任攀虹，王鳳琴，王 娟,杜厚余，李勇軍，白生寶 (西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

韓城礦區(qū)5#煤層含氣性影響因素研究

任攀虹，王鳳琴，王 娟,杜厚余，李勇軍，白生寶 (西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

煤層的含氣性是評(píng)價(jià)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)前景的決定性因素之一。結(jié)合該區(qū)塊地質(zhì)資料、測(cè)井資料、錄井資料、巖心分析資料等研究了韓城礦區(qū)5#煤層的含氣性影響因素。首先建立自然伽馬測(cè)井、電阻率測(cè)井和密度測(cè)井與含氣性影響因素(灰分含量、鏡質(zhì)體反射率、煤層厚度)之間的關(guān)系模型，據(jù)此分析含氣性影響因素與含氣性的關(guān)系。研究表明，灰分含量與自然伽馬和密度測(cè)井值均呈正相關(guān)；灰分含量越高，煤層含氣性越差。鏡質(zhì)體反射率與自然伽馬呈負(fù)相關(guān)，而與電阻率呈正相關(guān)；鏡質(zhì)體反射率越高，煤層含氣性越好。煤層厚度與自然伽馬呈負(fù)相關(guān)，與電阻率呈正相關(guān)；煤層厚度越大，含氣性越好。

煤層氣；非常規(guī)油氣；含氣性影響因素；測(cè)井方法

研究區(qū)位于陜西省韓城市境內(nèi)。該區(qū)煤層氣的勘探開(kāi)發(fā)工作自2005年起，主要開(kāi)采1500m以淺的煤層氣。隨著研究區(qū)煤層氣開(kāi)發(fā)實(shí)踐的不斷深入，對(duì)煤層氣的勘探開(kāi)發(fā)研究提出更高的要求，而煤層含氣性對(duì)煤層氣的產(chǎn)能及其開(kāi)發(fā)潛力起著極為重要的作用，為此，筆者對(duì)韓城礦區(qū)5#煤儲(chǔ)層含氣性影響因素進(jìn)行了研究，以便為該區(qū)煤層氣的勘探開(kāi)發(fā)提供參考。

1 煤層基本特征

韓城礦區(qū)5#煤層位于古生界石炭系上統(tǒng)太原組頂部[1]，煤層厚度的變化范圍為2.50～17.61m，平均厚度6.94m。鏡質(zhì)體反射率最小值為1.83%，最大值為1.96%，平均值為1.90%。有機(jī)碳含量平均值為83.29%?；曳趾吭?.08%～20.91%之間，平均含量為10.41%。頂板主要為泥巖，次為炭質(zhì)泥巖。底板普遍為泥巖，與頂板巖性分布較相似?？紫抖葹?.31%～6.86%，平均為5.64%。滲透率為(0.117～0.587)×10-3μm2，平均為0.285×10-3μm2。煤層含氣量值介于11.30～18.29m3/t之間，平均含氣量為12.85m3/t。另外，該煤層的主要電性特征表現(xiàn)為自然伽馬低值，深、淺側(cè)向電阻率高值，密度低值。

2 含氣性影響因素

2.1灰分

圖1 韓城礦區(qū)5#煤層灰分與密度測(cè)井值相關(guān)性圖 圖2 韓城礦區(qū)5#煤層灰分與自然伽馬值相關(guān)性圖

利用韓城礦區(qū)探井實(shí)測(cè)灰分含量分別與密度和自然伽馬測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析[2-4]，可以得到韓城礦區(qū)5#煤層灰分含量與密度測(cè)井值、自然伽馬值的關(guān)系模型(見(jiàn)圖1和圖2)。

由圖1和圖2可以看出，灰分含量與密度測(cè)井值呈正相關(guān)關(guān)系(由于礦物雜質(zhì)的密度一般都高于有機(jī)質(zhì)的密度，所以煤層密度隨灰分含量的增加而增大)，與自然伽馬測(cè)井值也呈正相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)性甚好(隨著灰分含量的增加，礦物雜質(zhì)微粒表面吸附的放射性元素含量也會(huì)隨之增加)。

進(jìn)一步利用SPSS軟件來(lái)建立灰分含量與密度測(cè)井值、自然伽馬測(cè)井值相關(guān)的多元回歸方程式。

(1)韓城礦區(qū)5#煤層灰分含量：

Aad=0.138×GR+30.267×DEN-36.82

(1)

式中，Aad為灰分含量，%；GR為自然伽馬，API；DEN為密度測(cè)井值，g/cm3。

(2)韓城礦區(qū)5#煤層揮發(fā)份含量：

Vad=0.038×Aad+11.93

(2)

式中，Vad為煤層揮發(fā)份含量，%。

煤層含氣量與揮發(fā)份含量存在如下關(guān)系[2]：

(3)

