0 引 言

贵州省上二叠统含煤地层发育煤层群，煤与煤层气资源极为丰富，全省煤炭资源量2 419.63×108 t[1]，煤层气资源量3.06×1012 m3，平均资源丰度1.12×108 m3/km2[2]。煤与煤层气资源主要赋存于遵义—安顺—兴义连线以西地区，俗称黔西地区，上二叠统煤层气地质资源量约占全国的10%[3]，是我国煤层气乃至非常规天然气勘探开发的重要接替区[4]，具有“煤层数量多而薄、应力高、弱富水、煤体结构复杂”的地质特征[5-6]。该地区地质条件复杂，煤层气赋存于众多不连续的隔档式及隔槽式向斜中[5,7]。目前，贵州省煤层气勘探开发处于快速发展阶段，中石化、贵州煤田地质局等单位相继开展排采试验，其中，织纳煤田比德—三塘盆地因较好的地面开发条件受到更多重视，但本区煤层气成藏条件复杂，具体表现为地应力差异分布、煤层后期改造强烈、多层叠置含气系统普遍发育[8-10]，加之地形条件恶劣，导致煤层气开发进度总体趋缓，仍无实质性突破，规模性地面抽采仍然难以企及。鉴于此，基础性地质研究和开发技术攻关仍然是不变的发展方向和研究目标。因此，经济有效开发煤层气资源，开发初期必须做好基础地质研究工作。

中岭-坪山区块位于比德—三塘盆地的西北部。为水公河向斜的西南翼，加戛背斜北东翼。其煤层数量多，煤层含气量高，煤体结构较为完整，煤层气储层条件较为优越。但目前其可采性认识不清，难以有效指导后期的煤层气勘探开发。为此笔者基于研究区丰富的煤田勘探资料，采用煤层气吸附方程相关理论，评价了其煤层气含气饱和度、临界解吸压力、采收率等，以期为该区的煤层气勘探开发提供地质依据。

1 煤层气地质背景

中岭-坪山井田位于贵州省毕节地区纳雍县的西南部，隶属中岭镇管辖。中岭井田位于加戛背斜北东翼中段，F1断层北翼，地层整体为一向北倾斜箕形构造。走向近EW向，西部、东部近SN走向，走向变化大。倾角向深部逐渐变缓。坪山井田位于加戛背斜北东翼中段，界于F1和F81断层之间。井田整体向南西倾斜的箕形向斜，地层走向EW、倾向南；西部NW走向，倾向北东。倾角在西部较陡，在其余地段较缓(图1a)。中岭-坪山区块主要褶曲为河坝向斜和安家寨向斜，断层较发育(图1b)。

含煤地层为晚二叠世龙潭组，海陆交互相含煤建造，由碎屑岩、生物灰岩及煤组成，含煤50余层，含煤地层分为3段：下段，含煤地层底界至K8底界，含煤性较好，可采煤层有28、31、32煤层，28、32煤层结构较复杂；中段，K8底界至K4界，厚度变化较大，16、20煤层可采；上段。K4底界至K1界(大隆组底界)为主要含煤层段，中岭井田发育可采煤层9层：1、2、3、6、6下、7上、7、8、10煤层；坪山井田有1、2、3、4、6、7、8、10共8层可采煤层(表1)。

区块内2个井田龙潭组煤层为无烟煤，均以块状、碎裂状为主，少量碎粒状，条带状结构，宏观煤岩类型以半亮煤-半暗煤为主，光亮煤次之。

注：0.34～2.17/1.49为最小值～最大值/平均值。

2 可采性研究方法

文中煤层数量、煤层含气量、抽水数据来源于煤田勘探报告。吸附参数在廊坊分院完成，测试严格按照GB/T 19560—2008《煤的高压等温吸附试验方法》标准完成。

根据区块内煤田地质勘探期间的抽水试验资料，以及储层压力和水头高度之间可以互算的原理，可换算出煤储层的等效压力Pe，即

Pe=HgradPw

(1)

式中：H为水头高度，m；gradPw为静水压力梯度或单位高度的水柱压力，取0.98 MPa/hm。

临界解吸压力利用等温吸附常数与煤层含气量的关系，可以估算出煤层气临界解吸压力Pc，即

(2)

式中：VS为实测含气量，m3/t；VL为兰氏体积，m3/t；PL为兰氏压力，MPa。

利用Langmuir方程计算实测含气饱和度SS为

V=VLP/(P+PL)

SS=VS/V

(3)

式中：SS为实测饱和度，%；P为实测储层压力，MPa；VS为实测含气量，m3/t；V为实测储层压力投影到吸附等温线上所对应的饱和含气量，m3/t。

根据上述参数，可求得煤层气理论采收率η,即

(4)

