多煤層多級別煤層氣儲量估算方法的應用

翟虎威

（山西省煤炭地質114勘查院，山西長治046000）

1 項目背景及來源

煤層氣（煤礦瓦斯）是賦存于煤層的烴類氣體，是優質清潔能源。加快煤層氣（煤礦瓦斯）開發利用，對保障煤礦安全生產、增加清潔能源供應、減少溫室氣體排放具有重要意義。按照《煤層氣（煤礦瓦斯）開發利用“十三五”規劃》和《山西省煤層氣資源勘查開發規劃（2016-2020）》，鼓勵煤炭礦權人、其他油氣礦權人對本礦區內非重疊區（含煤炭采空區）的煤層氣資源進行開發。

山西藍焰煤層氣集團有限責任公司申報趙莊煤礦采礦權范圍內的煤層氣采礦權，為辦理煤層氣儲量登記的需要，編制了《山西沁水盆地趙莊煤層氣田二疊系山西組3號、石炭系太原組15號煤煤層氣探明儲量復算報告》，山西省自然資源廳以“晉自然資儲備字﹝2019﹞58號”文予以備案。項目的特殊性在于涉及二疊系山西組3號和石炭系太原組15號煤層煤層氣聯合抽采，且兩層煤層煤層氣資源/儲量級別不一致。

2 儲量分類分級

依據《煤層氣資源/儲量規范》（DZ/T 0216-2010），根據勘查開發工程網度和地質認識程度將煤層氣資源/儲量分為探明的、控制的、推斷的和潛在的四級。

探明儲量：在控制的基礎上，通過加密探井工程，并實施煤層氣井排采，查明了煤層的地質特征、儲層及其含氣性的展布規律和開采技術條件（包括儲層物性、產能、壓力系統和流體性質等），證實了勘查范圍內的煤層氣儲量及可采性。儲量的可信系數為0.7~0.9。要有單井產量達到下限標準且連續生產不少于3個月的排采井。本區煤層氣勘查類型為Ⅰ類一型，探明儲量的探井基本井距為3~4km。

控制儲量：在推斷的基礎上，通過加密探井工程，同時部署參數井或在探井中增加參數測試的方法，取得了含氣量、滲透率、儲層壓力等基本參數，基本查明了煤層的地質特征和儲層及其含氣性的展布規律，通過類比和儲層數值模擬等方法了解了典型地質背景下煤層氣單井產能情況和開采技術條件。儲量的可信系數為0.5左右。要有煤層氣參數井。本區煤層氣勘查類型為Ⅰ類一型，控制儲量的探井基本井距為6~8km。

推斷儲量：根據少量的探井工程，初步認識煤層氣資源的分布狀況，大部分儲層參數是根據類比或區域資料分析得到的。儲量的可信系數為0.1~0.2。

潛在資源量：根據區域地質資料進行綜合分析或類比得到的煤層氣資源量。資源量的可信系數小于0.1。

本區3號煤層煤層氣資源/儲量探明達到了探明的要求，15號煤層達到了探明和控制的要求。

3 估算方法與估算單元

3.1 估算方法

煤層氣儲量估算方法主要有體積法、類比法、數值模擬法、產量遞減法等。本次地質儲量的估算方法采用體積法。體積法估算公式：

式中：G——煤層氣地質儲量，108m3；

A——含氣面積，km2；

H——煤層有效厚度，m；

D——煤的視相對密度，t/m3；

C——煤的空氣干燥基含氣量，m3/t。

3.2 估算單元

（1）儲量狀態的界定。區內共施工266口煤層氣井，146口井投入運行，75口井見氣，60口井達產，平均產氣量為210~1340m3/d，累計產氣量0.79×108m3，開發井網基本形成，10個集輸站投入運行。含氣面積內共有煤層氣井198口，109口投入運行，55口井見氣，45口井達產。故儲量狀態界定為已開發儲量。

（2）儲量估算單元的劃分。根據該區煤層氣礦權邊界、煤層穩定性及分布特點、含氣量、勘查認識程度、采空區和構造，綜合確定本區煤層氣儲量估算單元為6個。其中縱向上按3號和15號煤層劃分為2個單元；平面上按氣權邊界內外和儲量級別，3號煤層劃分為2個單元、15號煤層劃分為4個單元。詳見表1。

表1 儲量估算單元劃分依據表

4 估算參數的確定

4.1 含氣面積

（1）確定方法。本次含氣面積是在綜合煤層氣礦權邊界、含氣量下限、凈厚度下限、單井產量下限、采空區、儲量分級和構造七個因素的基礎上，在3號和15號煤層含氣量等值線上圈定的。

