多煤层多级别煤层气储量估算方法的应用

翟虎威

（山西省煤炭地质114勘查院，山西长治046000）

1 项目背景及来源

煤层气（煤矿瓦斯）是赋存于煤层的烃类气体，是优质清洁能源。加快煤层气（煤矿瓦斯）开发利用，对保障煤矿安全生产、增加清洁能源供应、减少温室气体排放具有重要意义。按照《煤层气（煤矿瓦斯）开发利用“十三五”规划》和《山西省煤层气资源勘查开发规划（2016-2020）》，鼓励煤炭矿权人、其他油气矿权人对本矿区内非重叠区（含煤炭采空区）的煤层气资源进行开发。

山西蓝焰煤层气集团有限责任公司申报赵庄煤矿采矿权范围内的煤层气采矿权，为办理煤层气储量登记的需要，编制了《山西沁水盆地赵庄煤层气田二叠系山西组3号、石炭系太原组15号煤煤层气探明储量复算报告》，山西省自然资源厅以“晋自然资储备字﹝2019﹞58号”文予以备案。项目的特殊性在于涉及二叠系山西组3号和石炭系太原组15号煤层煤层气联合抽采，且两层煤层煤层气资源/储量级别不一致。

2 储量分类分级

依据《煤层气资源/储量规范》（DZ/T 0216-2010），根据勘查开发工程网度和地质认识程度将煤层气资源/储量分为探明的、控制的、推断的和潜在的四级。

探明储量：在控制的基础上，通过加密探井工程，并实施煤层气井排采，查明了煤层的地质特征、储层及其含气性的展布规律和开采技术条件（包括储层物性、产能、压力系统和流体性质等），证实了勘查范围内的煤层气储量及可采性。储量的可信系数为0.7~0.9。要有单井产量达到下限标准且连续生产不少于3个月的排采井。本区煤层气勘查类型为Ⅰ类一型，探明储量的探井基本井距为3~4km。

控制储量：在推断的基础上，通过加密探井工程，同时部署参数井或在探井中增加参数测试的方法，取得了含气量、渗透率、储层压力等基本参数，基本查明了煤层的地质特征和储层及其含气性的展布规律，通过类比和储层数值模拟等方法了解了典型地质背景下煤层气单井产能情况和开采技术条件。储量的可信系数为0.5左右。要有煤层气参数井。本区煤层气勘查类型为Ⅰ类一型，控制储量的探井基本井距为6~8km。

推断储量：根据少量的探井工程，初步认识煤层气资源的分布状况，大部分储层参数是根据类比或区域资料分析得到的。储量的可信系数为0.1~0.2。

潜在资源量：根据区域地质资料进行综合分析或类比得到的煤层气资源量。资源量的可信系数小于0.1。

本区3号煤层煤层气资源/储量探明达到了探明的要求，15号煤层达到了探明和控制的要求。

3 估算方法与估算单元

3.1 估算方法

煤层气储量估算方法主要有体积法、类比法、数值模拟法、产量递减法等。本次地质储量的估算方法采用体积法。体积法估算公式：

式中：G——煤层气地质储量，108m3；

A——含气面积，km2；

H——煤层有效厚度，m；

D——煤的视相对密度，t/m3；

C——煤的空气干燥基含气量，m3/t。

3.2 估算单元

（1）储量状态的界定。区内共施工266口煤层气井，146口井投入运行，75口井见气，60口井达产，平均产气量为210~1340m3/d，累计产气量0.79×108m3，开发井网基本形成，10个集输站投入运行。含气面积内共有煤层气井198口，109口投入运行，55口井见气，45口井达产。故储量状态界定为已开发储量。

（2）储量估算单元的划分。根据该区煤层气矿权边界、煤层稳定性及分布特点、含气量、勘查认识程度、采空区和构造，综合确定本区煤层气储量估算单元为6个。其中纵向上按3号和15号煤层划分为2个单元；平面上按气权边界内外和储量级别，3号煤层划分为2个单元、15号煤层划分为4个单元。详见表1。

表1 储量估算单元划分依据表

4 估算参数的确定

4.1 含气面积

（1）确定方法。本次含气面积是在综合煤层气矿权边界、含气量下限、净厚度下限、单井产量下限、采空区、储量分级和构造七个因素的基础上，在3号和15号煤层含气量等值线上圈定的。

