多煤層多級(jí)別煤層氣儲(chǔ)量估算方法的應(yīng)用

翟虎威

（山西省煤炭地質(zhì)114勘查院，山西長(zhǎng)治046000）

1 項(xiàng)目背景及來(lái)源

煤層氣（煤礦瓦斯）是賦存于煤層的烴類(lèi)氣體，是優(yōu)質(zhì)清潔能源。加快煤層氣（煤礦瓦斯）開(kāi)發(fā)利用，對(duì)保障煤礦安全生產(chǎn)、增加清潔能源供應(yīng)、減少溫室氣體排放具有重要意義。按照《煤層氣（煤礦瓦斯）開(kāi)發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》和《山西省煤層氣資源勘查開(kāi)發(fā)規(guī)劃（2016-2020）》，鼓勵(lì)煤炭礦權(quán)人、其他油氣礦權(quán)人對(duì)本礦區(qū)內(nèi)非重疊區(qū)（含煤炭采空區(qū)）的煤層氣資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

山西藍(lán)焰煤層氣集團(tuán)有限責(zé)任公司申報(bào)趙莊煤礦采礦權(quán)范圍內(nèi)的煤層氣采礦權(quán)，為辦理煤層氣儲(chǔ)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(hào)、石炭系太原組15號(hào)煤煤層氣探明儲(chǔ)量復(fù)算報(bào)告》，山西省自然資源廳以“晉自然資儲(chǔ)備字﹝2019﹞58號(hào)”文予以備案。項(xiàng)目的特殊性在于涉及二疊系山西組3號(hào)和石炭系太原組15號(hào)煤層煤層氣聯(lián)合抽采，且兩層煤層煤層氣資源/儲(chǔ)量級(jí)別不一致。

2 儲(chǔ)量分類(lèi)分級(jí)

依據(jù)《煤層氣資源/儲(chǔ)量規(guī)范》（DZ/T 0216-2010），根據(jù)勘查開(kāi)發(fā)工程網(wǎng)度和地質(zhì)認(rèn)識(shí)程度將煤層氣資源/儲(chǔ)量分為探明的、控制的、推斷的和潛在的四級(jí)。

探明儲(chǔ)量：在控制的基礎(chǔ)上，通過(guò)加密探井工程，并實(shí)施煤層氣井排采，查明了煤層的地質(zhì)特征、儲(chǔ)層及其含氣性的展布規(guī)律和開(kāi)采技術(shù)條件（包括儲(chǔ)層物性、產(chǎn)能、壓力系統(tǒng)和流體性質(zhì)等），證實(shí)了勘查范圍內(nèi)的煤層氣儲(chǔ)量及可采性。儲(chǔ)量的可信系數(shù)為0.7~0.9。要有單井產(chǎn)量達(dá)到下限標(biāo)準(zhǔn)且連續(xù)生產(chǎn)不少于3個(gè)月的排采井。本區(qū)煤層氣勘查類(lèi)型為Ⅰ類(lèi)一型，探明儲(chǔ)量的探井基本井距為3~4km。

控制儲(chǔ)量：在推斷的基礎(chǔ)上，通過(guò)加密探井工程，同時(shí)部署參數(shù)井或在探井中增加參數(shù)測(cè)試的方法，取得了含氣量、滲透率、儲(chǔ)層壓力等基本參數(shù)，基本查明了煤層的地質(zhì)特征和儲(chǔ)層及其含氣性的展布規(guī)律，通過(guò)類(lèi)比和儲(chǔ)層數(shù)值模擬等方法了解了典型地質(zhì)背景下煤層氣單井產(chǎn)能情況和開(kāi)采技術(shù)條件。儲(chǔ)量的可信系數(shù)為0.5左右。要有煤層氣參數(shù)井。本區(qū)煤層氣勘查類(lèi)型為Ⅰ類(lèi)一型，控制儲(chǔ)量的探井基本井距為6~8km。

推斷儲(chǔ)量：根據(jù)少量的探井工程，初步認(rèn)識(shí)煤層氣資源的分布狀況，大部分儲(chǔ)層參數(shù)是根據(jù)類(lèi)比或區(qū)域資料分析得到的。儲(chǔ)量的可信系數(shù)為0.1~0.2。

