馮 帆，何 亮

(1.中國煤炭地質(zhì)總局，北京 100038； 2.中煤礦業(yè)發(fā)展有限公司，北京 100038)

1 區(qū)域地質(zhì)概況

柿莊北區(qū)塊位于山西省長子縣境內(nèi)，地質(zhì)構(gòu)造上屬沁水盆地東南緣，受印支期、燕山期和喜山期構(gòu)造運動的影響區(qū)內(nèi) “東西分帶”構(gòu)造格局明顯，自東向西依次為東部斜坡帶、中部斷褶帶和西部斜坡帶(圖1)[1-2]。研究區(qū)內(nèi)部自下而上依次發(fā)育奧陶系峰峰組、石炭系本溪組和山西組、二疊系下統(tǒng)山西組和下石盒子組、二疊系上統(tǒng)上石盒子組和石千峰組、三疊系下統(tǒng)劉家溝組和和尚溝組、新生界第四系等地層，上述地層中的石炭—二疊系中發(fā)育有多套煤層，其中以3#煤和15#煤發(fā)育穩(wěn)定、厚度大、含氣性好，是本區(qū)煤層氣勘探開發(fā)的主要對象。

2 AHP原理與方法步驟

AHP層次分析法就是根據(jù)要達(dá)到的目標(biāo)將問題分解成不同的因素，并按各因素間相互影響和隸屬關(guān)系將其分解成不同的層次聚集組合，形成一個多層次的分析結(jié)構(gòu)模型；根據(jù)同層次各因素相對于上一層次因素影響程度的比較、判斷和計算，確定最底層各因素對總目標(biāo)的權(quán)重[3-4]。

2.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

建立層次結(jié)構(gòu)模型是指在對問題進(jìn)行深入分析的前提下，篩選影響綜合評價評價的因素，將其按照不同屬性劃分成若干層次；同一層各因素從屬于上一層因素，同時又支配下一層因素；第一層為目標(biāo)層，一般由1個因素組成，最后一層為方案從或?qū)ο髮?，中間可有一個或多個層次，通常為指標(biāo)層(圖2)。

圖1 柿莊北地區(qū)區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)圖Figure 1 Shizhuang north area regional structural and geological map

圖2 層次結(jié)構(gòu)模型示意圖Figure 2 A schematic diagram of hierarchy structure model

2.2 構(gòu)造判斷矩陣

構(gòu)造判斷矩陣是AHP層次分析法重要的一步，其具體步驟為[4-5]：從層次結(jié)構(gòu)模型的第二層開始對于從屬于上一層某一元素的同一層諸元素通過兩兩對比形成于相對于上一層因素重要性的因素排序，并根據(jù)一定的比率標(biāo)度形成矩陣，一般在沒有特殊規(guī)定的情況下一般采用1-9標(biāo)度(表1)。

表1 層次分析法1-9標(biāo)度標(biāo)度值

2.3 層次單排序

完成判斷矩陣填寫后，需運用一定數(shù)學(xué)方法進(jìn)行層次單排序。所謂的層次單排序是指每一個判斷矩陣中諸因素對其準(zhǔn)則的相對權(quán)重，所以其實質(zhì)上是求權(quán)向量[6]。計算權(quán)向量有特征根法、和積法、根法、冪法等，其中以和積法最為常用。和積法的原理是，對于一致性判斷矩陣，每一列歸一化后就是相應(yīng)的權(quán)重；對于非一致性判斷矩陣，每一列歸一化后近似其相應(yīng)的權(quán)重，在對這n個列向量求取算術(shù)平均值作為最后的權(quán)重[7]。具體的公式是：

2.4 一致性檢驗

計算出的單層排序權(quán)值是否合理，需要進(jìn)行一致性檢驗。因為在構(gòu)造判斷矩陣時，由于客觀事物的復(fù)雜性，會使我們的判斷帶有主觀性和片面性[8]。判斷矩陣的一致性檢驗使用公式：

式中：RC稱為一致性比例；IR稱為平均一致性指標(biāo), 其數(shù)據(jù)見表2；IC稱為一致性指標(biāo)：

當(dāng)RC<0.01時，可以認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性。否則，就必須重新調(diào)整判斷矩陣中的元素，直至判斷矩陣具有滿意的一致性為止。

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R.I.表(1 000次正互反矩陣計算結(jié)果)

3 產(chǎn)能潛力分區(qū)及驗證

3.1 產(chǎn)能潛力分區(qū)

為了更加精確地對柿莊北區(qū)塊3#煤進(jìn)行產(chǎn)能分區(qū)，針對該區(qū)塊的具體情況，篩選了控制本區(qū)煤層氣井產(chǎn)能的主要因素，包括資源條件和開采條件兩大類，其中資源條件包含煤層厚度、煤層含氣量兩個參數(shù)，開采條件包括煤層埋深、滲透率及儲層壓力梯度三個參數(shù)(圖3)。

圖3 柿莊北區(qū)塊3#煤層氣產(chǎn)能分區(qū)指標(biāo)體系及權(quán)重Figure 3 Shizhuang north block coal No.3 CBM capacity partitioning index system and weights

