淮南煤田潘集深部13-1煤儲層含氣量特征分析

劉士言　魏強　肖睿　王新媛

摘? 要：運用煤層氣含量直接法，并結合地質背景，對淮南煤田潘集深部13-1煤儲層含氣量及其與埋深的關系進行了分析。結果表明：潘集深部13-1煤層氣含量介于9.58m3/t～23.59m3/t之間，平均含量為15.93m3/t。總體看，較大的含氣量數值差異主要由損失氣體量造成。高含氣量樣品集中分布在古溝鄉附近，平面上具有南高北低的特征;縱向上，當埋藏深度在500m以下時，含氣量與埋藏深度具有明顯的正線性相關關系;當埋藏深度超過900m時，含氣量增加速率變慢，含氣量數值趨于定值。對比發現，煤層有效埋藏深度與煤層氣含量關系較埋藏深度更明顯。

關鍵詞：淮南煤田;潘集深部;13-1煤;含氣量

中圖分類號：P618 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）07-0033-03

Abstract： Using the direct method of coalbed methane content and the geological background， the gas content of No.13-1 coal reservoir in the Panji Deep Area of Huainan Coalfield and the relationship with burial depth were analyzed. The results show that No.13-1 coalbed methane content in the Panji Deep Area ranges from 9.58 to 23.59m3/t with an average content of 15.93m3/t. Generally， the large difference in gas content is mainly caused by the lost gas content. High gas content samples are concentrated near Gugou Town， and shows the characteristic of higher values in the south part and lower in the north part. Vertically， when the burial depth is less than 500m， the gas content has a significant positive linear relationship with the burial depth. When the burial depth is greater than 900m， the increase rate of gas content becomes slower， and the value of gas content tends to be a certain value. By contrast， the correlation between the effective burial depth of coal seams and the gas content is more obvious than the burial depth.

Keywords： Huainan Coalfield; Panji Deep Area; No.13-1 coal; gas content

引言

淮南煤田潘集深部是華北南部新發現的深部含煤地塊，具有較為豐富的煤層氣資源。目前，對潘集深部煤儲層中煤層氣資源的系統研究仍舊不足，嚴重阻礙了淮南煤田煤層氣的進一步開發利用。由于煤的變質程度、煤層埋深、地溫、壓力、成煤環境等條件，以及煤層氣在煤孔裂隙系統中的吸附或游離狀態比例的不同，進而煤層含氣量也有所不同[1-3]。本文在前人研究的基礎上，本文采用繩索取芯法進行采樣，采用煤層氣解吸直接法計算潘集礦區深部13-1煤層的含氣量，并與淺部煤層含氣量對比，以分析含氣量與埋藏深度以及有效埋深之間的關系，為淮南礦區深部煤層氣資源評估與勘探開發提供重要的理論依據。

1 地質概況

潘集礦區位于淮南復向斜東段陳橋-潘集背斜轉折端，北以明龍山斷層為界，南與謝橋-古溝向斜相鄰[4]。區域內斷裂構造發育，有29條斷層，整體上呈現“北-中-西”斷層集中構造帶以北部的明龍山斷層和中心區的F66斷層作用最為強烈。陳橋-潘集背斜為NWW軸向，沿走向在研究區東南部與斷層相交，兩翼地層傾角變化平緩但走向變化大，南翼地層走向近EW-NWW向，北翼近SN向。

2 含氣量計算方法

為獲得數據，采樣后立即將煤芯入罐封存，現場在規定的時間內測量氣體解吸，直至7天內平均解吸量為10cm3/天為止，即得解吸氣體量;測量后，將所有煤樣在粉碎機中粉碎2～4小時。然后，將它們放置在恒溫器中，并將溫度設置為煤層的溫度，結束后，估算每個煤樣的殘余氣體含量;使用圖形方法計算損失氣體量：以煤樣品在鉆孔中的解吸時間與暴露時間之和的平方根作為水平坐標，并以給定時間間隔的解吸量作為縱坐標，然后，將與坐標軸對應的測量點繪制在坐標紙上。因此，使用最小二乘法獲得了每個煤樣的損失氣體量。實驗依循國家標準GB/T 23249-2009進行。

