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1、一 、 研 究 的 目 的 与 意 义煤 层 气 资 源 作 为 一 种 新 的 接 替 能 源 其 勘 探 开 发 对 于 我 国 的 经 济 发 展 和 国 家 安全 都 有 着 重 要 的 战 略 意 义 。 煤 层 气 的 生 成 、 保 存 及 开 采 直 接 受 到 储 层 环 境 的 影 响 ,如 果 在 采 煤 之 前 不 先 抽 采 煤 层 中 的 煤 层 气 ， 它 将 在 采 煤 过 程 中 逐 渐 排 放 到 大 气 中 ，一 方 面 造 成 资 源 的 浪 费 ， 另 一 方 面 给 环 境 带 来 了 巨 大 的 压 力 。 再 者 不 合 理 的 开 采还 会 造
2、 成 矿 井 灾 害 。 因 此 需 要 研 究 煤 层 气 保 存 条 件 及 其 主 控 因 素 ， 这 些 主 控 因 素对 不 同 煤 层 气 富 集 控 制 的 差 异 将 影 响 其 成 藏 的 差 异 , 从 而 导 致 针 对 不 同 煤 层 气的 勘 探 过 程 需 要 采 用 不 同 的 评 价 方 法 和 开 采 技 术 。 这 对 寻 找 和 开 采 煤 层 气 资 源 都是 十 分 重 要 的 一 项 工 作 。 另 外 对 煤 层 气 含 气 区 带 进 行 综 合 评 价 和 确 立 评 价 标 准 是煤 层 气 研 究 中 的 一 个 关 键 因 素 ， 它 是
3、 煤 层 气 探 研 究 最 基 础 的 工 作 ： 煤 层 气 是 一 种高 潜 力 洁 净 能 源 ， 中 国 煤 层 气 资 源 丰 富 ， 目 前 国 内 外 资 金 已 经 纷 纷 投 入 到 煤 层 气的 开 发 中 来 。 不 同 煤 层 具 有 不 同 的 煤 层 气 地 质 特 点 与 选 区 评 价 标 准 。 为 此 ,通 过重 点 煤 层 气 盆 地 的 煤 层 气 评 价 参 数 对 比 研 究 ,确 定 出 最 优 的 煤 层 气 选 区 是 关 系 到其 勘 探 开 发 设 计 能 否 成 功 ， 是 煤 层 气 勘 探 的 基 础 工 作 。 因 此 迫 切 需
4、 要 对 煤 层 气 特别 是 基 于 矿 区 层 次 的 资 源 状 况 进 行 整 体 分 析 和 评 价 。 进 而 为 为 参 数 井 设 计 和 产 能预 测 打 下 基 础 。二 、 研 究 现 状1 工 区 现 状 ： 煤 层 气 作 为 一 种 新 型 能 源 , 其 开 发 利 用 价 值 已 逐 渐 为 世 人 瞩目 。 中 国 具 有 丰 富 的 煤 炭 资 源 , 也 是 煤 炭 生 产 大 国 。 现 已 证 实 中 国 的 煤 层 气 资 源也 非 常 丰 富 , 具 有 广 阔 的 开 发 前 景 , 华 北 大 城 地 区 即 是 其 中 的 有 利 区 之 一
5、 。 大 城区 煤 层 气 的 勘 探 研 究 始 于 1991 年 , 由 华 北 油 田 在 静 海 县 境 内 施 工 了 煤 层 气 试 验井 大 参 1井 .它 钻 穿 了 晚 古 生 界 煤 系 , 发 现 了 多 组 煤 层 中 含 有 煤 层 气 .为 该 地 区 煤层 气 的 研 究 提 供 了 重 要 的 科 学 依 据 。 大 参 一 井 的 初 步 成 功 引 起 了 勘 探 家 的 广 泛 关注 。 随 后 ， 华 北 石 油 管 理 局 该 区 实 施 钻 探 了 5口 井 ， 即 大 城 凸 起 南 段 的 大 试 1井 ，大 参 1井 区 试 验 井 组 大 1
6、1、 大 14、 大 15和 大 16井 。 大 试 1井 在 石 炭 二 叠系 煤 层 录 井 均 未 见 含 气 显 示 ， 气 测 录 井 无 异 常 ， 岩 心 无 明 显 的 含 气 显 示 ， 现 场 解吸 煤 层 含 气 量 为 0m3/t； 97年 4月 8日 5月 29日 分 别 对 三 煤 组 和 六 煤 组 试 气 ， 无 煤层 气 产 出 。 可 见 ， 大 城 凸 起 煤 层 气 富 集 具 有 不 均 一 性 和 复 杂 性 。 至 1994 年 底 已经 完 成 120 万 重 力 、 航 磁 、 电 法 勘 探 , 完 成 数 字 地 震 3431.95km,
