甲烷、二氧化碳、氮氣及少量一氧化碳和稀有氣體所占的體積[1]。其主要成分以甲烷含量最高，是煤儲層儲集性能的基本指標(biāo)，是煤層氣選區(qū)評價的重要指標(biāo)，也是煤層氣資源/儲量計算的重要參數(shù)。

目前獲取含氣量的方法主要為實測法、推測法和類比法。實測法：通常采用參數(shù)井進行鉆孔取芯進行含氣量測試確定其實測數(shù)值，但參數(shù)井?dāng)?shù)量有限，無法對全區(qū)進行含氣量的全面分析。推測法：還可根據(jù)已獲得的淺部計算單元內(nèi)含氣量與深度關(guān)系為前提，推算地質(zhì)條件相似的深部計算單元內(nèi)的含氣量值；類比法：在缺乏煤層含氣量實測值的計算單元，可以類比相鄰或地質(zhì)條件相似、具有相同埋深范圍的區(qū)塊的含氣量值。其共同的缺點就是只能表達空間上一個變量和含氣量之間的關(guān)系，不夠貼切實際，無法滿足空間上儲層各個因素的精細描述[3]。

在分析了目前含氣量獲取方法的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，本文以新疆庫拜煤田主要的目標(biāo)開發(fā)煤層A5煤層為研究對象，結(jié)合獲取的煤層氣相關(guān)參數(shù)和實際測試的含氣量數(shù)據(jù)，采用多元統(tǒng)計的方法對庫拜煤田A5煤層建立含氣量預(yù)測模型。

1 庫拜煤田煤層氣地質(zhì)特征

庫拜煤田總體為構(gòu)造形態(tài)為一向南傾斜的單斜構(gòu)造，地層總體為近東西走向，向南傾斜，傾角一般30°～80°，局部地段地層直立倒轉(zhuǎn)，具有東陡、西緩、中部直立倒轉(zhuǎn)的變化規(guī)律，斷層不發(fā)育。

庫拜煤田主要發(fā)育的地層由老至新依次為二迭系（P）、三疊系（T）、侏羅系（J）、白堊系（E）、古近系（E）、新近系（N）及第四系（Q）。其中侏羅系下統(tǒng)塔里奇克組（J1t）、下統(tǒng)陽霞組（J1y）、中統(tǒng)克孜努爾組（J2K）為主要的含煤地層。

庫拜煤田煤層氣開發(fā)的目的層系為侏羅系下統(tǒng)塔里奇克組（J1t）的A10、A5煤層。其中A5煤層平均厚度3.20米，結(jié)構(gòu)簡單，屬于較穩(wěn)定煤層。煤層底板為深灰色的粉砂巖、細砂巖，頂板為粗砂巖、粉砂巖、細砂巖。煤變質(zhì)程度較高，變質(zhì)階段多為Ⅲ階，主要為焦煤；煤層含氣量為1.68～10.42 m3/t，平均6.89m3/t[4]。本文主要研究庫拜煤田A5煤層含氣量與埋深、水分、灰分的關(guān)系模型。

2 庫拜煤田A5 煤層含氣量模型的建立

2.1 方法的選擇

地質(zhì)多元統(tǒng)計法是數(shù)學(xué)應(yīng)用統(tǒng)計方法在地質(zhì)問題上研究的統(tǒng)稱，一般采用的地質(zhì)多元統(tǒng)計法有回歸分析法、地質(zhì)因子分析法、相關(guān)分析法、模糊統(tǒng)計法等。

通常，地質(zhì)因子之間的關(guān)系是十分復(fù)雜相互關(guān)聯(lián)的，有些關(guān)聯(lián)的緊密有些不緊密，有些呈現(xiàn)正相關(guān)有些相反，往往一個變量不僅受某個主要因素的約束，而是隨多個地質(zhì)變量的變化而變化，并且不可能用某一個確定的函數(shù)關(guān)系式來表示。因此，通常會選用回歸分析法來反映一個變量和其他變量之間的函數(shù)關(guān)系。

本文主要采用回歸分析中的一元回歸和多元回歸方法分析氣含量和主要影響因素之間的關(guān)系，進一步確立含氣量預(yù)測模型。首先，通過煤層氣含量與相關(guān)影響因素的一元回歸散點圖來判斷影響氣含量的主要因素，進而通過多元回歸來建立氣含量的預(yù)測模型。采用相關(guān)性檢驗和F檢驗對其相關(guān)性進行檢驗。R2為自變量和因變量的相關(guān)系數(shù)，檢驗自變量和因變量的相關(guān)關(guān)系是否密切，F(xiàn)值檢驗，是用統(tǒng)計的方法檢驗兩者之間的密切關(guān)系，只有方程顯著的情況下，才認為方程有意義[5]。endprint

