煤层气资源量计算中的几个
问题
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煤层气资源量计算中的几个问题
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摘要文中对煤层气资源量计算中的几个问题作了探讨, 指出煤层气资源量中的甲烷量是我们计算储量的主要对象, 煤层围岩及不可采煤层中的气体应得到重视, 计算储量时可采用数值模拟法放入开发阶段的储量动态模拟之中。
关键词煤层气资源量计算
1引言
煤层气资源量的大小、分布是煤层气地质评价的重要内容, 也是煤层气开发前进行经济预算的主要依据。
资源量计算的准确与否直接影响到煤层气开发的经济效益。
因此, 煤层气的资源量计算是一个非常值得探讨的问题。
目前, 国内外普遍的作法是以煤样的含气量和煤炭储量的乘积得出, 含气量以混合气体形式计算, 煤炭储量以可采煤层计算, 而已有的实例证明, 这种计算方法往往与气井的实际产量相矛盾。
所以有必要对煤层气资源量计算中的几个问题作进一步讨论。
2煤层气资源量计算中的几个问题
2.1煤层气资源量中的甲烷量
众所周知, 煤层气是一种以甲烷为主的混合气体, 含有甲烷、二氧化碳、氮气、重烃气以及少量的氢气, 一氧化碳, 硫化氢及氩等稀有气体。
煤层气的自然组分一般以甲烷为主, 多在80%以上, 二氧化碳含量大多在5%以下, 甲烷和氮气含量的关系互为消长, 随埋深增加, 甲烷含量增加, 氮气减少。
只有甲烷带中的气体组分才是我们计算储量的主要对象。
目前所报道的煤层气储量是以混合气体形式计算的储量,
这其中的部分储量是非甲烷气体的储量, 因此值得我们注意的是所计算的煤层气资源量并非都是可利用的甲烷量。
特别是对那些非烃类气体含量高的煤层, 有必要对含气量的成分做进一步分析, 计算出混合气体中的甲烷量, 依此作为煤层气资源量评价和勘探开发的依据。
例如我国辽宁抚顺老虎台矿, 解吸煤层气中的二氧化碳含量高达19.51%；安徽淮南谢一矿, 解吸煤层气中的氮气含量高达24.82%, 山东滕南矿区的一些矿井(如付村、田陈)在孔深达500m以下时, 氮气含量仍然高达80%以上。
这种非正常组分的煤层气含量在作储量计算时必须引起注意, 必要时应计算出甲烷量。
2.2煤层围岩中的气体
煤层气是一种自生自储的非常规天然气。
严格来讲, 仅指赋存于煤层中的气体, 不包括煤层围岩中的气体。
当前国内外在计算煤
层气储量时, 也是以煤样的含气量和煤炭储量乘积得出, 实际上并未考虑煤层围岩中的气体, 这在煤层气开发初期是可以理解的, 煤层围岩中的气体可按理论归入常规天然气。
但实际情况并非如此, 美国橡树林煤矿煤层气总储量为4390万m3, 生产煤层气10年后, 对煤层中煤层气含量进行检测, 结果表明, 原地煤层气含量比原来的减少了73%, 相当于在此区内总气量减少了3230万m3。
而在已往10年中, 实际产气量为9060万m3, 总产气量为减少气量的2.8倍, 即10年中采气量有5830万m3来自其它层, 占总采出量的64.3%。
我国阳泉矿务局1985年对12处矿井瓦斯涌出来源进行分析, 来自开采煤层的仅占25%～35%, 而来自围岩及邻近地层的占65%～75%。
因此, 在煤层气开发阶段, 实际采出的煤层气并非仅指煤层中的气体, 这显然出现了与资源量计算上的矛盾。
为了正确评价矿区内煤层气的开发价值, 作出合理的经济预算, 有人认为对煤层围岩中的这部分气体也应加入煤层气资源量计算即:
储量＝煤炭总地质储量×煤层气平均含量＋采气影响范围内岩石总含气量
这种做法为煤层气的后期开发、经济预算提供了更为合乎实际的储量预算, 但也应当看到, 在煤层气开发初期, 要提前预测煤层气采气的影响范围和岩层中的含气量是何等困难。
