淮南煤田潘集深部13-1煤储层含气量特征分析

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　　摘  要：运用煤层气含量直接法，并结合地质背景，对淮南煤田潘集深部13-1煤储层含气量及其与埋深的关系进行了分析。结果表明：潘集深部13-1煤层气含量介于9.58m3/t～23.59m3/t之间，平均含量为15.93m3/t。总体看，较大的含气量数值差异主要由损失气体量造成。高含气量样品集中分布在古沟乡附近，平面上具有南高北低的特征;纵向上，当埋藏深度在500m以下时，含气量与埋藏深度具有明显的正线性相关关系;当埋藏深度超过900m时，含气量增加速率变慢，含气量数值趋于定值。对比发现，煤层有效埋藏深度与煤层气含量关系较埋藏深度更明显。
　　关键词：淮南煤田;潘集深部;13-1煤;含气量
　　中图分类号：P618 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）07-0033-03
　　Abstract： Using the direct method of coalbed methane content and the geological background， the gas content of No.13-1 coal reservoir in the Panji Deep Area of Huainan Coalfield and the relationship with burial depth were analyzed. The results show that No.13-1 coalbed methane content in the Panji Deep Area ranges from 9.58 to 23.59m3/t with an average content of 15.93m3/t. Generally， the large difference in gas content is mainly caused by the lost gas content. High gas content samples are concentrated near Gugou Town， and shows the characteristic of higher values in the south part and lower in the north part. Vertically， when the burial depth is less than 500m， the gas content has a significant positive linear relationship with the burial depth. When the burial depth is greater than 900m， the increase rate of gas content becomes slower， and the value of gas content tends to be a certain value. By contrast， the correlation between the effective burial depth of coal seams and the gas content is more obvious than the burial depth.
　　Keywords： Huainan Coalfield; Panji Deep Area; No.13-1 coal; gas content
　　引言
　　淮南煤田潘集深部是华北南部新发现的深部含煤地块，具有较为丰富的煤层气资源。目前，对潘集深部煤储层中煤层气资源的系统研究仍旧不足，严重阻碍了淮南煤田煤层气的进一步开发利用。由于煤的变质程度、煤层埋深、地温、压力、成煤环境等条件，以及煤层气在煤孔裂隙系统中的吸附或游离状态比例的不同，进而煤层含气量也有所不同[1-3]。本文在前人研究的基础上，本文采用绳索取芯法进行采样，采用煤层气解吸直接法计算潘集矿区深部13-1煤层的含气量，并与浅部煤层含气量对比，以分析含气量与埋藏深度以及有效埋深之间的关系，为淮南矿区深部煤层气资源评估与勘探开发提供重要的理论依据。
　　1 地质概况
　　潘集矿区位于淮南复向斜东段陈桥-潘集背斜转折端，北以明龙山断层为界，南与谢桥-古沟向斜相邻[4]。区域内断裂构造发育，有29条断层，整体上呈现“北-中-西”断层集中构造带以北部的明龙山断层和中心区的F66断层作用最为强烈。陈桥-潘集背斜为NWW轴向，沿走向在研究区东南部与断层相交，两翼地层倾角变化平缓但走向变化大，南翼地层走向近EW-NWW向，北翼近SN向。