潛在資源量：根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料進(jìn)行綜合分析或類(lèi)比得到的煤層氣資源量。資源量的可信系數(shù)小于0.1。

本區(qū)3號(hào)煤層煤層氣資源/儲(chǔ)量探明達(dá)到了探明的要求，15號(hào)煤層達(dá)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(chǔ)量估算方法主要有體積法、類(lèi)比法、數(shù)值模擬法、產(chǎn)量遞減法等。本次地質(zhì)儲(chǔ)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(zhì)儲(chǔ)量，108m3；

A——含氣面積，km2；

H——煤層有效厚度，m；

D——煤的視相對(duì)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(chǔ)量狀態(tài)的界定。區(qū)內(nèi)共施工266口煤層氣井，146口井投入運(yùn)行，75口井見(jiàn)氣，60口井達(dá)產(chǎn)，平均產(chǎn)氣量為210~1340m3/d，累計(jì)產(chǎn)氣量0.79×108m3，開(kāi)發(fā)井網(wǎng)基本形成，10個(gè)集輸站投入運(yùn)行。含氣面積內(nèi)共有煤層氣井198口，109口投入運(yùn)行，55口井見(jiàn)氣，45口井達(dá)產(chǎn)。故儲(chǔ)量狀態(tài)界定為已開(kāi)發(fā)儲(chǔ)量。

（2）儲(chǔ)量估算單元的劃分。根據(jù)該區(qū)煤層氣礦權(quán)邊界、煤層穩(wěn)定性及分布特點(diǎn)、含氣量、勘查認(rèn)識(shí)程度、采空區(qū)和構(gòu)造，綜合確定本區(qū)煤層氣儲(chǔ)量估算單元為6個(gè)。其中縱向上按3號(hào)和15號(hào)煤層劃分為2個(gè)單元；平面上按氣權(quán)邊界內(nèi)外和儲(chǔ)量級(jí)別，3號(hào)煤層劃分為2個(gè)單元、15號(hào)煤層劃分為4個(gè)單元。詳見(jiàn)表1。

表1 儲(chǔ)量估算單元?jiǎng)澐忠罁?jù)表

4 估算參數(shù)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(quán)邊界、含氣量下限、凈厚度下限、單井產(chǎn)量下限、采空區(qū)、儲(chǔ)量分級(jí)和構(gòu)造七個(gè)因素的基礎(chǔ)上，在3號(hào)和15號(hào)煤層含氣量等值線上圈定的。

①煤層氣礦權(quán)邊界：為最新申報(bào)的“山西沁水盆地趙莊煤礦煤層氣開(kāi)采”煤層氣采礦權(quán)范圍。

②含氣量下限：本區(qū)煤層為貧煤和無(wú)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(qū)凈厚度均大于下限值。

④單井產(chǎn)量下限：煤層埋深小于500m、500~1000m，穩(wěn)定單井產(chǎn)量分別按500m3/d、1000m3/d為探明儲(chǔ)量起算標(biāo)準(zhǔn)。

⑤采空區(qū)：趙莊煤礦開(kāi)采3號(hào)煤層，3號(hào)煤層存在采空區(qū)，15號(hào)煤層不存采空區(qū)。

⑥儲(chǔ)量分級(jí)：按照Ⅰ類(lèi)一型的勘查類(lèi)型，本區(qū)基本井距為4000m。3號(hào)煤層控制程度全區(qū)為探明的；15號(hào)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(gòu)造：3號(hào)煤層斷層和陷落柱外圍30m不計(jì)入含氣面積。

（2）參數(shù)值選取。根據(jù)含氣面積的確定方法，確定本區(qū)3號(hào)、15號(hào)煤層探明含氣面積分別為31.7km2、7.0km2，3號(hào)和15號(hào)煤層疊合探明含氣面積為31.7km2，詳見(jiàn)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(chēng)為有效厚度。根據(jù)《煤層氣資源/儲(chǔ)量規(guī)范》（DZ/T 0216-2010），結(jié)合本區(qū)實(shí)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(shí)剔除夾矸厚度。

