新疆库拜煤田A5煤层含气量建模方法

王月江+杨明明+张娜

摘要： 煤层气是一种优质、高效、环保的洁净能源，煤层含气量是评价煤层气区块优劣的重要指标，也是煤层气资源储量计算的重要参数。本文采用地质多元统计分析，对新疆庫拜煤田A5煤层的埋深、灰分、水分、镜质组反射率等含气量因素进行筛选，并对主要因素进行多元回归，建立煤层含气量模型，通过验证，误差平均为-1.52%，效果较好，有利于在库拜煤田进行含气量预测，对煤层气选区具有指导意义。

Abstract： Coalbed methane is a kind of high quality， high efficiency and environmentally friendly clean energy. Methane content is an important index to evaluate the quality of coalbed methane block， and it is also an important parameter of coalbed methane reserve. In this paper， the geology and multivariate statistical analysis was used to screen the gas content of the buried seam， ash， moisture and vitrinite reflectance of the A3 coalbed in Xinjiang， and the main factors were analyzed by multiple factors. The coalbed gas content model is established. Through verification， the average error is -1.52% and the effect is good， which is conducive to the gas prediction in Kubai coalfield. It is of guiding significance for coalbed methane region selection.

关键词： 库拜煤田；A5煤层；含气量预测；多元统计

Key words： Kubai coalfield；A5 coalbed；methane content prediction；multivariate statistics

中图分类号：P641.4+61 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）32-0157-03

0 引言

煤层含气量是指吨煤中含甲烷、二氧化碳、氮气及少量一氧化碳和稀有气体所占的体积[1]。其主要成分以甲烷含量最高，是煤储层储集性能的基本指标，是煤层气选区评价的重要指标，也是煤层气资源/储量计算的重要参数。

目前获取含气量的方法主要为实测法、推测法和类比法。实测法：通常采用参数井进行钻孔取芯进行含气量测试确定其实测数值，但参数井数量有限，无法对全区进行含气量的全面分析。推测法：还可根据已获得的浅部计算单元内含气量与深度关系为前提，推算地质条件相似的深部计算单元内的含气量值；类比法：在缺乏煤层含气量实测值的计算单元，可以类比相邻或地质条件相似、具有相同埋深范围的区块的含气量值。其共同的缺点就是只能表达空间上一个变量和含气量之间的关系，不够贴切实际，无法满足空间上储层各个因素的精细描述[3]。

在分析了目前含气量获取方法的优缺点的基础上，本文以新疆库拜煤田主要的目标开发煤层A5煤层为研究对象，结合获取的煤层气相关参数和实际测试的含气量数据，采用多元统计的方法对库拜煤田A5煤层建立含气量预测模型。

1 库拜煤田煤层气地质特征

库拜煤田总体为构造形态为一向南倾斜的单斜构造，地层总体为近东西走向，向南倾斜，倾角一般30°～80°，局部地段地层直立倒转，具有东陡、西缓、中部直立倒转的变化规律，断层不发育。

库拜煤田主要发育的地层由老至新依次为二迭系（P）、三叠系（T）、侏罗系（J）、白垩系（E）、古近系（E）、新近系（N）及第四系（Q）。其中侏罗系下统塔里奇克组（J1t）、下统阳霞组（J1y）、中统克孜努尔组（J2K）为主要的含煤地层。

库拜煤田煤层气开发的目的层系为侏罗系下统塔里奇克组（J1t）的A10、A5煤层。其中A5煤层平均厚度3.20米，结构简单，属于较稳定煤层。煤层底板为深灰色的粉砂岩、细砂岩，顶板为粗砂岩、粉砂岩、细砂岩。煤变质程度较高，变质阶段多为Ⅲ阶，主要为焦煤；煤层含气量为1.68～10.42 m3/t，平均6.89m3/t[4]。本文主要研究库拜煤田A5煤层含气量与埋深、水分、灰分的关系模型。

2 库拜煤田A5 煤层含气量模型的建立

2.1 方法的选择

地质多元统计法是数学应用统计方法在地质问题上研究的统称，一般采用的地质多元统计法有回归分析法、地质因子分析法、相关分析法、模糊统计法等。

通常，地质因子之间的关系是十分复杂相互关联的，有些关联的紧密有些不紧密，有些呈现正相关有些相反，往往一个变量不仅受某个主要因素的约束，而是随多个地质变量的变化而变化，并且不可能用某一个确定的函数关系式来表示。因此，通常会选用回归分析法来反映一个变量和其他变量之间的函数关系。