式中：Pa为枯竭压力，MPa。

3 储层特征及可采性评价

3.1 多煤层基本特征

中岭井田：发育可采煤层12层；煤层总厚4.24～32.21 m，平均18.23 m；埋深主要分布在100～600 m。坪山井田：发育可采煤层11层；煤层总厚4.99～43.68 m，平均24.34 m；埋深主要分布在100～500 m。

3.2 含气性

研究区73件钻孔煤心样品解吸数据统计分析显示，主煤层甲烷体积分数都在80%以上(表2)。其中：中岭井田各煤层平均甲烷体积分数在89.11%～98.04%；坪山井田各煤层甲烷平均体积分数为84.83%～92.38%，变化较小，总体上略低于中岭。相应地，坪山井田煤层中氮气、二氧化碳平均体积分数略高于中岭井田；两井田氮气平均体积分数分别为5.43%和9.27%，二氧化碳平均体积分数分别为1.74%和1.80%。除坪山井田3煤层外，全区其他煤层中基本上未检测到重烃气。

中岭井田不同煤层甲烷平均含量为8.82～15.44 m3/t，平均12.32 m3/t。其中，31煤层甲烷平均含量最高，达到15.44 m3/t；10煤层最低，为8.82 m3/t，两者相差6.62 m3/t。坪山井田各煤层甲烷平均含量在8.25～12.96 m3/t，平均10.97 m3/t。其中，6煤层甲烷平均含量最高，为12.96 m3/t；10煤层最低为8.25 m3/t，两者相差4.50 m3/t。总体来看，中岭井田煤层甲烷平均含量要比坪山井田高1.35 m3/t左右(表2)。

注：“—”表示未检出。

3.3 吸附性

中岭井田4层主煤层煤样在30 ℃平衡水条件下的甲烷等温吸附曲线如图2所示。原煤的兰氏体积为26.26～36.46 m3/t，平均31.79 m3/t；无水无灰基兰氏体积为33.20～41.39 m3/t，平均为37.02 m3/t。这一结果，说明研究区煤层有较强的储气能力，在其他条件配置合适的情况下，煤层中气体富集程度可能较高，这与研究区无烟煤的煤级特征有关。兰氏压力分布范围为2.45～3.69 MPa，平均2.92 MPa；其中，3煤的兰氏压力最大为3.69 MPa。

3.4 储层压力

煤储层压力是煤层气流动的动力，其获取一般有注入压降试井法及水头高度换算法，在区块没有试井的条件下，通常用水头高度来换算[11-12]。采用公式(1)计算了等效储层压力。等效储层压力必须应用在一定的圈闭条件下，煤储层渗透性较好与地下水连通时，煤储层压力等于静水压力。此时，储层压力的分布与变化，主要受储层埋藏深度、地下水水头高度及其埋深以及地下水矿化度、储层温度和地应力状态的影响。

地下水水头越高，等效储层压力就越大。在区块内，中岭井田5号抽水钻孔在龙潭组下—中段水头高度最大，为207.57 m，所对应的等效储层压力也最高。压力水头的埋藏深浅(水位)造成不同的水动力条件，也是影响储层压力及其梯度变化的重要因素。一般来说，压力水头埋藏越深，压力梯度就越小，但区块内该规律不明显(表3)。

3.5 临界解吸压力及可采性

根据研究区等温吸附试验结果及煤层实测含气量来自钻孔煤心解吸数据，采用兰氏方程相关理论(式(2)、式(3))，计算得出各煤层煤层气的临界解吸压力和实测饱和度；采用枯竭压力Pa=0.70 MPa，以及式(4)，求得煤层气理论采收率(表4)。

注：VS为实测体积；VN为理论计算得体积；PS为实测压力；SS为实测饱和度。

中岭井田4个煤样临界解吸压力在1.07～1.87 MPa，饱和度为62%～82%，以枯竭压力0.70 MPa作为煤层抽采卸压下限，煤层气理论采收率为27.5%～48.7%，加权平均40.4%。国土资源部2006年组织新一轮全国煤层气资源评价，得到全国煤层气平均抽采率28.94%[13]，与此相比，中岭-坪山区块煤层气理论抽采率高于全国水平。

为了进一步研究主力煤层临界解吸压力、实测饱和度、理论采收率在区域上的分布，根据表4数据换算出8号煤层参数：等效储层压力在1.87～3.78 MPa，最高为中岭井田的67钻孔，最低为52钻孔，可以看出中岭井田储层压力变化较大，而坪山井田相差不大(表5)，随着埋深增大，等效储层压力也增大，有“中部低，南北部高”的特征(图3)，基本在区块的南北部形成高压区，且高压区含气量也较高。

