關(guān)于煤層氣含氣量測試結(jié)果的討論

門 鵬 齊德源 馬林軍 牛建魁

(寧夏回族自治區(qū)煤炭地質(zhì)調(diào)查院,寧夏 750001)

1 項目基本情況介紹

《寧夏石嘴山市惠農(nóng)區(qū)煤層氣資源評價及水平井開發(fā)技術(shù)應(yīng)用研究》項目是寧夏石嘴山礦區(qū)開展的第一個煤層氣項目。該項目于2019年在石嘴山礦區(qū)實施了2口煤層氣參數(shù)井參-1、參-2，目的是獲取煤層氣資源評價所需的煤層厚度及埋深、煤層含氣量、等溫吸附曲線、煤層滲透率、煤儲層溫度、含氣飽和度等參數(shù)，為初步評價礦區(qū)煤層氣資源奠定基礎(chǔ)，為后期水平井實施的可行性和條件提供依據(jù)。

石嘴山礦區(qū)位于賀蘭山煤田，寧夏南部，北與內(nèi)蒙古接壤，礦區(qū)地層由老到新發(fā)育有石炭系羊虎溝組、太原組；二疊系山西組、石盒子組、孫家溝組；古近系；第四系。含煤地層為石炭系太原組及二疊系山西組，兩組地層總厚度平均183.02m。其中，太原組平均厚143.10m，山西組平均厚39.92m。共含煤18層，煤層總厚度平均30.68m，含煤系數(shù)為16.8%。煤層自上而下編號者有10層(1、2、3、3下、4、5、6、7、8、9)，3下為不可采，其余為可采、大部可采或局部可采，可采煤層平均總厚為28.75m，可采含煤系數(shù)為15.7%。

2 6號煤層整體情況及含氣量測試結(jié)果

2.1 6號煤層賦存情況

6號煤層厚度7.25～11.25m，上距5號煤層3.65～4.55m，從E線～3線～D線，煤層沿走向自西向東分叉，參-1孔分為6上、6號煤，煤層厚度2.05、7.25m，間距2.65m，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含3～4層炭質(zhì)泥巖、泥巖夾矸，以光亮-半暗型粉狀煤為主，內(nèi)生裂隙發(fā)育。頂板為灰黑色粉砂巖、泥巖，底板為灰黑色厚層粉砂巖。煤層分布連續(xù)，全區(qū)可采，屬穩(wěn)定煤層，本次鉆遇該煤層均可采，是本區(qū)主要開采煤層之一。

2.2 鉆遇6號煤層及采樣測試情況

本次實施的參-1井位于礦區(qū)中部，采用繩索取心鉆進(jìn)，鉆遇6號煤及頂?shù)装迩闆r見表1，中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司技術(shù)人員及測試設(shè)備于2019年6月18日到達(dá)參-1井現(xiàn)場。于8月22～23日對6號煤層進(jìn)行了取心，采取了11個自然解吸氣含量測試樣品，樣品的空氣干燥基氣含量0.37～4.38cm3/g，平均1.71cm3/g；干燥無灰基氣含量0.41～4.84cm3/g，平均2.16cm3/g，詳細(xì)情況見表2。從表中可知6號煤中下部，第4～10個樣品測試結(jié)果較低至無含氣量，下面就其中測試化驗結(jié)果偏低或無氣含量原因進(jìn)行討論、分析。

表1 參-1孔鉆遇6號煤情況統(tǒng)計表

表2 6號煤層煤層氣含量測試結(jié)果表

3 測試結(jié)果分析

根據(jù)表2含氣量測試結(jié)果，相較于參-1孔，含氣量整體偏低，與礦方收集到的資料不符，且6號煤層第4～10個樣品損失氣量、解析氣量及總含氣量均出現(xiàn)不同程度異常，下面就此問題及可能出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析：

3.1 空氣中暴露時間影響

考慮是否煤層采取過程中致使氣體損失。6號煤層采取共歷6個回次(見表3)，鉆進(jìn)時間最短為第一回次37min，最長為第六回次108min(采取煤層底板消耗時間較長)，第4～10組樣品純鉆進(jìn)時間大約60min左右，因鉆進(jìn)時鉆井液循環(huán)，鉆頭附近壓力大于臨界解析壓力，氣體未解析，鉆進(jìn)時間對最終測試結(jié)果影響小。提鉆時間12min左右，裝罐時間4～5min，相比較其他煤層純鉆進(jìn)時間、提鉆時間及裝罐時間均處于中等， 所以因煤層采取及裝罐時間并非使最終測試結(jié)果偏小的直接原因。