本文主要采用回归分析中的一元回归和多元回归方法分析气含量和主要影响因素之间的关系，进一步确立含气量预测模型。首先，通过煤层气含量与相关影响因素的一元回归散点图来判断影响气含量的主要因素，进而通过多元回归来建立气含量的预测模型。采用相关性检验和F检验对其相关性进行检验。R2为自变量和因变量的相关系数，检验自变量和因变量的相关关系是否密切，F值检验，是用统计的方法检验两者之间的密切关系，只有方程显著的情况下，才认为方程有意义[5]。endprint

2.2 煤层含气量影响因素分析

影响煤层含气量高低的因素很多，因为煤层是煤层气的生气层亦是储集层。其生气能力与成煤物质、煤变质程度等有关；储气能力与煤的变质程度、煤岩成分、气体压力等有关，而压力又与煤储层的埋深、区域水文地质条件等有关；煤中矿物质种类、含量、赋存形式等直接关系煤储层含气量的高低；除煤层自身的条件外，煤储层的保存条件、构造等对煤层含气量也有重要的影响[6]。

本次工作收集库拜煤田A5煤层甲烷含量测试数据，煤岩煤质分析数据，筛选数据，并依次进行影响因素和含气量的一元线性回归，进行相关性分析。发现埋深、灰分、水分、孔隙度分别与含气量相关性较好。

2.2.1 总含气量与埋深的关系

建立总含气量与深度的一元回归方程为：Y=8E-05e0.013x，经过计算，相关性系数R2为 0.8031，相关性很高，F值为59.30，若取显著性水平为0.1，查得F0.1（1，18）=3.007

2.2.2 总含气量与水分的關系

建立水分与含气量的一元回归方程为：Y=-7.9016X+12.246，经过计算，相关性系数R2为 0.7031，相关性很高，F值为65.80，若取显著性水平为0.1，查得F0.1（1，22）=2.949

2.2.3 总含气量与灰分的关系

建立含气量与灰分的一元回归方程为：Y=-0.0939X+9.9361，经过计算，相关性系数R2为0.5106，相关性很高，F值为18.78，若取显著性水平为0.1，查得F0.1（1，18）=3.007

2.2.4 总含气量与孔隙度的关系

建立总含气量与孔隙度一元回归方程为：Y=108.39X-0.5747，经过计算，相关性系数R2为0.8292，相关性很高，F值为92.24，若取显著性水平为0.1，查得F0.1（1，18）=2.990

2.3 多元回归模型的建立

本文将煤层含气量作为因变量，将埋深、水分、灰分、孔隙度作为自变量，建立因变量与多个自变量的回归关系，可以得到一个多元的回归模型。下式是总含气量（Y）随埋深（X1）、水分（X2）、灰分（X3）、孔隙度（X4）变化而变化的回归多元预测方程：Y=-16.32000712+0.017357175X1+1.074387X2-0.02764X3+127.0078X4

回归方程的相关性系数r2为 0.987 ，说明自变量与因变量的线性关系较密切。对方程进行进一步的 F检验，经过计算可以得出 F=96.27，若取显著性水平为 0.10，查得 F0.10（4，27）=3.520

为了对比分析一元回归模型和多元回归模型的预测结果，计算每种预测方法与实际气含量的误差，对比结果：多元回归法计算的误差平均为 -1.52%；利用埋深计算气含量的误差为 -8.49%；利用水分含量计算气含量的误差为-7.62%；利用灰分计算气含量的误差为-1.87%。由此可以看出，利用多元回归的方法进行气含量预测比一元回归的方法稍好。

3 结论

目前，煤层气储层的地质建模发展迅速，利用数学地质的方法更加精确、精细的描述地质变量的相互关系越来越广泛，特别是地质多元统计法利用多个相互影响的地质因子预测更为精确的煤层气含量的方法，势必在今后煤层气储层评价中得到进一步应用。一元回归是多元回归的基础，含气量由多因素相互影响，库拜煤田A5煤层，在现有参数分析的情况下，建立多元回归预测模型，对库拜煤田煤层气选区具有指导意义。随着库拜煤田煤层气参数井的增多和参数的影响因素分析，需要对对已获取的参数进行不断的修正，预测模型进一步细化。

参考文献：

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[2]胡亚斐，张遂安，吴峙颖.基于地质多元统计分析的煤层气含量建模方法——以沁水盆地南部某区块3号煤层为例[J].煤田地质与勘探，2013，41（2）：34-36.

[3]李静，李小彦，杨利军，等.煤层含气量预测方法[J].煤田地质与勘探，1998，26（2）：31-33.

[4]王学坚，李文斌，张小兵，等.新疆库拜煤田煤层气评价及靶区优选[R].乌鲁木齐，新疆煤田地质局161煤田地质勘探队，2016.

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[6]连承波，赵永军，渠芳，等.影响煤层含气量地质因素的定量分析[J].特种油气藏，2008，15（3）：33-36.

[7]傅雪海，秦勇，韦重韬.煤层气地质学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007：28-30.