织纳煤田红梅煤矿煤层气地质特征与勘探前景

李 碧 徐阳东

(1.贵州省煤田地质局142队，贵州 550011；2.贵州省地矿局地球物理地球化学勘查院，贵州 550018)

织纳煤田红梅煤矿面积为19.17km2，煤层气推测地质资源量为18.2亿m3。矿区内构造复杂程度中等，水文地质条件中等，煤层为高瓦斯含量煤层。可采煤层7层，分别为6、7、16、17、21、23、27号煤，煤层较稳定，结构较简单，属于中灰高硫高发热量无烟煤。

1 地质特征

1.1 区域地质构造

矿区区域构造位置属于扬子准地台黔北隆起遵义拱之纳雍织金凹褶断束，珠藏向斜北东翼中段。矿区总体上大致呈单斜构造，向斜北东翼部较陡，南东受小褶皱构造(老帮寨向斜、屯上背斜)影响。区内断层较发育，共发现断层70条(包括隐伏断层28条)，但规模较小，多集中于矿区深部和北东段，浅部构造相对较简单。矿区内总体构造复杂程度类型属中等构造。

1.2 地层沉积特征

矿区及周边出露的地层为第四系(Q)，三叠系下统飞仙关组，二叠系上统大隆组、长兴组、龙潭组、峨嵋山玄武岩组。二叠系上统龙潭组分布于矿区南部呈长宽带状，是矿区内主要的出露地层，主要由砂岩、粉砂岩、泥岩、石灰岩、煤层等组成的一套海陆交替相含煤沉积地层，沉积厚度在老帮寨向斜轴部有增厚现象。

1.3 含煤地层与煤层

区内主要含煤地层为龙潭组，平均厚度为317.62m，含煤26～36层，一般为31层。煤层总厚13.60～25.00m，平均21.90m，含煤系数为6.90%。全区可采煤层16、23两层，厚1.83～10.78m，平均4.08m；大部及局部可采煤层为6、7、17、21、27煤层，厚4.00～10.00m，平均6.65m。可采总厚度10.73m，可采含煤系数为3.38%。可采煤层结构较简单，煤层较稳定。

1.4 煤质特征

矿区煤层以亮煤、暗煤为主，少量镜煤和丝炭，煤岩类型主要为半暗～半亮型、半亮型。内生裂隙发育，见方解石、钙质薄膜以及细脉状黄铁矿充填。区内煤层镜煤最大反射率为2.81%～3.71%，平均为3.30%，自上而下呈现逐渐增大的趋势；煤级为高煤级煤Ⅰ，除底部27煤有局部无烟煤二号(WY2)分布外，其他均为无烟煤三号(WY3)。原煤干燥基灰分产率为9.38%～39.86%，平均为23.89%，属于中灰煤；全硫含量为0.33%～11.12%，平均为4.28%，属于高硫煤；高位发热量(Qgr·d)为18.78MJ/Kg～34.88MJ/Kg，平均值为30.07MJ/Kg，属于高发热量煤。

1.5 水文地质特征

矿区含煤地层地下水主要依靠大气降水补给，但区内地形切割严重，坡度和相对高差较大，有利于大气降水的排泄，但不利于对含煤地层的补给；煤矿床的直接充水含水层为龙潭组，属于基岩裂隙水类型，富水性弱；含煤地层上覆的下三叠统飞仙关组下段和下伏的峨眉山玄武岩具有良好的隔水性，含煤地层与上覆下伏含水层之间一般没有直接水力联系。矿区内水文地质条件中等。

2 煤层储层特征

2.1 煤层含气量及其分布规律

矿区煤层气含量为3.92～28.02m3/t，平均值为13.32m3/t；其中：6号煤层为6.04～16.98m3/t，平均值11.28m3/t；7号煤层为3.92～18.00m3/t，平均值12.86m3/t；16号煤层为6.76～23.78m3/t，平均值13.85m3/t；17号煤层为7.99～14.46m3/t，平均值10.67m3/t；21号煤层为8.75～21.56m3/t，平均值14.45m3/t；23号煤层为5.70～8.02m3/t，平均值12.47m3/t；27号煤层为9.56～26.12m3/t，平均值16.06m3/t，上述可采煤层均属于富甲烷煤层。