按照第2節(jié)步驟依次對資源條件和開采條件兩個指標(biāo)層及其所包含的對象層進(jìn)行構(gòu)造判斷矩陣、層次單排序及一致性檢驗，獲得了影響柿莊北區(qū)塊3#煤層氣產(chǎn)能的各項參數(shù)(主控因素)相對于總目標(biāo)產(chǎn)能分區(qū)所占的權(quán)重；然后根據(jù)區(qū)塊內(nèi)影響煤層氣產(chǎn)能的各主要參數(shù)的分布特點，對其進(jìn)行了分級，各級別按照等差級數(shù)由高到低分別賦予其3、2、1的分值(表3)。

綜合各主控因素相對總目標(biāo)產(chǎn)能潛力分區(qū)所占的權(quán)重及各參數(shù)分級賦值對研究區(qū)內(nèi)現(xiàn)有273口鉆井進(jìn)行打分，參照打分結(jié)果進(jìn)行插值成圖將柿莊北區(qū)塊按照預(yù)測得出的3#煤層氣產(chǎn)能分成了三類區(qū)(如圖4)。

表3 柿莊北區(qū)塊影響3#煤層氣產(chǎn)能的各主控因素分級與賦分表

圖4 柿莊北區(qū)塊3#煤層氣產(chǎn)能潛力分區(qū)圖Figure 4 Shizhuang north block coal No.3 CBM capacity potential partition map

3.2 產(chǎn)能潛力分區(qū)驗證

柿莊北區(qū)塊3#煤層氣產(chǎn)能潛力分區(qū)工作完成后先后指導(dǎo)了該區(qū)塊3#煤的生產(chǎn)分析、井位部署及論證等工作，2017年新達(dá)產(chǎn)的5口井均位于所優(yōu)選的開發(fā)有利區(qū)內(nèi)部(圖4)，從達(dá)產(chǎn)井日產(chǎn)氣、日產(chǎn)水、套壓及井底流壓情況來看(表4)，新達(dá)產(chǎn)井仍具有進(jìn)一步提產(chǎn)的潛力。

圖5 柿莊北區(qū)塊SX-52井組投產(chǎn)井排采曲線Figure 5 Shizhuang north block well group SX-52 production well drainage curves

井號套壓/MPa日產(chǎn)氣/m3井底流壓/MPa日產(chǎn)水/m3液柱高度/mSX-620.239000.240.21SX-730.21 0040.20.1超煤層SX-250.81 0010.80.1超煤層SX-750.71 0020.930.123SX-180.081 0020.110.1超煤層

優(yōu)選的開發(fā)有利區(qū)內(nèi)新完鉆的SX-52井組投產(chǎn)后23 d即見氣，目前平均套壓1.95 MPa，井底流壓2.935 MPa(圖5)；表明本次優(yōu)選有利區(qū)內(nèi)總體地質(zhì)條件較好，煤層氣穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)潛力大；由此可見本次研究中所采取的技術(shù)手段是正確有效的，AHP層次分析法劃分煤層氣產(chǎn)能潛力區(qū)的方法值得進(jìn)一步推廣。

4 結(jié)論

(1)柿莊北區(qū)塊具有遠(yuǎn)大的煤層氣勘探開發(fā)潛力，同時該區(qū)塊內(nèi)部不同區(qū)域地質(zhì)條件具有較大差異，實現(xiàn)該區(qū)塊煤層氣商業(yè)性開發(fā)需要運用合理的方法在該其內(nèi)部進(jìn)行有效的產(chǎn)能分區(qū)及有利區(qū)優(yōu)選。

(2)現(xiàn)場生產(chǎn)資料表明：基于AHP層次分析法，構(gòu)建煤層氣產(chǎn)能潛力分區(qū)評價指標(biāo)體系，計算各因素相對權(quán)重，客觀地對煤層氣區(qū)塊產(chǎn)能潛力進(jìn)行綜合評價，進(jìn)而優(yōu)選開發(fā)有利區(qū)可以有效指導(dǎo)指導(dǎo)柿莊北區(qū)塊3#煤層氣勘探開發(fā)工作。

(3)本次研究劃分、優(yōu)選煤層氣開發(fā)有利區(qū)運用的技術(shù)與手段是科學(xué)合理的，可以為煤層氣勘探開發(fā)提供技術(shù)支撐，值得其他區(qū)塊相關(guān)研究借鑒。

參考文獻(xiàn):

[1]黃曉明，賈高龍，郭奕宏，等.沁水盆地煤層氣國際合作區(qū)塊勘探現(xiàn)狀[J].中國煤層氣，2010,7(1)：9-13.

[2]張坤.柿莊北地區(qū)I井區(qū)煤層氣高產(chǎn)水井水源分析[J].中國化工貿(mào)易，2017,9(9)：220-221.

[3]王勃.沁水盆地煤層氣富集高產(chǎn)規(guī)律及有利區(qū)塊預(yù)測評價[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2013.

[4]侯尊澤，楊瑞.基于層次分析方法的城市火災(zāi)風(fēng)險評估研究[J].火災(zāi)科學(xué)，2004,13(4)：203-208.

[5]王炳忠.復(fù)雜評價指標(biāo)體系下的工程碩士培養(yǎng)質(zhì)量分析模型[J].高等農(nóng)業(yè)教育，2014,4(4)：90-93.

[6]楊建軍.徐州市計量測試技術(shù)研究所計量檢測工作質(zhì)量評價研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2010.

[7]楊蓓.高效預(yù)算管理模式優(yōu)化研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2011.

[8]楊永國，秦勇，張冬明,等.層次分析法及其在煤層氣項目經(jīng)濟(jì)評價中的應(yīng)用[J].煤田地質(zhì)與勘探，2001,29(4)：19-21.