潘集外围煤层气含量预测研究

易小会 随峰堂 刘昊

摘 要：依据潘集一矿、三矿-800米以浅煤层气含量、瓦斯压力、地层温度，通过线性回归分别找出压力、温度与煤层底板深度间的数学模型；结合周边矿区等温吸附实验数据，建立等温吸附常数a与镜质组反射率间的关系以推测深部的郎氏体积；通过langmuir方程推算出潘集外围深部-1000米以深-2000米以浅的煤层气理论含量，在综合考虑煤层底板温度、压力以及镜质组反射率等正、负效应的影响下预测了潘集外围深部煤层气的含量。

关键词：煤层气含量；潘集外围深部；等温吸附实验

引言

潘集煤矿于上世纪七十年代始建，至今已近四十年，随着煤矿开采深度的逐步增加，致使对深部煤层气以及煤炭资源储量的开采成为必然趋势。研究区位于淮南市辖区内的潘集区境内，处于淮南煤田復向斜的东段，陈桥-潘集背斜转折端深部，构造程度相对简单，由于潘集煤矿浅部等温吸附实验数据较少，因此本文参考了地质条件与研究区相似的周边矿区的实验数据，在已有的浅部实测数据的基础上，以潘集煤矿外围8煤层为例采用压力-吸附曲线法，在考虑煤级、压力正效应、温度负效应的影响下[1]，预测了该地区煤层气含量及其平面分布特征。

1 等温吸附常数a

等温吸附常数a又称为langmuir体积，即代表最大甲烷吸附能力，其物理意义是在给定的温度下[1]，煤吸附甲烷达到饱和时的吸附量[2]。

根据周边矿区的各钻孔8煤层等温吸附实验数据，经过线性拟合得出langmuir体积随煤级的增加而增加即有式（1）：

VL.daf=51.9Ro.max-23.21 r2=0.77（1）

式中，VL.daf为langmuir体积，m3/t；Ro.max为镜质组最大反射率，%。

图1 VL.daf与Ro.max的关系

潘谢矿区各个煤层最大镜质组反射率与煤层底板深度的梯度为0.025%/100m（相关系数为0.74），即式（2）：

Ro.max=0.00025H+0.63 r2=0.74（2）

式中，Ro.max为镜质组最大反射率，%；H为煤层底板深度，m。由此可推算底板标高-900米到-2000米Ro.max值即表1：

表1 不同标高langmuir方程各参数值

2 瓦斯压力

煤层瓦斯压力是标志煤层瓦斯流动和赋存状态的一个重要参数[3]。本次使用的瓦斯压力，实测位置及地测点均在石门或岩巷中测得，因此瓦斯压力可视为煤储层压力。通过拟合得出瓦斯压力与埋深间的关系如图2所示，瓦斯压力随埋深的增加而增加，梯度为0.36MPa/100m（式3）。

P=-0.0036h-1.08 r2=0.43（3）

式中P为煤层瓦斯压力，MPa；h为煤层标高，m。不同标高煤层瓦斯压力见表一。

3 含气饱和度

含气饱和度是指煤储层实测含气量与实测储层压力对应的吸附气量之比，常用百分比表示即：

S=Q/V*100%（4）

式中：S为含气饱和度，%；Q为实测含气量，m3/t；V为理论含气量，m3/t；

其中本文选取的实测含气量Q数据有22个，理论含气量通过langmuir方程，利用其对应的储层压力，可求出：

V=VL.daf*P*b/（1+bP）（5）

式中V为理论含气量，m3/t；VL.daf为langmuir体积，m3/t；P为煤层瓦斯压力；b为等温吸附常数，常数VL.daf、b取该地区已实测的等温吸附常数平均值。根据式（3）可求出22个实测点的煤层气含气饱和度，通过拟合可得出其与埋深的线性关系即：

S=1009.84*Ln（H）-704.25 r2=0.93（6）

不同标高下的煤层气含气饱和度见表1。

4 含气量预测

压力-吸附曲线法[4]是利用浅部已知含气量资料结合煤层等温吸附曲线、储层压力梯度来预测深部煤储层含气量。此方法是以煤层含气相对饱和为前提的，因此必须先计算出深部预测区的含气饱和度。研究区预测结果如表2。

表2 潘集外围深部煤层气预测结果表

由表2可知温度影响的负效应、以及压力影响的正效应都随埋深的增加而减小；但以压力影响的正效应为主，从-800m到-2000m正效应梯度从1.60m3/t减小到1.38m3/t，负效应梯度从0.29m3/t减小到0.11m3/t。

参考文献

[1]傅雪海，昊析，权彪，等.淮南潘谢深部煤层含气量预测[C].2008年煤层气学术研讨会论文集.北京：地质出版社，2008.

[2]赵志根，唐修仪.对煤吸附甲烷的Langmuir方程的讨论[J].焦作工学院学报（自然科学版），2002，21（1）：1-4.

[3]郑凯歌，陈庚，胡宝林.基于平衡水吸附实验的深部煤层瓦斯含量预测研究[J].煤炭工程，2013，10（12）.75-77.

[4]周敏，李贵中.深部煤层含气量的预测方法[J].中国煤层气勘探开发技术与产业化，2011.