为解决这一难题, 可将煤层气的储量预算视为动态范畴。
在
开发初期, 资料欠缺的情况下, 按现行的储量计算方法仅对煤层中的煤层气资源量做出计算；进入开发阶段后, 随资料积累、参数增多, 可采用数值模拟法随时对煤层气的资源量进行重新估算, 使之与实际
情况相符合, 并相应地调整煤层气的开发战略, 这样做可以有效地避免煤层气开发初期阶段的风险性。
2.3不可采煤层中的气体
在我国煤炭工业中, 根据现代技术和经济条件一般将煤层
厚度小于0.7m的煤层作为不可采煤层, 也不进行煤炭储量计算。
世界上其它国家作法也基本如此, 如美国将具有资源勘探意义的煤层
规定为单层厚度不小于0.6m的煤层, 对这部分不可采煤层中的气体目前也都未列入煤层气的资源量计算之中。
不可采煤层有两种存在形式, 一种是作为可采煤层的分叉
或尖灭带；另一种是以单一薄层形式赋存于可采煤层的上下方。
因为煤层的出现常以煤层组的方式, 所以在一个主煤层组中, 这种相距较近的不可采薄煤层往往有很多, 它们在煤层气开发中也是一个不可
忽视的资源量。
煤层气开发过程中, 储层强化(造穴、压裂)是一种主要手段。
压裂时, 裂缝方向不仅沿水平方向扩展, 而且可以贯穿煤层顶底板进入相邻地层, 甚至穿过整个煤组并进入相邻煤组。
例如, 美国在岩溪地区进行单煤层进入的多煤层强化(限制进入法完井)时, 在P4井中对黑溪煤组和上覆的玛丽利煤组分别进行强化, 两煤组之间用桥塞
相隔离, 前七个月只有玛丽利煤组生产。
在初始生产期内, 将荧光素染料注入离P4井107m监测井P4M2底部的黑溪煤层中。
两周后, 从玛丽利煤组生产的水中检测到荧光素染料, 表明两煤组之间有水力联系。
生产期间, P4M2井中玛丽利煤组和黑溪煤组的压力
响应曲线也证实了这一点, 尽管在生产井中只从玛丽利煤组抽水, 而监测井中黑溪煤组的压力却一直在下降, 后来对P6、P7井强化时, 底部黑溪煤组中的裂缝不仅穿过两煤组之间61m厚的岩石夹层, 而且向上延伸超过122m, 使两个煤组完全贯通。
这种过量增长的裂缝显然对不可采煤层也起到了连通作用, 使不可采煤层中的气体同时进入了可采储量。
为进一步证实黑溪煤组(共8层薄煤, 单层厚0.3～0.6m, 累计厚度1.8～2.4m)的产气潜力, 研究人员在P2、P3井中分别对两组煤层进行分层生产测试, 同时对6口生产井和3口监测井的气样进行δ13C同位素分析。
结果表明, 采收气体中有35%的气体来自黑溪煤
组, 从而使单独开采玛丽利煤组仅具边缘经济效益的煤层气井具有商业性开发价值。
事实证明, 不可采煤层在煤层气开发过程中有时也会起到非常重要的作用。
因此, 建议将煤组内相距较近的不可采薄煤层在做储量计算时按各单煤层累计厚度计算, 或者参照煤层围岩中气体的计算方法, 放入储量的动态模拟之中。
3结语
煤层气是一种以甲烷为主的混合气体, 其中的甲烷量是我们计算储量的主要对象。
煤层气的赋存状态受多种地质因素所控制, 开采过程中, 煤层气的原始赋存状态被破坏, 引起煤层(包括不可采煤层)及围岩中的气体同时进入可采储量, 这对煤层气开发而言是一个有益贡献, 但要提前预测这部分气资源量的大小尚有许多问题(如含气量、分布范围等), 所以建议将煤层围岩中的气体和不可采煤层中的气体放入开发阶段的储量动态模拟之中, 以减少煤层气开发初期阶段的风险性。
作者单位:王素玲焦作煤炭工业学校
陈江峰潘结南焦作工学院化石燃料研究所参考文献
1地矿部华北石油地质局编.煤层气译文集.河南科学技术出版社, 1990.467～478
2四达矿业公司开发部.矿井煤层气储量计算方法.中国煤层
气, 1996.2, 102～105。