①煤层气矿权边界：为最新申报的“山西沁水盆地赵庄煤矿煤层气开采”煤层气采矿权范围。

②含气量下限：本区煤层为贫煤和无烟煤，含气量下限为8m3/t。

③净厚度下限：净厚度下限值为0.5m，但本区净厚度均大于下限值。

④单井产量下限：煤层埋深小于500m、500~1000m，稳定单井产量分别按500m3/d、1000m3/d为探明储量起算标准。

⑤采空区：赵庄煤矿开采3号煤层，3号煤层存在采空区，15号煤层不存采空区。

⑥储量分级：按照Ⅰ类一型的勘查类型，本区基本井距为4000m。3号煤层控制程度全区为探明的；15号煤层分为探明的和控制的，ZZ-046和ZZ-115井的连线外推1/2基本井间距（2000m）圈定为探明的，其余为控制的。

⑦构造：3号煤层断层和陷落柱外围30m不计入含气面积。

（2）参数值选取。根据含气面积的确定方法，确定本区3号、15号煤层探明含气面积分别为31.7km2、7.0km2，3号和15号煤层叠合探明含气面积为31.7km2，详见表2。

4.2 煤层净厚度

（1）确定方法。煤层净厚度是指扣除夹矸层的煤层真厚度，又称为有效厚度。根据《煤层气资源/储量规范》（DZ/T 0216-2010），结合本区实际，煤层净厚度的下限值确定为0.5m；夹矸的起扣厚度确定为0.05m，小于0.05m的不剔除夹矸厚度，大于0.05m时剔除夹矸厚度。

（2）参数值选取。本区以往施工的煤层气井及煤田地质孔较多，故本次直接采用算术平均法确定净厚度值，探明区3号、15号煤层净厚度值分别为4.5m和3.3m，详见表2。

表2 估算参数取值表

4.3 含气量

（1）确定方法。煤层气井含气量测定依据《煤层气含量测定方法》（GB/T 19559-2008），煤田孔瓦斯测定依据《地勘时期煤层瓦斯含量测定方法》（GB/T 23249-2009），前者在采样工艺、设备、测试方法等条件均优于后者，故前者实测数据要比后者更准确。本次对煤层气井的含气量数据直接采用，对煤田孔的瓦斯测试数据选择性校正后进行采用。

①瓦斯含量校正方法。由于煤田勘探瓦斯孔和煤层气参数井测试含气量的方法有所不同，导致瓦斯孔的测试数据普遍偏低，无法直接利用，必须对其进行校正。对比发现，瓦斯含量数据并非全部偏低，对于接近或高于周围煤层气井气含量测值的瓦斯含量数据直接利用。对于大部分偏低的瓦斯含量数据，本次采用煤层气井与瓦斯孔含气量算术平均法确定校正系数。本次储量估算中，求取区块煤层气井含气量的算术平均值与相同范围内瓦斯孔含气量的算术平均值，然后求出两个算术平均值的比值作为校正系数，并对校正后的瓦斯含量值加以利用。3号煤层的校正系数为2.11，15号煤层的校正系数为1.20（表3）。

表3 3号和15号煤层含气量校正对比表

②含气量下限值的确定。《煤层气资源量/储量规范》（DZ/T 0216-2010）中规定，贫煤—无烟煤（Rmax≥1.9%）空气干燥基含气量下限值为8m3/t，本次煤层气储量估算采用该值作为含气量下限值。

（2）参数值选取。本次采用等值线面积权衡法，对3号和15号煤层的煤层气含气量进行取值，其探明区面积权衡含气量值分别为11.1m3/t和10.9m3/t，详见表2。

4.4 煤的视密度

本次煤层视密度取值仍沿用原报告，即3号煤层视密度值为1.42t/m3，15号煤层为1.46t/m3。

5 储量估算结果

通过上述煤层气储量估算方法，利用确定的含气面积、煤层净厚度、含气量和视密度四个参数取值，对本区的3号和15号煤层进行了煤层气储量估算。估算结果为：区内煤层气地质储量34.91×108m3，其中探明地质储量26.16×108m3，控制地质储量8.75×108m3。详见表4。

表4 煤层气储量估算结果表

另外，对区外单元也进行了煤层气储量估算，煤层净厚度、含气量和视密度三个估算参数全部沿用原报告。估算结果为：区外煤层气地质储量14.73×108m3，其中探明地质储量11.54×108m3，控制地质储量3.19×108m3。详见表5。

表5 区外煤层气储量估算结果表

6 总结

在多煤层多级别煤层气储量估算中，详细分析划定煤层气储量单元是基础，通过面积权衡法详细确定估算参数，并采用体积法估算煤层气储量，估算结果精度高。