3 結果與討論

3.1 13-1煤層含氣量

根據實測數據整理得到了潘集13-1煤層含氣量圖（圖1）。由圖1分析可知13-1煤層解吸氣體量在0.46～2.48m3/t之間，平均值為1.17m3/t;損失氣體量在5.39～15.9m3/t之間，平均值為11.17m3/t;殘余氣體量介于2.43～5.93m3/t之間，平均值為3.59m3/t。煤層氣總含量介于13.17～23.59m3/t，平均含量為15.93m3/t。總體上，13-1煤儲層含氣量面積分布較廣，樣品之間差異較大。值得注意的是，損失氣體量占總含氣量的比重較大，次為殘余氣體量，解吸氣體量最低。此外，除PX-6樣品外，大多數樣品的解吸氣體量均低于2m3/t，而PX-6樣品的損失氣體量和殘余氣體量較高。損失氣體量明顯高于解吸氣體量和殘余氣體量，可以看出每個樣品的氣體含量差異主要由損失氣體量反映出來。從含氣量分布看，潘集礦區煤層氣在平面上呈南高北低分布，高含氣量樣品集中分布在古溝鄉附近，達到23.59m3/t。

3.2 含氣量縱向分布特征

煤層埋深是煤層壓力的來源之一，在預測煤層氣含氣量時是一個不可忽視的因素[5]。上覆松散層厚度與有效埋深不同，含氣量也會受其影響而變化，淺部與深部也有所區別[6]。

圖2a顯示，使用煤層氣直接法計算出的煤層氣含量與煤樣品的埋藏深度存在正相關關系，除了殘余氣體量與損失氣體量和解吸氣體量相對不同，通常在2～6m3/t之間波動，與埋藏深度呈現負相關性。值得注意的是，損失氣體量迅速增加并呈線性上升趨勢，這表明煤層氣的含量取決于鉆孔中煤在外界的暴露時間。解吸氣體量與埋藏深度顯示出弱正相關關系，并且其值比損失氣體量低。由圖2b對比煤層氣含量與埋藏深度的關系，可知上覆巖層的有效埋藏深度與煤層氣含量具有明顯的正相關性。

圖3a顯示了13-1煤層樣品的氣體含量和淺層區域埋藏深度（深度<500m）呈正線性相關關系。此外，深度在1100～1500m的氣體含量基本保持在15～20m3/t，除樣品PX-1和PX-6外，這兩個樣品不僅具有較高的殘余氣體量，而且具有較高的損失氣體量。如圖3b所示，煤層的有效埋藏深度與氣體含量和埋藏深度相比具有更好的對數關系。總體而言，潘集深部地區的實測數據與從淺部區域的延伸擬合曲線相吻合，表明深部區域的氣體含量隨著埋藏深度的增加而增長。但當埋藏深度達到900m時，含氣量增加的趨勢便趨于平緩。

4 結論

（1）淮南煤田潘集深部13-1煤解吸氣體量在0.46～2.48m3/t之間;殘余氣體量介于2.43～5.93m3/t之間;損失氣體量在5.39～15.9m3/t之間，含氣量差異主要由損失量反映出來。煤層氣總含量介于13.17～23.59m3/t，平均含量為15.93m3/t。

（2）縱向上13-1煤層深部區域的氣體含量隨著埋藏深度的增加而增高;當埋藏深度達到900m時，含氣量增加的速率變慢，含氣量數值趨于平緩。淺部500m以淺煤層含氣量與埋藏深度呈正線性相關關系。

參考文獻：

[1]劉貝，黃文輝，敖衛華，等.淮南煤田煤質隨埋深演化特征及煤變質作用研究[J].煤炭科學技術，2014，42（S1）：270-273.

[2]任自強.潘集礦區深部地溫地質特征及地熱資源評價[D].淮南：安徽理工大學，2016.

[3]易小會，隨峰堂，劉昊.潘集外圍煤層氣含量預測研究[J].科技創新與應用，2014（29）：84.

[4]沈雨浩.淮南礦區潘集深部13-1煤煤層氣資源潛力評價[D].淮南：安徽理工大學，2017.

[5]全裕科.影響煤層含氣量若干因素初探[J].天然氣工業，1995（5）：1-5.

[6]魏強.淮南潘集深部煤儲層吸附解吸特征分析[D].淮南：安徽理工大學，2016.