摘　要　文中對(duì)煤層氣資源量計(jì)算中的幾個(gè)問題作了探討，指出煤層氣資源量中的甲烷量是我們計(jì)算儲(chǔ)量的主要對(duì)象，煤層圍巖及不可采煤層中的氣體應(yīng)得到重視，計(jì)算儲(chǔ)量時(shí)可采用數(shù)值模擬法放入開發(fā)階段的儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)模擬之中。
　　關(guān)鍵詞　煤層氣　資源量計(jì)算

1　引　言

　　煤層氣資源量的大小、分布是煤層氣地質(zhì)評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容，也是煤層氣開發(fā)前進(jìn)行經(jīng)濟(jì)預(yù)算的主要依據(jù)。資源量計(jì)算的準(zhǔn)確與否直接影響到煤層氣開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，煤層氣的資源量計(jì)算是一個(gè)非常值得探討的問題。目前，國(guó)內(nèi)外普遍的作法是以煤樣的含氣量和煤炭?jī)?chǔ)量的乘積得出，含氣量以混合氣體形式計(jì)算，煤炭?jī)?chǔ)量以可采煤層計(jì)算，而已有的實(shí)例證明，這種計(jì)算方法往往與氣井的實(shí)際產(chǎn)量相矛盾。所以有必要對(duì)煤層氣資源量計(jì)算中的幾個(gè)問題作進(jìn)一步討論。

2　煤層氣資源量計(jì)算中的幾個(gè)問題

2.1　煤層氣資源量中的甲烷量
　　眾所周知，煤層氣是一種以甲烷為主的混合氣體，含有甲烷、二氧化碳、氮?dú)?、重?zé)N氣以及少量的氫氣，一氧化碳，硫化氫及氬等稀有氣體。煤層氣的自然組分一般以甲烷為主，多在80%以上，二氧化碳含量大多在5%以下，甲烷和氮?dú)夂康年P(guān)系互為消長(zhǎng)，隨埋深增加，甲烷含量增加，氮?dú)鉁p少。只有甲烷帶中的氣體組分才是我們計(jì)算儲(chǔ)量的主要對(duì)象。
　　目前所報(bào)道的煤層氣儲(chǔ)量是以混合氣體形式計(jì)算的儲(chǔ)量，這其中的部分儲(chǔ)量是非甲烷氣體的儲(chǔ)量，因此值得我們注意的是所計(jì)算的煤層氣資源量并非都是可利用的甲烷量。特別是對(duì)那些非烴類氣體含量高的煤層，有必要對(duì)含氣量的成分做進(jìn)一步分析，計(jì)算出混合氣體中的甲烷量，依此作為煤層氣資源量評(píng)價(jià)和勘探開發(fā)的依據(jù)。例如我國(guó)遼寧撫順老虎臺(tái)礦，解吸煤層氣中的二氧化碳含量高達(dá)19.51%；安徽淮南謝一礦，解吸煤層氣中的氮?dú)夂扛哌_(dá)24.82%，山東滕南礦區(qū)的一些礦井(如付村、田陳)在孔深達(dá)500m以下時(shí)，氮?dú)夂咳匀桓哌_(dá)80%以上。這種非正常組分的煤層氣含量在作儲(chǔ)量計(jì)算時(shí)必須引起注意，必要時(shí)應(yīng)計(jì)算出甲烷量。

