沁水煤田煤层含气量校正系数研究

周宝艳 傅雪海 周荣福

(1.煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏 221008;2.中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏 221116)

沁水煤田煤层含气量校正系数研究

周宝艳1,2傅雪海1,2周荣福1,2

(1.煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏 221008;2.中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏 221116)

为了提高沁水煤田煤层气资源/储量预测准确程度,在对比分析我国上世纪煤田地质勘探解吸法和近期煤层气勘探美国矿业局直接法实测含气量差异的基础上,利用梯度法获得了将晋城、潞安、阳泉矿区主采煤层解吸法实测含气量校正为直接法含气量的系数,探讨了含气量校正系数与煤层埋深、煤级的关系。研究成果提高了解吸法实测煤层含气量数据的可靠程度,有助于沁水煤田煤层气资源/储量评价。

沁水煤田 解吸法 直接法 含气量 校正系数

Abstract:In order to improve the estimation accuracyof coalbed methane resources/reserves in Qinshui Coalfield,the paper changed the measured gas content obtained by desorption method to the gas content obtained by direct method in the major mining coal seams using a coefficient acquired by the method of gradient in Jincheng,Lu’an and Yangquan mining areas,based on the comparative analysis of the difference of measured gas content using the desorption method of coalfield geological exploration of last century in China and the direct method of recent coalbed methane exploration of United States Bureau of Mines.The paper also discusses the relationship between the correction coefficient of gas content and the burial depth of coal seam and coal rank.The result has improved the reliability of the gas content obtained by desorption method,which will be helpful to the evaluation of coalbed methane resources/reserves in Qinshui Coalfield.

Keywords:Qinshui Coalfield;desorption method;direct method;gas content;correction coefficient

1 引言

我国煤田地质勘探阶段对煤层气含量的测试经历了真空罐法、集气法和解吸法三个阶段。沁水煤田煤层含气量资料大多是采用上世纪八、九十年代MT/T77-84和MT/T77-94解吸法测试的。近十多年来,煤层气勘探采用的是G B/T19559-2004和G B/T19559-2008,相当于美国矿业局USBM提出的直接法。解吸法由于在非储层温度解吸和现场解吸时间短等原因,导致实测煤层含气量偏低。然而沁水煤田大规模煤田地质勘探已经结束,为了充分利用解吸法获得的大量含气量数据,寻求二者之间的校正系数势在必行。

2 煤层气地质背景

沁水煤田位于山西省东南部,为夹持于不同隆起构造带之间的NE～NNE向展布的宽缓向斜,北为五台山隆起,南为中条隆起,东为太行山隆起,西界由北向南依次为吕梁隆起、晋中断陷、霍山隆起、临汾-运城断陷。区内以低山丘陵为主,山峰与沟谷纵横,山间盆地和河流谷地广布,地形较为复杂。隆起区主要由震旦系～奥陶系地层构成,盆内有二叠～三叠系地层出露,大部分被新近系和第四系地层所覆盖。

下二叠统山西组3#煤层和上石炭统太原组15#煤层,埋深介于200～2000m之间,下二叠统山西组主煤层在晋城、潞安等地区被称为3#煤层,在沁源、安泽、沁水等地区为2#煤层。上石炭统太原组主煤层在晋城、潞安等地区为15#煤层,而在沁源、安泽、沁水为10#煤层,以中-高变质烟煤和无烟煤为主。全煤田地质勘探程度高,多数为精查区和详查区。经过长期煤田地质勘探发现,整个煤田构造简单,煤层含气量较高,煤层气资源量丰富。

3 解吸法与直接法对比研究

解吸法是我国煤田地质勘探中获取煤层气含量的主要测试方法,它与现今所采用的直接法在现场解吸时间、温度等方面存在较大差别(表1)。

表1 解吸法与直接法实测煤层含气量对比表

4 含气量校正系数

含气量校正系数的求取有三种方法,第一种方法为煤层气井与煤田孔算术平均值法,即在煤层气井与煤田孔分布均匀的条件下,分别求同一区块内两种实测含气量的算术平均值,再求出直接法与解吸法的比值作为校正系数;第二种方法为煤层气井与煤田孔含气梯度法,在煤层气井与煤田孔分布均匀的条件下,利用直接法与间接法实测含气量与煤层埋深的梯度关系,分别求出不同埋深下的含气量校正系数;第三种方法为煤层气井与煤田孔面积权衡法,在煤层气井与煤田孔分布不均匀的条件下,利用直接法与解吸法实测含气量数据分别做等值线平面图,并分别计算出含气量面积权衡值及其比值作为校正系数。

本次研究统计了晋城、潞安、阳泉三个矿区解吸法与直接法获得的含气量,采用含气梯度法获得了三个矿区煤层含气量校正系数。

4.1 晋城矿区

基于晋城矿区煤层勘探深度内(200～900m)煤田勘探钻孔、煤层气井实测含气量与煤层埋深相关性研究表明煤田地质勘探钻孔实测3#、15#煤层含气量梯度分别为0.87m3/t·100m和0.73m3/t·100m(图1);煤层气井分别为1.3m3/t·100m和1.89m3/t·100m(图2)。基于此梯度,计算出不同埋深下3#、15#煤层线性回归含气量及其校正系数,即煤层气井USBM法同煤田勘探钻孔解吸法实测含气量的比值,综合确定3#、15#煤层含气量平均校正系数分别为1.58和1.26(表2)。