2.2 煤層含氣量影響因素分析

影響煤層含氣量高低的因素很多，因為煤層是煤層氣的生氣層亦是儲集層。其生氣能力與成煤物質(zhì)、煤變質(zhì)程度等有關(guān)；儲氣能力與煤的變質(zhì)程度、煤巖成分、氣體壓力等有關(guān)，而壓力又與煤儲層的埋深、區(qū)域水文地質(zhì)條件等有關(guān)；煤中礦物質(zhì)種類、含量、賦存形式等直接關(guān)系煤儲層含氣量的高低；除煤層自身的條件外，煤儲層的保存條件、構(gòu)造等對煤層含氣量也有重要的影響[6]。

本次工作收集庫拜煤田A5煤層甲烷含量測試數(shù)據(jù)，煤巖煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)，篩選數(shù)據(jù)，并依次進行影響因素和含氣量的一元線性回歸，進行相關(guān)性分析。發(fā)現(xiàn)埋深、灰分、水分、孔隙度分別與含氣量相關(guān)性較好。

2.2.1 總含氣量與埋深的關(guān)系

建立總含氣量與深度的一元回歸方程為：Y=8E-05e0.013x，經(jīng)過計算，相關(guān)性系數(shù)R2為 0.8031，相關(guān)性很高，F(xiàn)值為59.30，若取顯著性水平為0.1，查得F0.1（1，18）=3.007

2.2.2 總含氣量與水分的關(guān)系

建立水分與含氣量的一元回歸方程為：Y=-7.9016X+12.246，經(jīng)過計算，相關(guān)性系數(shù)R2為 0.7031，相關(guān)性很高，F(xiàn)值為65.80，若取顯著性水平為0.1，查得F0.1（1，22）=2.949

2.2.3 總含氣量與灰分的關(guān)系

建立含氣量與灰分的一元回歸方程為：Y=-0.0939X+9.9361，經(jīng)過計算，相關(guān)性系數(shù)R2為0.5106，相關(guān)性很高，F(xiàn)值為18.78，若取顯著性水平為0.1，查得F0.1（1，18）=3.007

2.2.4 總含氣量與孔隙度的關(guān)系

建立總含氣量與孔隙度一元回歸方程為：Y=108.39X-0.5747，經(jīng)過計算，相關(guān)性系數(shù)R2為0.8292，相關(guān)性很高，F(xiàn)值為92.24，若取顯著性水平為0.1，查得F0.1（1，18）=2.990

2.3 多元回歸模型的建立

本文將煤層含氣量作為因變量，將埋深、水分、灰分、孔隙度作為自變量，建立因變量與多個自變量的回歸關(guān)系，可以得到一個多元的回歸模型。下式是總含氣量（Y）隨埋深（X1）、水分（X2）、灰分（X3）、孔隙度（X4）變化而變化的回歸多元預(yù)測方程：Y=-16.32000712+0.017357175X1+1.074387X2-0.02764X3+127.0078X4

回歸方程的相關(guān)性系數(shù)r2為 0.987 ，說明自變量與因變量的線性關(guān)系較密切。對方程進行進一步的 F檢驗，經(jīng)過計算可以得出 F=96.27，若取顯著性水平為 0.10，查得 F0.10（4，27）=3.520

為了對比分析一元回歸模型和多元回歸模型的預(yù)測結(jié)果，計算每種預(yù)測方法與實際氣含量的誤差，對比結(jié)果：多元回歸法計算的誤差平均為 -1.52%；利用埋深計算氣含量的誤差為 -8.49%；利用水分含量計算氣含量的誤差為-7.62%；利用灰分計算氣含量的誤差為-1.87%。由此可以看出，利用多元回歸的方法進行氣含量預(yù)測比一元回歸的方法稍好。

3 結(jié)論

目前，煤層氣儲層的地質(zhì)建模發(fā)展迅速，利用數(shù)學(xué)地質(zhì)的方法更加精確、精細的描述地質(zhì)變量的相互關(guān)系越來越廣泛，特別是地質(zhì)多元統(tǒng)計法利用多個相互影響的地質(zhì)因子預(yù)測更為精確的煤層氣含量的方法，勢必在今后煤層氣儲層評價中得到進一步應(yīng)用。一元回歸是多元回歸的基礎(chǔ)，含氣量由多因素相互影響，庫拜煤田A5煤層，在現(xiàn)有參數(shù)分析的情況下，建立多元回歸預(yù)測模型，對庫拜煤田煤層氣選區(qū)具有指導(dǎo)意義。隨著庫拜煤田煤層氣參數(shù)井的增多和參數(shù)的影響因素分析，需要對對已獲取的參數(shù)進行不斷的修正，預(yù)測模型進一步細化。

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