式中，V為煤層含氣量，m3/t。

綜上所述，在不考慮其他影響因素的情況下，若煤層自然伽馬和密度測(cè)井值越高，則灰分含量越高，而煤層含氣性越差。

2.2鏡質(zhì)體反射率

鏡質(zhì)體反射率是劃分煤階的重要指標(biāo)參數(shù)，而煤巖演化程度高低影響著煤儲(chǔ)層孔隙性、滲透性及含氣性[5]。對(duì)鏡質(zhì)體反射率(Ro)與自然伽馬值、電阻率值進(jìn)行線性回歸分析，發(fā)現(xiàn)韓城礦區(qū)5#煤層Ro值與自然伽馬值呈負(fù)相關(guān)性，而與電阻率值呈正相關(guān)性(見(jiàn)圖3和圖4)。

為了進(jìn)一步了解Ro對(duì)煤層含氣量的影響，首先分析Ro與干燥無(wú)灰基揮發(fā)份含量(Vdaf)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)兩者呈負(fù)相關(guān)性(見(jiàn)圖5)，且：

Ro=-0.511×Vadf+2.7299

(4)

圖3 韓城礦區(qū)5#煤層自然伽馬值與Ro相關(guān)性圖 圖4 韓城礦區(qū)5#煤層電阻率值與Ro相關(guān)性圖 圖5 韓城礦區(qū)5#煤層Ro與無(wú)灰基揮發(fā)份含量相關(guān)性圖

而干燥無(wú)灰基揮發(fā)分含量與煤層揮發(fā)份和水分含量存在如下關(guān)系[6]：

(5)

式中，Mad為煤層水分含量，%。

通過(guò)擬合已有的水分含量與灰分含量，得到5#煤層水分含量與灰分含量關(guān)系式：

Mad=0.0056×Aad+0.4

(6)

綜上所述，灰分含量或者揮發(fā)份的含量越高，鏡質(zhì)體反射率就越小，煤層含氣量就越低；反之，煤層含氣量就越高。

2.3厚度

韓城礦區(qū)5#煤層較發(fā)育，煤層厚度變化范圍為2.50～17.61m，平均厚度6.94m。根據(jù)已有的測(cè)井資料，建立煤層厚度與自然伽馬、電阻率測(cè)井值的關(guān)系模型，發(fā)現(xiàn)煤層厚度與自然伽馬測(cè)井值呈負(fù)相關(guān)性(見(jiàn)圖6)，而與電阻率測(cè)井值呈正相關(guān)性(見(jiàn)圖7)。

圖7 韓城礦區(qū)5#煤層自然伽馬值與煤厚相關(guān)性圖 圖8 韓城礦區(qū)5#煤層電阻率值與煤厚相關(guān)性圖

而煤層厚度與含氣量存在如下關(guān)系[7]：

V=1.7037×H+18.5546

(7)

式中，H為煤層厚度，m。

由此可知，煤層厚度越大，煤層含氣性越好；反之，煤層含氣性越差。

3 結(jié)論與建議

(1)灰分含量與自然伽馬和密度測(cè)井值均呈正相關(guān)。灰分含量越高，煤層含氣性越差；反之，煤層含氣性越好。

(2)鏡質(zhì)體反射率與自然伽馬呈負(fù)相關(guān)，與電阻率呈正相關(guān)。鏡質(zhì)體反射率越高，煤層含氣性越好；反之，煤層含氣性越差。

(3)煤層厚度與自然伽馬呈負(fù)相關(guān)，與電阻率呈正相關(guān)。煤層厚度越大，含氣性越好；反之，含氣性越差。

(4)影響煤層氣含氣量的因素是多方面的，不同地區(qū)以及同一地區(qū)不同地質(zhì)背景的影響因素各不相同，要綜合考慮各方面因素后再進(jìn)行具體分析。

[1]王雙明.韓城礦區(qū)煤層氣地質(zhì)條件及賦存規(guī)律[M].北京：地質(zhì)出版社，2008.

[2]石華星，宋明水，徐春華，等.煤型氣地質(zhì)綜合研究思路與方法[M].北京:地質(zhì)出版社，2004.

[3]宋 巖.中國(guó)煤層氣成藏地質(zhì)[M].北京:科學(xué)出版社，2010.

[4]周正立，梁頤，周宇，等.水泥化驗(yàn)與質(zhì)量控制實(shí)用操作技術(shù)手冊(cè)[M].北京：建材工業(yè)出版社，2006.

[5]楊東根，范宜仁，鄧少貴，等.利用測(cè)井資料評(píng)價(jià)煤層煤質(zhì)及含氣量的方法研究[J].勘探地球物理進(jìn)展，2010，33(4)：262-265.

[6]李增學(xué).煤成(型)氣地質(zhì)學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社，2007.

[7]陳敬軼，田俊偉，張玉貴，等. 晉城成莊煤礦3煤層含氣量控制因素分析[J].中國(guó)煤層氣，2007，4(1)：23-26.

2013-06-18

任攀虹(1988-)，女，碩士生，現(xiàn)主要從事非常規(guī)油氣地質(zhì)方面的研究工作。

TE132.2

A

1673-1409(2013)26-0014-03

[編輯] 李啟棟