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

表2 估算參數(shù)取值表

4.3 含氣量

（1）確定方法。煤層氣井含氣量測(cè)定依據(jù)《煤層氣含量測(cè)定方法》（GB/T 19559-2008），煤田孔瓦斯測(cè)定依據(jù)《地勘時(shí)期煤層瓦斯含量測(cè)定方法》（GB/T 23249-2009），前者在采樣工藝、設(shè)備、測(cè)試方法等條件均優(yōu)于后者，故前者實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)要比后者更準(zhǔn)確。本次對(duì)煤層氣井的含氣量數(shù)據(jù)直接采用，對(duì)煤田孔的瓦斯測(cè)試數(shù)據(jù)選擇性校正后進(jìn)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(shù)井測(cè)試含氣量的方法有所不同，導(dǎo)致瓦斯孔的測(cè)試數(shù)據(jù)普遍偏低，無(wú)法直接利用，必須對(duì)其進(jìn)行校正。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，瓦斯含量數(shù)據(jù)并非全部偏低，對(duì)于接近或高于周?chē)簩託饩畾夂繙y(cè)值的瓦斯含量數(shù)據(jù)直接利用。對(duì)于大部分偏低的瓦斯含量數(shù)據(jù)，本次采用煤層氣井與瓦斯孔含氣量算術(shù)平均法確定校正系數(shù)。本次儲(chǔ)量估算中，求取區(qū)塊煤層氣井含氣量的算術(shù)平均值與相同范圍內(nèi)瓦斯孔含氣量的算術(shù)平均值，然后求出兩個(gè)算術(shù)平均值的比值作為校正系數(shù)，并對(duì)校正后的瓦斯含量值加以利用。3號(hào)煤層的校正系數(shù)為2.11，15號(hào)煤層的校正系數(shù)為1.20（表3）。

表3 3號(hào)和15號(hào)煤層含氣量校正對(duì)比表

②含氣量下限值的確定?！睹簩託赓Y源量/儲(chǔ)量規(guī)范》（DZ/T 0216-2010）中規(guī)定，貧煤—無(wú)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(chǔ)量估算采用該值作為含氣量下限值。

（2）參數(shù)值選取。本次采用等值線面積權(quán)衡法，對(duì)3號(hào)和15號(hào)煤層的煤層氣含氣量進(jìn)行取值，其探明區(qū)面積權(quán)衡含氣量值分別為11.1m3/t和10.9m3/t，詳見(jiàn)表2。

4.4 煤的視密度

本次煤層視密度取值仍沿用原報(bào)告，即3號(hào)煤層視密度值為1.42t/m3，15號(hào)煤層為1.46t/m3。

5 儲(chǔ)量估算結(jié)果

通過(guò)上述煤層氣儲(chǔ)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(gè)參數(shù)取值，對(duì)本區(qū)的3號(hào)和15號(hào)煤層進(jìn)行了煤層氣儲(chǔ)量估算。估算結(jié)果為：區(qū)內(nèi)煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量34.91×108m3，其中探明地質(zhì)儲(chǔ)量26.16×108m3，控制地質(zhì)儲(chǔ)量8.75×108m3。詳見(jiàn)表4。

表4 煤層氣儲(chǔ)量估算結(jié)果表

另外，對(duì)區(qū)外單元也進(jìn)行了煤層氣儲(chǔ)量估算，煤層凈厚度、含氣量和視密度三個(gè)估算參數(shù)全部沿用原報(bào)告。估算結(jié)果為：區(qū)外煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量14.73×108m3，其中探明地質(zhì)儲(chǔ)量11.54×108m3，控制地質(zhì)儲(chǔ)量3.19×108m3。詳見(jiàn)表5。

表5 區(qū)外煤層氣儲(chǔ)量估算結(jié)果表

6 總結(jié)

在多煤層多級(jí)別煤層氣儲(chǔ)量估算中，詳細(xì)分析劃定煤層氣儲(chǔ)量單元是基礎(chǔ)，通過(guò)面積權(quán)衡法詳細(xì)確定估算參數(shù)，并采用體積法估算煤層氣儲(chǔ)量，估算結(jié)果精度高。