关于煤层气含气量测试结果的讨论

门 鹏 齐德源 马林军 牛建魁

(宁夏回族自治区煤炭地质调查院,宁夏 750001)

1 项目基本情况介绍

《宁夏石嘴山市惠农区煤层气资源评价及水平井开发技术应用研究》项目是宁夏石嘴山矿区开展的第一个煤层气项目。该项目于2019年在石嘴山矿区实施了2口煤层气参数井参-1、参-2，目的是获取煤层气资源评价所需的煤层厚度及埋深、煤层含气量、等温吸附曲线、煤层渗透率、煤储层温度、含气饱和度等参数，为初步评价矿区煤层气资源奠定基础，为后期水平井实施的可行性和条件提供依据。

石嘴山矿区位于贺兰山煤田，宁夏南部，北与内蒙古接壤，矿区地层由老到新发育有石炭系羊虎沟组、太原组；二叠系山西组、石盒子组、孙家沟组；古近系；第四系。含煤地层为石炭系太原组及二叠系山西组，两组地层总厚度平均183.02m。其中，太原组平均厚143.10m，山西组平均厚39.92m。共含煤18层，煤层总厚度平均30.68m，含煤系数为16.8%。煤层自上而下编号者有10层(1、2、3、3下、4、5、6、7、8、9)，3下为不可采，其余为可采、大部可采或局部可采，可采煤层平均总厚为28.75m，可采含煤系数为15.7%。

2 6号煤层整体情况及含气量测试结果

2.1 6号煤层赋存情况

6号煤层厚度7.25～11.25m，上距5号煤层3.65～4.55m，从E线～3线～D线，煤层沿走向自西向东分叉，参-1孔分为6上、6号煤，煤层厚度2.05、7.25m，间距2.65m，结构复杂，含3～4层炭质泥岩、泥岩夹矸，以光亮-半暗型粉状煤为主，内生裂隙发育。顶板为灰黑色粉砂岩、泥岩，底板为灰黑色厚层粉砂岩。煤层分布连续，全区可采，属稳定煤层，本次钻遇该煤层均可采，是本区主要开采煤层之一。

2.2 钻遇6号煤层及采样测试情况

本次实施的参-1井位于矿区中部，采用绳索取心钻进，钻遇6号煤及顶底板情况见表1，中煤科工集团西安研究院有限公司技术人员及测试设备于2019年6月18日到达参-1井现场。于8月22～23日对6号煤层进行了取心，采取了11个自然解吸气含量测试样品，样品的空气干燥基气含量0.37～4.38cm3/g，平均1.71cm3/g；干燥无灰基气含量0.41～4.84cm3/g，平均2.16cm3/g，详细情况见表2。从表中可知6号煤中下部，第4～10个样品测试结果较低至无含气量，下面就其中测试化验结果偏低或无气含量原因进行讨论、分析。

表1 参-1孔钻遇6号煤情况统计表

表2 6号煤层煤层气含量测试结果表

3 测试结果分析

根据表2含气量测试结果，相较于参-1孔，含气量整体偏低，与矿方收集到的资料不符，且6号煤层第4～10个样品损失气量、解析气量及总含气量均出现不同程度异常，下面就此问题及可能出现的原因进行分析：

3.1 空气中暴露时间影响

考虑是否煤层采取过程中致使气体损失。6号煤层采取共历6个回次(见表3)，钻进时间最短为第一回次37min，最长为第六回次108min(采取煤层底板消耗时间较长)，第4～10组样品纯钻进时间大约60min左右，因钻进时钻井液循环，钻头附近压力大于临界解析压力，气体未解析，钻进时间对最终测试结果影响小。提钻时间12min左右，装罐时间4～5min，相比较其他煤层纯钻进时间、提钻时间及装罐时间均处于中等， 所以因煤层采取及装罐时间并非使最终测试结果偏小的直接原因。

表3 6号煤层采取情况统计表

3.2 样品混入夹矸

考虑是否因为装罐时混入夹矸或误装入夹矸，致使含气量测试结果偏差。6号煤层采取多为晚间，会对判别煤层及夹矸有一定影响，加之煤层为碎粒状，夹矸胶结松散易碎，容易混入夹矸。

本次地质鉴定员皆为具有工作经验员工及中煤科工集团西安研究院有限公司经验丰富的技术人员共同参与，从装入样品的采样罐重量判断，表3中第4～10样品重量均为1000g左右，与其他含气量测试正常的煤层样品质量分析，装入的样品为煤层，混入的夹矸及其有限，通过分析采样深度对照钻遇煤层情况统计表，推断本次所采煤样深度所在层位均为6号煤煤层段，非夹矸，因此认为此项亦非主要原因。

3.3 储层原因

考虑是否因为储层原因，煤层自身未伴生煤层气。本次工作进行了全孔地质录井，根据气测数据显示，该钻孔气测值峰值为6号煤层，且含气量异常段气测值保持较高值，未见明显下降，从煤层气测井解释结果计算得出的结果分析，6上煤含气量平均12.96m3/t，6下煤为11.29m3/t，对比其他煤层计算结果未见明显异常。从收集到的矿井资料分析，该钻孔东南边工作面采煤阶段向钻孔方式施工探井，探井距离6煤层300m左右，含气量大于11.4m3/t，距矿方提供资料显示，矿区东北部瓦斯(煤层气)含量高于西南部，参-1孔位于参-2孔东北部，但参-1孔含气量测试结果整体低于参-2孔测试结果，综合分析认为，该钻孔附近煤层气赋存正常，是否为构造影响导致单点异常后面详细分析。

3.4 损失气量计算方法

根据表2结果，参-1孔后面样品解析气量及损失气量有明显的异常，损失气量计算采用直接法，根据解析初期解析量与时间平方根成正比，通过标准状态下累计解析气量为纵坐标，以损失气时间与解析时间和的平方根为横坐标，将最初30min测定的有效数据点外推至零时起点，与纵坐标负轴的截距即为损失量。

笔者认为，此方法为理想状态下，针对原生结构煤的损失量计算方法，本区煤为构造煤，呈碎粒状，同等提钻时间、与空气暴露时间情况下，逸散速度及逸散气量远远大于原生结构煤，且逸散速度跟逸散量随时间呈下降趋势，从而使得开始进行计数的最初30min测定的解析气量减小很多，损失量计算结果亦相应减小，两者叠加使煤层气含气量结果远小于实际储层含气量。因此，损失量计算是钻孔煤层气含量测试结果偏低的一个主要原因。

3.5 断层影响

气体成分分析，参-2钻孔、参-1其他煤层CH4浓度85%以上，仅参-1孔6号煤层为51.61%～88.63%，N2浓度为14.71%～28.83%，CO2浓度也有一定增高。异常样品甲烷浓度53.61%～77.19%， 氮气浓度最大37.43%，依据气体成分分析结果来看，该钻孔6、7、9煤层，测试结果异常的样品，CH4、N2、CO2浓度亦出现一定变化。

地震资料可知，参-1钻孔西南部110m左右发育DF37逆断层，倾角54°，断距5～14m，展布方向近北，平面延伸长160m，断层剖面上从下断至3煤；钻孔东部靠南发育DF41逆断层，倾向北，倾角27 °，断距5m，展布方向近东北，延伸长160m，断层剖面上从下断至7煤。受到断层影响，使得煤层中CH4部分被空气替换，从而使得CH4减少，N2、CO2浓度增加，是否为断层影响有待进一步证实。