以主采16号煤层为例分析矿区煤层气分布规律。不同构造部位煤层气含量差异较大。位于老帮寨向斜轴部的2-2、2-7、183、193、203、213孔含气量明显高于两翼的305、181、146孔，且在轴部附近183、193孔形成了含气量大于20m3/t的富气中心；向斜陡翼(南东翼)高含气量分布范围明显大于缓翼(北西翼)；位于屯上背斜轴部附近的607孔含气量仅6.07m3/t，向北西珠藏向斜及南东老帮寨向斜含气量逐渐增高。总体上，向斜轴部含气量较高，向两翼含气量逐渐降低，且与单个向斜的规模和“坳陷”深度直接相关；背斜轴部由于裂隙较发育，煤层气易于逸散，含气量较低，向两翼含气量逐渐增高。局部地段小型断层发育，往往是区内煤层气含量局部变化的重要原因。如1304、117孔(16号煤以下)隐伏逆断层上盘的煤层气局部降低，148孔正断层附近煤层含气量也局部降低。不同煤层其含气量的区域分布规律类似，只是下部煤层含气量略高于上部煤层。

图1 红梅煤矿16号煤层瓦斯等值线分布图

2.2 煤层渗透性

矿区内对148、1305孔的可采煤层进行注入/压降试井测试，获取煤储层参数值，对煤层气勘探的适应性进行评价。详见表1。

由表1可知，矿区煤储层渗透性中等，导流能力中等，但各可采煤层有效厚度较薄-中厚，煤层埋深较浅，内生裂隙较发育，但很少见外生裂隙，尤其缺少煤层长距离运移的大型裂隙系统，对煤层气进行开采难度较大，需进行大型压裂后再进一步评价。

2.3 储层压力

通过对48、1305孔的可采煤层进行原地应测试，获取各煤层的储层压力。由表2可以看出，矿区6、7、16号煤层属于低异常压力系统，17、21、23、27号煤层属于正常压力系统；且破裂压力、闭合压力均较高，表现为压力主导型应力气特征，流体能量以压降传递为主，储层压力可在较大范围自由传递，适合于地面开发。

2.4 采收率

煤层气可采率也称为采收率。在勘探初期阶段，煤层气采收率通过等温吸附常数、实测瓦斯含量、临界储层压力等加以换算；在缺乏等温吸附资料的情况下，采用勘查阶段煤芯解吸实验获得的煤层气解析率近似地表示煤层气采收率。矿区煤的等温吸附实验资料较少，目前尚无真正意义上的排采煤层气井，故采收率的获取主要依靠钻孔煤芯解吸资料。

(1)基于煤芯解吸资料的煤层气采收率

根据国家标准《地勘时期煤层瓦斯含量测定方法》(GB/T23249-2009)，煤层含气量由瓦斯损失量(V1)、瓦斯解吸量(V2)、粉碎前脱气瓦斯量(V3)和粉碎后脱气瓦斯量(V4)四部分组成。瓦斯损失量与现场两小时解吸量之和与总含气量之百分比称为解吸率。

矿区66件钻孔煤芯解吸资料的统计结果显示，可采煤层甲烷平均解吸量为3.75～6.10m3/t，平均为5.01m3/t；平均解吸率为26.19%～47.44%，平均为38.26%(表3)。

表3 红梅煤矿煤芯煤层气解吸结果统计表

(2)基于等温吸附特性的煤层气采收率

基于等温吸附常数，煤层气采收率(η，%)可有下式进行计算：

式中：Pad—枯竭压力，MPa；PL—朗格缪尔压力，1/b，MPa；Pcd—临界解吸压力，MPa。

煤层气枯竭压力也称为废弃压力，是指现有经济技术条件下煤层气井排水降压所能达到的最低井底压力。根据美国经验，枯竭压力在0.7MPa左右，近年来，煤层气开采技术得到了长足发展，使得0.5MPa以上煤储层压力范围能够解吸的煤层气都可被抽采出来。因此，采用0.5MPa作为本次计算的枯竭压力。

基于上述理论，求得的6煤层采收率为40.34%～53.67%，平均为45.53%；16煤层为36.07%～51.74%，平均为43.91%；21煤层为35.88%～44.92%，平均为40.40%；27煤层为41.25%～42.90%，平均为42.47%，与煤芯煤层气解吸率大致相当，且呈现随埋深增大有降低的趋势；6煤层理论饱和度为58.19%，16煤层为42.87%；21煤层为40.57%；27煤层为38.11%，处于严重欠饱和状态，说明煤储层内不存在较多的游离态和水溶态气体(表4)。

表4 红梅煤矿等温吸附法求得的煤层气采收率

3 结论

矿区煤层气资源较为丰富，各煤层内生裂隙较发育，但很少见外生裂隙，尤其缺少煤层长距离运移的大型裂隙系统；煤储层具有压力主导型应力气特征，流体能量以压降传递为主，储层压力可在较大范围自由传递；煤储层渗透性中等，导流能力中等，且煤层与上覆下伏含水层没有直接的水力联系，均对煤层气井排采较为有利，因此，矿区煤层气资源在合理排采制度下有可能采用地面井技术通过降压方式予以开发。