表3 6號煤層采取情況統(tǒng)計表

3.2 樣品混入夾矸

考慮是否因為裝罐時混入夾矸或誤裝入夾矸，致使含氣量測試結(jié)果偏差。6號煤層采取多為晚間，會對判別煤層及夾矸有一定影響，加之煤層為碎粒狀，夾矸膠結(jié)松散易碎，容易混入夾矸。

本次地質(zhì)鑒定員皆為具有工作經(jīng)驗員工及中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員共同參與，從裝入樣品的采樣罐重量判斷，表3中第4～10樣品重量均為1000g左右，與其他含氣量測試正常的煤層樣品質(zhì)量分析，裝入的樣品為煤層，混入的夾矸及其有限，通過分析采樣深度對照鉆遇煤層情況統(tǒng)計表，推斷本次所采煤樣深度所在層位均為6號煤煤層段，非夾矸，因此認(rèn)為此項亦非主要原因。

3.3 儲層原因

考慮是否因為儲層原因，煤層自身未伴生煤層氣。本次工作進(jìn)行了全孔地質(zhì)錄井，根據(jù)氣測數(shù)據(jù)顯示，該鉆孔氣測值峰值為6號煤層，且含氣量異常段氣測值保持較高值，未見明顯下降，從煤層氣測井解釋結(jié)果計算得出的結(jié)果分析，6上煤含氣量平均12.96m3/t，6下煤為11.29m3/t，對比其他煤層計算結(jié)果未見明顯異常。從收集到的礦井資料分析，該鉆孔東南邊工作面采煤階段向鉆孔方式施工探井，探井距離6煤層300m左右，含氣量大于11.4m3/t，距礦方提供資料顯示，礦區(qū)東北部瓦斯(煤層氣)含量高于西南部，參-1孔位于參-2孔東北部，但參-1孔含氣量測試結(jié)果整體低于參-2孔測試結(jié)果，綜合分析認(rèn)為，該鉆孔附近煤層氣賦存正常，是否為構(gòu)造影響導(dǎo)致單點異常后面詳細(xì)分析。

3.4 損失氣量計算方法

根據(jù)表2結(jié)果，參-1孔后面樣品解析氣量及損失氣量有明顯的異常，損失氣量計算采用直接法，根據(jù)解析初期解析量與時間平方根成正比，通過標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下累計解析氣量為縱坐標(biāo)，以損失氣時間與解析時間和的平方根為橫坐標(biāo)，將最初30min測定的有效數(shù)據(jù)點外推至零時起點，與縱坐標(biāo)負(fù)軸的截距即為損失量。

筆者認(rèn)為，此方法為理想狀態(tài)下，針對原生結(jié)構(gòu)煤的損失量計算方法，本區(qū)煤為構(gòu)造煤，呈碎粒狀，同等提鉆時間、與空氣暴露時間情況下，逸散速度及逸散氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原生結(jié)構(gòu)煤，且逸散速度跟逸散量隨時間呈下降趨勢，從而使得開始進(jìn)行計數(shù)的最初30min測定的解析氣量減小很多，損失量計算結(jié)果亦相應(yīng)減小，兩者疊加使煤層氣含氣量結(jié)果遠(yuǎn)小于實際儲層含氣量。因此，損失量計算是鉆孔煤層氣含量測試結(jié)果偏低的一個主要原因。

3.5 斷層影響

氣體成分分析，參-2鉆孔、參-1其他煤層CH4濃度85%以上，僅參-1孔6號煤層為51.61%～88.63%，N2濃度為14.71%～28.83%，CO2濃度也有一定增高。異常樣品甲烷濃度53.61%～77.19%， 氮氣濃度最大37.43%，依據(jù)氣體成分分析結(jié)果來看，該鉆孔6、7、9煤層，測試結(jié)果異常的樣品，CH4、N2、CO2濃度亦出現(xiàn)一定變化。

地震資料可知，參-1鉆孔西南部110m左右發(fā)育DF37逆斷層，傾角54°，斷距5～14m，展布方向近北，平面延伸長160m，斷層剖面上從下斷至3煤；鉆孔東部靠南發(fā)育DF41逆斷層，傾向北，傾角27 °，斷距5m，展布方向近東北，延伸長160m，斷層剖面上從下斷至7煤。受到斷層影響，使得煤層中CH4部分被空氣替換，從而使得CH4減少，N2、CO2濃度增加，是否為斷層影響有待進(jìn)一步證實。