煤层含气量评价方法研究与应用

梁红艺，谢小国，2，罗 兵，王一鸣

(1.四川省煤田地质局，四川 成都 610072；2.成都理工大学，四川 成都 610059；3.中国石油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010)



煤层含气量评价方法研究与应用

梁红艺1，谢小国1，2，罗 兵1，王一鸣3

(1.四川省煤田地质局，四川 成都 610072；2.成都理工大学，四川 成都 610059；3.中国石油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010)

川南大村勘查区二叠系龙潭组沉积了多套煤层，为了准确预测该区主要煤层的含气量，了解煤层含气量的分布规律，提出一种基于综合因素对含气量影响评价的组合法。该组合法与密度测井、KIM方程以及煤层工业组分等计算方法预测煤层含气量的结果相比，组合法预测含气量的精度高，与测试含气量相关性好。利用组合法对研究区多口井进行分析，揭示了C17煤层含气量的平面分布规律，该煤层含气量较好的区域主要分布于二郞坝向斜西翼，沿核桃坝断层、马桑坪断层、文昌宫断层分布。该方法充分考虑煤层含气量的影响因素，有助于提高煤层含气量的预测精度。

煤层含气量；测井；KIM方程；工业组分；组合法；川南地区

0 引 言

煤层气(即煤层甲烷)是有机质在地质演化过程中经生物成因和热成因形成的以吸附作用为主，赋存于煤储层的一种非常规天然气。煤层气储层既是生气源岩，又是煤层气储集层，裂缝发育，具有双重孔隙结构、非均质性较强等特点[1-5]。作为一种重要的非常规天然气资源，煤层中含气量的大小不仅影响着煤矿生产的安全，同时也是煤层气勘探开发的重要条件[6-7]，因此，对煤层含气量进行定量分析和预测，对于煤层气的赋存规律与分布状态具有重要的指示作用。

四川省川南煤田古叙矿区大村勘查区煤系为上二叠系龙潭组(P3l)，以海陆过渡相含煤沉积为主，岩性为砂泥岩，含多层可采无烟煤，煤的成熟度和生烃率高，具有较丰富的煤层气储量[8-11]。煤层含气量测定方法较多[12-13]，在分析几种常规方法的基础上，提出组合法预测煤层含气量，该方法精度高、适用性强。

1 地质特征

西南地区上二叠统赋存着丰富的煤炭资源[14]，川南地区晚二叠系龙潭组是一套海陆交替相含煤地层，形成于残积平原—湖泊、三角洲和潮坪环境[15-16]。大村勘查区龙潭组属海陆交互相含煤沉积，地层厚度平均为84 m。共含煤层20余层，可对比的有10层，其中，全区可采煤层为3层(C17、C23、C25)，大部分可采煤层为4层(C11、C13、C14、C24)，局部可采煤层为1层(C16)，另有零星可采煤层为2层(C12、C21)。

2 煤层含气量常规评价方法及适应性分析

2.1 密度测井方法预测煤层含气量

测井数据预测煤层含气量的方法比较成熟[17-19]。利用川南煤田古叙矿区大村勘查区含气量解析数据与测井曲线拟合分析，煤层含气量与密度的相关关系如下：

QCDEN=-38.38ρDEN+74.01

(1)

式中：QCDEN为密度测井法计算的煤层吸附气量，m3/t；ρDEN为测井密度，g/cm3，相关系数为0.802。密度测井方法预测含气量见图1a。

密度测井方法具有简单、快速的优点，能够很好地对全部煤层进行处理，但是采用该方法预测煤层含气量，需要较高的测井数据质量。由于西南地区二叠系龙潭组煤系地层易垮塌，导致井身扩径明显，测井数据的预测精度较低。

图1 不同方法预测煤层含气量结果对比分析

2.2 KIM方程计算煤层含气量

KIM方程是将煤层工业分析组分和等温吸附理论相结合计算煤层含气量的方法[20-21]。采用KIM方程的修正形式进行煤层含气量的计算，公式如下：

QCKIM=0.75(1-w-a)×

(2)

式中：QCKIM为KIM方程计算的煤层吸附气量，m3/t；w和a分别为水分和灰分的质量含量；h为地层埋深，m；p0为地表大气压，101.325 kPa；T为地层温度，℃；FC和VM为煤心固定碳和挥发分质量含量，%。KIM方程计算煤层含气量见图1b。