中岭-坪山区块理论含气量在14.01～20.11 m3/t；临界解吸压力0.88～3.04 MPa，除坪山井田46孔外，其他钻孔临界解吸压力都低于储层压力；实测饱和度52%～103%，基本上为欠饱和，除了坪山井田46钻孔，饱和度为103%，中岭井田西北部，也就是62钻孔附近含气饱和度较高，总体呈现“西北部、东南部高，中部低的趋势”；理论采收率16.1%～61.6%，分布趋势与等效储层压力、临界解吸压力、含气饱和度相似。

黔西多煤层区煤层气储层渗透性一般较差[14-15]，在这种条件下，煤层气勘探开发首选区域应是煤层气高度富集区，其含气量高，含气饱和度高，临界解吸压力高，同时多煤层区采用合层开发是必然选择[16-17]，参考煤层气多层合采优化组合方法[18-21]，可知，高含气量、高临界解吸压力，其产层组合层数更多，更有利于合层开发。

4 结 论

1)以贵州省中岭-坪山为研究区块，在分析多煤层发育基本特征、煤层含气量、煤层吸附性的基础上，采用水头高度等效煤储层压力-等温吸附法，评价了等效储层压力、临界解吸压力、含气饱和度及采收率。

2)研究区煤层数量多，含煤50余层，其中可采煤层10～12层。各煤层含气量高，平均含气量为11.71 m3/t，等效储层压力梯度较低，平均为0.80 MPa，临界解吸压力平均为1.56 MPa，含气饱和度平均为72%，计算煤层气采收率平均为40.4%，高于全国平均水平。

3)煤层含气量、储层压力、临界解吸压力、含气饱和度分布具有一致性，高含气量区，等效储层压力高、临界解吸压力高、含气饱和度也高。煤层气富集区是未来开发的首选区域，同时合采开发是多煤层的首选开发方式。

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Recoverability evaluation on coalbed methane of multiple coal seams in Zhongling-Pingshan Block of Guizhou Province

WANG Guoling1, SUN Hansen2, YAN Kaifeng1, SHI Hongling1

(1.Beijing Orion Energy Technology & Services Co., Ltd., Beijing 100190,China;2.China United Coalbed Methane Corporation Limited, Beijing 100015, China)

Abstract:The recoverability evaluation plays an important role in exploration and development of coalbed methane (CBM), which depends on a number of geological parameters. The Qianxi area is abundant in coalbed methane in multiple coal seams, the recoverability of which deserves attention greatly. In this paper, Zhongling-Pingshan in Guizhou is selected as the research object to evaluate the development potential of coalbed methane resources in Qianxi area. Based on analysis of the tectonic characteristics, multi-seams development characteristics, gas content, and adsorptivity, the equivalent reservoir pressure, critical desorption pressure, gas saturation, and recoverability were evaluated using equivalent coal reservoir pressure isothermal adsorption method. The results show that the thin to medium thick seams were developed in the upper Permian Longtan formation which contains as many as over 50 layers. Among all the layers, 10 to 12 layers are recoverable, with gas content 8.25 to 15.44 m3/t and an average of 11.71 m3/t. The equivalent reservoir pressure gradient was 0.59～0.95 MPa/hm with an average of 0.80 MPa/hm. The critical desorption pressure is 1.07～1.87 MPa with an average of 1.56 MPa and the gas saturation is 62%～82%with an average of 72%. The calculated recoverability is favorable which is 27.54%～48.66%, with an average of 40.4%, higher than the national average. The isoline maps of gas contents, pressure and calculated results show that the distributions of gas content, reservoir pressure, critical desorption pressure and gas saturation is consistent. In high gas content area, all the equivalent reservoir pressure, critical desorption pressure, and the gas saturation have high values. Since mining multiple coal seams is an effective way to greatly improve coalbed methane production and recoverability, it will be the first choice for coalbed methane development method for Guizhou.

Key words:Zhongling-Pingshan;multi-seams; coalbed methane;recoverability

中图分类号：P618

文献标志码：A

文章编号：0253-2336(2020)05-0108-07

王国玲，孙晗森，严开峰，等.贵州中岭-坪山区块多煤层煤层气可采性评价[J].煤炭科学技术,2020,48(5)：108-114.doi:10.13199/j.cnki.cst.2020.05.015

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收稿日期：2019-11-12；

责任编辑：王晓珍

基金项目：国家科技重大专项资助项目(2016ZX05044)

作者简介：王国玲(1984—)，女，河北邢台人，工程师，硕士。Tel：18910833298，E-mail：wgl030710@163.com