①煤層氣礦權邊界：為最新申報的“山西沁水盆地趙莊煤礦煤層氣開采”煤層氣采礦權范圍。

②含氣量下限：本區煤層為貧煤和無煙煤，含氣量下限為8m3/t。

③凈厚度下限：凈厚度下限值為0.5m，但本區凈厚度均大于下限值。

④單井產量下限：煤層埋深小于500m、500~1000m，穩定單井產量分別按500m3/d、1000m3/d為探明儲量起算標準。

⑤采空區：趙莊煤礦開采3號煤層，3號煤層存在采空區，15號煤層不存采空區。

⑥儲量分級：按照Ⅰ類一型的勘查類型，本區基本井距為4000m。3號煤層控制程度全區為探明的；15號煤層分為探明的和控制的，ZZ-046和ZZ-115井的連線外推1/2基本井間距（2000m）圈定為探明的，其余為控制的。

⑦構造：3號煤層斷層和陷落柱外圍30m不計入含氣面積。

（2）參數值選取。根據含氣面積的確定方法，確定本區3號、15號煤層探明含氣面積分別為31.7km2、7.0km2，3號和15號煤層疊合探明含氣面積為31.7km2，詳見表2。

4.2 煤層凈厚度

（1）確定方法。煤層凈厚度是指扣除夾矸層的煤層真厚度，又稱為有效厚度。根據《煤層氣資源/儲量規范》（DZ/T 0216-2010），結合本區實際，煤層凈厚度的下限值確定為0.5m；夾矸的起扣厚度確定為0.05m，小于0.05m的不剔除夾矸厚度，大于0.05m時剔除夾矸厚度。

（2）參數值選取。本區以往施工的煤層氣井及煤田地質孔較多，故本次直接采用算術平均法確定凈厚度值，探明區3號、15號煤層凈厚度值分別為4.5m和3.3m，詳見表2。

表2 估算參數取值表

4.3 含氣量

（1）確定方法。煤層氣井含氣量測定依據《煤層氣含量測定方法》（GB/T 19559-2008），煤田孔瓦斯測定依據《地勘時期煤層瓦斯含量測定方法》（GB/T 23249-2009），前者在采樣工藝、設備、測試方法等條件均優于后者，故前者實測數據要比后者更準確。本次對煤層氣井的含氣量數據直接采用，對煤田孔的瓦斯測試數據選擇性校正后進行采用。

①瓦斯含量校正方法。由于煤田勘探瓦斯孔和煤層氣參數井測試含氣量的方法有所不同，導致瓦斯孔的測試數據普遍偏低，無法直接利用，必須對其進行校正。對比發現，瓦斯含量數據并非全部偏低，對于接近或高于周圍煤層氣井氣含量測值的瓦斯含量數據直接利用。對于大部分偏低的瓦斯含量數據，本次采用煤層氣井與瓦斯孔含氣量算術平均法確定校正系數。本次儲量估算中，求取區塊煤層氣井含氣量的算術平均值與相同范圍內瓦斯孔含氣量的算術平均值，然后求出兩個算術平均值的比值作為校正系數，并對校正后的瓦斯含量值加以利用。3號煤層的校正系數為2.11，15號煤層的校正系數為1.20（表3）。

表3 3號和15號煤層含氣量校正對比表

②含氣量下限值的確定。《煤層氣資源量/儲量規范》（DZ/T 0216-2010）中規定，貧煤—無煙煤（Rmax≥1.9%）空氣干燥基含氣量下限值為8m3/t，本次煤層氣儲量估算采用該值作為含氣量下限值。

（2）參數值選取。本次采用等值線面積權衡法，對3號和15號煤層的煤層氣含氣量進行取值，其探明區面積權衡含氣量值分別為11.1m3/t和10.9m3/t，詳見表2。

4.4 煤的視密度

本次煤層視密度取值仍沿用原報告，即3號煤層視密度值為1.42t/m3，15號煤層為1.46t/m3。

5 儲量估算結果

通過上述煤層氣儲量估算方法，利用確定的含氣面積、煤層凈厚度、含氣量和視密度四個參數取值，對本區的3號和15號煤層進行了煤層氣儲量估算。估算結果為：區內煤層氣地質儲量34.91×108m3，其中探明地質儲量26.16×108m3，控制地質儲量8.75×108m3。詳見表4。

表4 煤層氣儲量估算結果表

另外，對區外單元也進行了煤層氣儲量估算，煤層凈厚度、含氣量和視密度三個估算參數全部沿用原報告。估算結果為：區外煤層氣地質儲量14.73×108m3，其中探明地質儲量11.54×108m3，控制地質儲量3.19×108m3。詳見表5。

表5 區外煤層氣儲量估算結果表

6 總結

在多煤層多級別煤層氣儲量估算中，詳細分析劃定煤層氣儲量單元是基礎，通過面積權衡法詳細確定估算參數，并采用體積法估算煤層氣儲量，估算結果精度高。