2.2　煤層圍巖中的氣體
　　煤層氣是一種自生自儲(chǔ)的非常規(guī)天然氣。嚴(yán)格來(lái)講，僅指賦存于煤層中的氣體，不包括煤層圍巖中的氣體。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在計(jì)算煤層氣儲(chǔ)量時(shí)，也是以煤樣的含氣量和煤炭?jī)?chǔ)量乘積得出，實(shí)際上并未考慮煤層圍巖中的氣體，這在煤層氣開發(fā)初期是可以理解的，煤層圍巖中的氣體可按理論歸入常規(guī)天然氣。但實(shí)際情況并非如此，美國(guó)橡樹林煤礦煤層氣總儲(chǔ)量為4390萬(wàn)m³，生產(chǎn)煤層氣10年后，對(duì)煤層中煤層氣含量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，原地煤層氣含量比原來(lái)的減少了73%，相當(dāng)于在此區(qū)內(nèi)總氣量減少了3230萬(wàn)m³。而在已往10年中，實(shí)際產(chǎn)氣量為9060萬(wàn)m³，總產(chǎn)氣量為減少氣量的2.8倍，即10年中采氣量有5830萬(wàn)m³來(lái)自其它層，占總采出量的64.3%。我國(guó)陽(yáng)泉礦務(wù)局1985年對(duì)12處礦井瓦斯涌出來(lái)源進(jìn)行分析，來(lái)自開采煤層的僅占25%～35%，而來(lái)自圍巖及鄰近地層的占65%～75%。因此，在煤層氣開發(fā)階段，實(shí)際采出的煤層氣并非僅指煤層中的氣體，這顯然出現(xiàn)了與資源量計(jì)算上的矛盾。
　　為了正確評(píng)價(jià)礦區(qū)內(nèi)煤層氣的開發(fā)價(jià)值，作出合理的經(jīng)濟(jì)預(yù)算，有人認(rèn)為對(duì)煤層圍巖中的這部分氣體也應(yīng)加入煤層氣資源量計(jì)算即：
　　儲(chǔ)量＝煤炭總地質(zhì)儲(chǔ)量×煤層氣平均含量＋采氣影響范圍內(nèi)巖石總含氣量
　　這種做法為煤層氣的后期開發(fā)、經(jīng)濟(jì)預(yù)算提供了更為合乎實(shí)際的儲(chǔ)量預(yù)算，但也應(yīng)當(dāng)看到，在煤層氣開發(fā)初期，要提前預(yù)測(cè)煤層氣采氣的影響范圍和巖層中的含氣量是何等困難。
　　為解決這一難題，可將煤層氣的儲(chǔ)量預(yù)算視為動(dòng)態(tài)范疇。在開發(fā)初期，資料欠缺的情況下，按現(xiàn)行的儲(chǔ)量計(jì)算方法僅對(duì)煤層中的煤層氣資源量做出計(jì)算；進(jìn)入開發(fā)階段后，隨資料積累、參數(shù)增多，可采用數(shù)值模擬法隨時(shí)對(duì)煤層氣的資源量進(jìn)行重新估算，使之與實(shí)際情況相符合，并相應(yīng)地調(diào)整煤層氣的開發(fā)戰(zhàn)略，這樣做可以有效地避免煤層氣開發(fā)初期階段的風(fēng)險(xiǎn)性。