　　2 含气量计算方法
　　为获得数据，采样后立即将煤芯入罐封存，现场在规定的时间内测量气体解吸，直至7天内平均解吸量为10cm3/天为止，即得解吸气体量;测量后，将所有煤样在粉碎机中粉碎2～4小时。然后，将它们放置在恒温器中，并将温度设置为煤层的温度，结束后，估算每个煤样的残余气体含量;使用图形方法计算损失气体量：以煤样品在钻孔中的解吸时间与暴露时间之和的平方根作为水平坐标，并以给定时间间隔的解吸量作为纵坐标，然后，将与坐标轴对应的测量点绘制在坐标纸上。因此，使用最小二乘法获得了每个煤样的损失气体量。实验依循国家标准GB/T 23249-2009进行。
　　3 结果与讨论
　　3.1 13-1煤层含气量
　　根据实测数据整理得到了潘集13-1煤层含气量图（图1）。由图1分析可知13-1煤层解吸气体量在0.46～2.48m3/t之间，平均值为1.17m3/t;损失气体量在5.39～15.9m3/t之间，平均值为11.17m3/t;残余气体量介于2.43～5.93m3/t之间，平均值为3.59m3/t。煤层气总含量介于13.17～23.59m3/t，平均含量为15.93m3/t。总体上，13-1煤储层含气量面积分布较广，样品之间差异较大。值得注意的是，损失气体量占总含气量的比重较大，次为残余气体量，解吸气体量最低。此外，除PX-6样品外，大多数样品的解吸气体量均低于2m3/t，而PX-6样品的损失气体量和残余气体量较高。损失气体量明显高于解吸气体量和残余气体量，可以看出每个样品的气体含量差异主要由损失气体量反映出来。从含气量分布看，潘集矿区煤层气在平面上呈南高北低分布，高含氣量样品集中分布在古沟乡附近，达到23.59m3/t。 　　3.2 含气量纵向分布特征
　　煤层埋深是煤层压力的来源之一，在预测煤层气含气量时是一个不可忽视的因素[5]。上覆松散层厚度与有效埋深不同，含气量也会受其影响而变化，浅部与深部也有所区别[6]。
　　图2a显示，使用煤层气直接法计算出的煤层气含量与煤样品的埋藏深度存在正相关关系，除了残余气体量与损失气体量和解吸气体量相对不同，通常在2～6m3/t之间波动，与埋藏深度呈现负相关性。值得注意的是，损失气体量迅速增加并呈线性上升趋势，这表明煤层气的含量取决于钻孔中煤在外界的暴露时间。解吸气体量与埋藏深度显示出弱正相关关系，并且其值比损失气体量低。由图2b对比煤层气含量与埋藏深度的关系，可知上覆岩层的有效埋藏深度与煤层气含量具有明显的正相关性。
　　图3a显示了13-1煤层样品的气体含量和浅层区域埋藏深度（深度<500m）呈正线性相关关系。此外，深度在1100～1500m的气体含量基本保持在15～20m3/t，除样品PX-1和PX-6外，这两个样品不仅具有较高的残余气体量，而且具有较高的损失气体量。如图3b所示，煤层的有效埋藏深度与气体含量和埋藏深度相比具有更好的对数关系。总体而言，潘集深部地区的实测数据与从浅部区域的延伸拟合曲线相吻合，表明深部区域的气体含量随着埋藏深度的增加而增长。但当埋藏深度达到900m时，含气量增加的趋势便趋于平缓。
　　4 结论
　　（1）淮南煤田潘集深部13-1煤解吸气体量在0.46～2.48m3/t之间;残余气体量介于2.43～5.93m3/t之间;损失气体量在5.39～15.9m3/t之间，含气量差异主要由损失量反映出来。煤层气总含量介于13.17～23.59m3/t，平均含量为15.93m3/t。
　　（2）纵向上13-1煤层深部区域的气体含量随着埋藏深度的增加而增高;当埋藏深度达到900m时，含气量增加的速率变慢，含气量数值趋于平缓。浅部500m以浅煤层含气量与埋藏深度呈正线性相关关系。
　　参考文献：
　　[1]刘贝，黄文辉，敖卫华，等.淮南煤田煤质随埋深演化特征及煤变质作用研究[J].煤炭科学技术，2014，42（S1）：270-273.
　　[2]任自强.潘集矿区深部地温地质特征及地热资源评价[D].淮南：安徽理工大学，2016.
　　[3]易小会，随峰堂，刘昊.潘集外围煤层气含量预测研究[J].科技创新与应用，2014（29）：84.
　　[4]沈雨浩.淮南矿区潘集深部13-1煤煤层气资源潜力评价[D].淮南：安徽理工大学，2017.
　　[5]全裕科.影响煤层含气量若干因素初探[J].天然气工业，1995（5）：1-5.
　　[6]魏强.淮南潘集深部煤储层吸附解吸特征分析[D].淮南：安徽理工大學，2016.
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