KIM方程适用于以吸附气为主的煤层含气量预测，该方法综合考虑温度、压力、煤层工业组分、煤层埋深等因素对煤层含气量的影响，有利于全面分析煤层含气量的大小。但该方法需要大量的测试数据，各测试数据的准确性都将影响含气量的预测精度。

2.3 煤层工业组分计算煤层含气量

煤层工业组分是评价煤质的主要指标，同时也是影响含气量的重要因素[18，22-23]。利用煤层灰分、固定碳与测试含气量进行多元线性回归分析，公式如下：

QCIC=5.3-0.26Ad+0.25FCd

(3)

式中：QCIC为煤层工业组分计算的煤层吸附气量，m3/t；Ad为煤层灰分体积含量，%；FCd为煤层固定碳体积含量，%。相关系数为0.905。煤层工业组分计算煤层含气量见图1c。

煤层的固定碳、灰分含量与含气量具有较好的相关性，基于煤层工业组分的多元回归能够较直观地定性、定量预测煤层含气量的大小，但该方法同样需要大量的煤层工业组分测试数据。

3 组合法预测煤层含气量

不同含气量预测方法具有不同的适用性，预测精度也存在差异。如果不同方法的适用性能够得到充分利用，局限性得到抑制，将极大地提高煤层含气量的预测精度。基于以上考虑，提出组合法预测煤层含气量。组合法是将密度测井方法、KIM方程和煤层工业组分方法分别预测的煤层含气量值与测试值进行最小二乘法拟合，得到误差最小的预测值。组合法公式如下：

QCW=-2.03+0.54QCDEN+0.62QCKIM-0.06QCIC

(4)

式中：QCW为组合法计算的煤层吸附气量，m3/t，相关系数达到0.933。组合法预测煤层含气量见图1d。

4 组合法与常规方法预测精度对比

4种方法预测煤层含气量精度对比见表1、图1。与常规方法相比，组合法预测煤层含气量的精度得到了很大的提高，精度误差平均为-0.15 m3/t。

表1 煤层含气量预测精度对比

5 组合法应用实例

C17煤层为勘查区内主要可采煤层，煤层较厚，平均为2.29 m，煤层结构变化较大，规律性较明显，煤体结构主要为碎粒煤、粉煤[24]。

利用组合法对研究区81口井的C17煤层的含气量进行预测分析，其中，含气量小于5 m3/t有2口井，含气量在5～10 m3/t有4口井，含气量在10～15 m3/t有22口井，含气量在15～20 m3/t有44口井，含气量在20～25 m3/t有9口井，因此，研究区C17煤层的含气量较高，基本大于10 m3/t(图2)。

从图2可以看出，C17煤层含气量较高的区域主要分布于二郞坝向斜西翼，沿核桃坝断层、马桑坪断层和文昌宫断层分布，地理位置集中在复陶、新华以南，大村以东，中乐南东方向。

6 结 论

(1) 煤层含气量预测方法比较多，密度测井方法能够很好地对全部煤层进行快速处理，含气量较大时，利用测井密度计算的含气量误差相对较小；KIM方程受温度、压力、煤层工业组分、煤层埋深等因素影响，含气量较小时，KIM方程计算的含气量误差值较小；含气量值中等时，基于煤层工业组分的多元回归计算的含气量误差较小。

(2) 组合法是将密度测井方法、KIM方程、煤层工业组分方法进行优化组合来预测煤层含气量，该方法综合考虑了含气量的影响因素，预测结果精度高，效果良好。

(3) 利用组合法对研究区C17煤层的含气量预测结果表明，C17煤层的含气量较高，主要分布于二郞坝向斜西翼，地理位置为复陶、新华以南，大村以东，中乐南东方向。

图2 研究区C17煤层含气量分布规律

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编辑 黄华彪

20151130；改回日期：20160310

四川省地质勘查项目“四川省古蔺县川南煤田古叙矿区大村矿段地质详查”(20081111)

梁红艺(1965-)，男，高级工程师，1990年毕业于佛山地质学院物探专业，现主要从事地球物理勘探与遥感研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.03.010

P631.8

A

1006-6535(2016)03-0044-04