表2 晋城矿区煤层气含量校正系数计算表

图1 煤田地质勘探钻孔实测含气量与煤层埋深的关系

图2 煤层气井实测含气量与煤层埋深的关系

4.2 潞安矿区

1997～2000年中联煤层气公司在潞安矿区施工了T L001、T L002、T L005井、在矿区东部常村矿利用一口煤田勘探孔(O2-3)进行了煤储层参数测试。2006年潞安矿业集团委托沁水蓝焰煤层气有限责任公司施工了10口煤层气井,近年来,潞安矿业集团继续在矿区内进行煤层气勘探开发活动。此外,东宝能源投资公司在矿区南部进行了煤层气勘探,并取得了长子煤层气区块煤层气探明储量。

潞安矿区3#、15#煤层直接法实测含气量和煤田勘探解吸法实测含气量与煤层埋深的回归方程分别为:

3#煤:直接法:Cd=0.00772H+5.1421;

解吸法:Ca=0.0071H+3.4476;

15#煤:直接法:Cd=0.0168H-2.367;

解吸法:Ca=0.027H-7.219.

式中:Cd——直接法实测含气量,m3/t;

Ca——解吸法实测含气量,m3/t;

H——煤层埋深,m。

基于此梯度,采用与晋城矿区相同的方法,分别计算出不同埋深下3#、15#煤层线性回归直接法与解吸法含气量,得其平均校正系数分别为1.27和1.41。

4.3 阳泉矿区

1996～1997年中国煤田地质总局在北部寿阳韩庄施工4口煤层气井,1997～1998中联公司在寿阳深部施工了1号探井,在韩庄井田施工了由3口井组成的小井组,由于水产量大而终止排采试验;2003年以后,远东能源公司接任寿阳项目,在韩庄井田施工了3口多分支水平井。韩庄地区3#、15#煤层含气量与埋深的关系分别为:

3#煤:直接法:Cd=0.0475H-12.203;

解吸法:Ca=0.042H-12.51

15#煤:直接法:Cd=0.034H-5.773;

解吸法:Ca=0.015H+4.206

基于上述方法,计算得出3#、15#煤层平均校正系数分别为1.24和1.26。

5 校正系数影响因素

本次采用含气梯度法,计算了沁水煤田不同矿区、不同煤级煤层含气量的校正系数(表2)。结果表明,含气量校正系数与煤层埋深和煤级有关。3#煤层校正系数随埋深增加而降低,15#煤层校正系数随埋深增加而增加(表2);晋城矿区3#煤层(无烟煤三号)校正系数最大,为1.58,阳泉矿区3#煤层(贫煤)最小,为1.24。

表2 沁水煤田主要矿区埋深、煤级、校正系数平均值统计表

6 结论

在分析沁水煤田煤层气地质背景的基础上,对比分析了煤田地质勘探解吸法和煤层气勘探开发美国矿业局直接法实测含气量的差异,认为解吸法导致实测煤层含气量偏低;利用梯度法获得了晋城、潞安、阳泉矿区主采煤层含气量的校正系数介于1.24～1.58之间;含气量校正系数受煤层埋深和煤级的控制。

校正系数是针对我国煤炭资源勘探程度高,而煤层气勘探程度低的实际情况而提出的。利用校正系数可以对以往煤田地质勘探中获得的含气量数据进行重新修正,从而更加准确地了解我国煤层气资源量/储量状况。

[1] Diamond,W.P.and J.R.Levine,Direct method determination of the gas content of coal:procedures and results.US Bur.Mines,Rep.Invest.,1981.8515:p.36.

[2] Diamond,W.P.and S.J.Schatzel,Measuring the gas content of coal:A review.International Journal of Coal Geology,1998.35:p.311-331.

[3] 傅雪海,秦勇,韦重韬,等.煤层气地质学[M].徐州:中国矿业大学出版社,2007.

[4] 刘洪林,李贵忠,王广俊,等.沁水盆地煤层气地质特征与开发前景[M].北京:石油工业出版社,2009.

《2010年煤层气开发利用技术国际研讨会》将在湖南长沙召开

“2010年煤层气开发利用技术国际研讨会”将于2010年6月10～11日在湖南长沙通程国际大酒店召开,本次研讨会是由国家煤矿安全监察局与美国环保局联合主办,国家安全生产监督管理总局信息研究院(煤炭信息研究院)承办,厦门大学中国能源经济研究中心协办。

本届研讨会将邀请联合国欧盟经济委员会以及主要产煤国家的煤矿安全瓦斯治理专家做专题报告,介绍当今世界先进煤矿区煤层气抽放利用技术、低浓度煤层气及矿井乏风利用技术新进展,交流应用成果。同时还将邀请国内外专家介绍煤层气优惠政策及如何利用优惠政策促进煤层气项目开发。

本届研讨会将提供充分的时间让国内与会专家和代表同国外专家进行广泛、深入的交流,创建开展国际合作的平台,提供开展国际项目的契机。每位代表交会议费1800元,住宿费自理。希望参加本次会议的代表,请联系会议会务组。联系电话:010-84657948,Email:cbmc@coalinfo.net.cn,网站:www.coalinfo.net.cn

Research on Correction Coefficient of Gas Content in Coal Seams of Qinshui Coalfield

Zhou Baoyan1,2,Fu Xuehai1,2,Zhou Rongfu1,2
(1.Key Laboratory of Ministry of Coalbed Methane Resources&Reservoir Formation Process,Jiangsu 221008;2.School of Mineral Resources and Earth Science,China University of Mining and Technology,Jiangsu 221116)

周宝艳,女,参与了国家重点基础研究发展规划项目-“973”煤层气项目(2009CB219600)和国家自然科学基金项目(40730422和40872104)。

(责任编辑 黄 岚)