2.3　不可采煤層中的氣體
　　在我國(guó)煤炭工業(yè)中，根據(jù)現(xiàn)代技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件一般將煤層厚度小于0.7m的煤層作為不可采煤層，也不進(jìn)行煤炭?jī)?chǔ)量計(jì)算。世界上其它國(guó)家作法也基本如此，如美國(guó)將具有資源勘探意義的煤層規(guī)定為單層厚度不小于0.6m的煤層，對(duì)這部分不可采煤層中的氣體目前也都未列入煤層氣的資源量計(jì)算之中。
　　不可采煤層有兩種存在形式，一種是作為可采煤層的分叉或尖滅帶；另一種是以單一薄層形式賦存于可采煤層的上下方。因?yàn)槊簩拥某霈F(xiàn)常以煤層組的方式，所以在一個(gè)主煤層組中，這種相距較近的不可采薄煤層往往有很多，它們?cè)诿簩託忾_發(fā)中也是一個(gè)不可忽視的資源量。
　　煤層氣開發(fā)過程中，儲(chǔ)層強(qiáng)化(造穴、壓裂)是一種主要手段。壓裂時(shí)，裂縫方向不僅沿水平方向擴(kuò)展，而且可以貫穿煤層頂?shù)装暹M(jìn)入相鄰地層，甚至穿過整個(gè)煤組并進(jìn)入相鄰煤組。例如，美國(guó)在巖溪地區(qū)進(jìn)行單煤層進(jìn)入的多煤層強(qiáng)化(限制進(jìn)入法完井)時(shí)，在P4井中對(duì)黑溪煤組和上覆的瑪麗利煤組分別進(jìn)行強(qiáng)化，兩煤組之間用橋塞相隔離，前七個(gè)月只有瑪麗利煤組生產(chǎn)。在初始生產(chǎn)期內(nèi)，將熒光素染料注入離P4井107m監(jiān)測(cè)井P4M2底部的黑溪煤層中。兩周后，從瑪麗利煤組生產(chǎn)的水中檢測(cè)到熒光素染料，表明兩煤組之間有水力聯(lián)系。生產(chǎn)期間，P4M2井中瑪麗利煤組和黑溪煤組的壓力響應(yīng)曲線也證實(shí)了這一點(diǎn)，盡管在生產(chǎn)井中只從瑪麗利煤組抽水，而監(jiān)測(cè)井中黑溪煤組的壓力卻一直在下降，后來(lái)對(duì)P6、P7井強(qiáng)化時(shí)，底部黑溪煤組中的裂縫不僅穿過兩煤組之間61m厚的巖石夾層，而且向上延伸超過122m，使兩個(gè)煤組完全貫通。這種過量增長(zhǎng)的裂縫顯然對(duì)不可采煤層也起到了連通作用，使不可采煤層中的氣體同時(shí)進(jìn)入了可采儲(chǔ)量。
　　為進(jìn)一步證實(shí)黑溪煤組(共8層薄煤，單層厚0.3～0.6m，累計(jì)厚度1.8～2.4m)的產(chǎn)氣潛力，研究人員在P2、P3井中分別對(duì)兩組煤層進(jìn)行分層生產(chǎn)測(cè)試，同時(shí)對(duì)6口生產(chǎn)井和3口監(jiān)測(cè)井的氣樣進(jìn)行δ¹³C同位素分析。結(jié)果表明，采收氣體中有35%的氣體來(lái)自黑溪煤組，從而使單獨(dú)開采瑪麗利煤組僅具邊緣經(jīng)濟(jì)效益的煤層氣井具有商業(yè)性開發(fā)價(jià)值。
　　事實(shí)證明，不可采煤層在煤層氣開發(fā)過程中有時(shí)也會(huì)起到非常重要的作用。因此，建議將煤組內(nèi)相距較近的不可采薄煤層在做儲(chǔ)量計(jì)算時(shí)按各單煤層累計(jì)厚度計(jì)算，或者參照煤層圍巖中氣體的計(jì)算方法，放入儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)模擬之中。

3　結(jié)語(yǔ)

　　煤層氣是一種以甲烷為主的混合氣體，其中的甲烷量是我們計(jì)算儲(chǔ)量的主要對(duì)象。煤層氣的賦存狀態(tài)受多種地質(zhì)因素所控制，開采過程中，煤層氣的原始賦存狀態(tài)被破壞，引起煤層(包括不可采煤層)及圍巖中的氣體同時(shí)進(jìn)入可采儲(chǔ)量，這對(duì)煤層氣開發(fā)而言是一個(gè)有益貢獻(xiàn)，但要提前預(yù)測(cè)這部分氣資源量的大小尚有許多問題(如含氣量、分布范圍等)，所以建議將煤層圍巖中的氣體和不可采煤層中的氣體放入開發(fā)階段的儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)模擬之中，以減少煤層氣開發(fā)初期階段的風(fēng)險(xiǎn)性。

作者單位：王素玲　焦作煤炭工業(yè)學(xué)校
　　　　　陳江峰　潘結(jié)南　焦作工學(xué)院化石燃料研究所

參考文獻(xiàn)

　1　地礦部華北石油地質(zhì)局編.煤層氣譯文集.河南科學(xué)技術(shù)出版社，1990.467～478
　2　四達(dá)礦業(yè)公司開發(fā)部.礦井煤層氣儲(chǔ)量計(jì)算方法.中國(guó)煤層氣，1996.2，102～105