7、模 拟 地 震 146.15 km, 钻 各 类 探 井 16 口 , 其 中 钻 至 石 炭 系 底 的 有 14口 , 煤 层 气 专 探 井 1 口 ,兼 探 煤 层 气 井 1 口 , 煤 层 测 试 井 2 口 , 获 工 业 煤 层 气 井 1 口 。 在 大 参 1井 煤 层 气地 面 开 发 实 验 中 获 6 390 m3/ d 的 工 业 气 流 。 并 在 1995 1998 年 间 , 围 绕 大 参 1井 又 先 后 施 工 了 煤 层 气 井 4 口 , 基 本 形 成 常 规 直 井 井 组 并 开 始 产 气 , 单 井 抽 排日 出 气 量 约 为 2000
8、5000m3 。 由 于 大 城 区 煤 层 埋 藏 较 深 (900 2000m), 受 我 国当 时 的 煤 层 气 开 发 钻 井 技 术 水 平 及 资 金 等 条 件 限 制 ,煤 层 气 至 今 未 进 行 大 规 模 的勘 探 与 开 发 。2 . 技 术 发 展 手 段 现 状 ： 我 国 煤 层 气 储 层 具 有 多 种 因 素 制 约 ， 其 中 地 质 因素 是 最 核 心 的 控 制 因 素 。 我 国 煤 田 地 质 条 件 复 杂 多 样 ， 对 煤 层 气 储 层 地 质 因 素 影响 关 系 复 杂 ， 为 煤 层 气 资 源 地 质 评 价 和 开 发 选
9、区 研 究 带 来 了 困 难 。 制 约 煤 储 层 生气 量 、 吸 附 气 量 和 储 集 性 能 的 地 质 因 素 很 多 ， 目 前 主 要 研 究 煤 的 变 质 程 度 、 构 造地 质 条 件 、 围 岩 和 煤 层 的 渗 透 性 、 煤 田 的 暴 露 程 度 、 地 下 水 活 动 、 煤 层 埋 藏 深 度 、煤 层 厚 度 及 岩 浆 侵 入 等 。 基 于 矿 区 层 次 的 资 源 状 况 进 行 整 体 分 析 和 评 价 ， 在 大量 收 集 煤 层 气 资 源 基 础 材 料 和 借 鉴 前 人 研 究 成 果 的 基 础 上 ， 从 地 质 背 景 、
10、煤 储 层 、资 源 以 及 开 发 基 础 等 4 个 因 素 出 发 ， 确 定 煤 层 气 矿 区 评 价 参 数 选 择 标 准 ， 建 立 煤层 气 目 标 区 资 源 评 价 指 标 体 系 ， 采 用 无 量 纲 化 指 标 处 理 并 通 过 层 次 分 析 法 对 煤 层气 矿 区 进 行 资 源 优 选 排 序 ， 确 定 煤 层 气 开 发 优 选 目 标 及 不 同 优 选 层 次 。 煤 层 气含 气 区 带 综 合 评 价 是 一 个 多 因 素 、 多 层 次 、 多 目 标 的 决 策 过 程 ， 其 评 价 过 程 受 到诸 多 因 素 的 影 响 ， 需 要
11、 选 择 科 学 、 简 捷 、 实 用 的 数 学 模 型 来 分 析 处 理 这 些 繁 杂 因素 。 因 此 ， 根 据 煤 层 气 含 气 区 带 综 合 评 价 涉 及 的 各 种 因 素 建 立 评 价 指 标 体 系 ， 并结 合 层 次 分 析 法 和 灰 聚 类 分 析 各 自 的 优 点 ， 建 立 煤 层 气 含 气 区 带 综 合 评 价 模 型 。应 用 层 次 分 析 法 确 定 各 指 标 的 权 系 数 ， 然 后 进 行 综 合 评 价 ， 较 好 地 保 证 了 权 系 数的 客 观 性 和 准 确 性 ， 定 性 、 定 量 地 对 煤 层 气 含 气 区
12、 带 进 行 综 合 评 价 。 可 以 为 整 个煤 层 气 行 业 的 资 源 综 合 评 价 奠 定 基 础 。 目 前 ,国 外 煤 层 气 开 发 主 要 以 中 低 煤 阶为 主 ,而 我 国 则 以 中 高 煤 阶 为 主 ;不 同 煤 阶 具 有 不 同 的 煤 层 气 地 质 特 点 与 选 区 评 价标 准 。 为 此 ,通 过 对 国 内 外 重 点 煤 层 气 盆 地 的 煤 层 气 评 价 参 数 对 比 研 究 ,提 出 了 不同 煤 阶 的 煤 层 气 选 区 评 价 参 数 ,包 括 :煤 层 气 资 源 规 模 及 丰 度 、 煤 层 厚 度 、 煤 层 含气
13、 量 、 煤 层 气 吸 附 饱 和 度 、 煤 层 原 始 渗 透 率 、 有 效 地 应 力 、 地 解 比 、 构 造 发 育 状况 及 水 文 地 质 条 件 。 在 此 基 础 上 ,通 过 对 重 点 煤 层 气 区 的 类 比 分 析 ,初 步 建 立 了 我国 煤 层 气 选 区 评 价 标 准 ,并 优 选 出 煤 层 气 有 利 富 集 区 。三 、 研 究 内 容主 要 是 针 对 大 城 3 煤 煤 层 气 储 层 的 研 究 。 大 城 含 煤 区 位 于 沧 县 断 隆 与 太 行 山隆 起 之 间 的 冀 中 拗 陷 东 部 , 是 一 个 向 西 及 北 西 倾
14、 的 单 斜 构 造 ,区 内 断 层 较 少 ， 构造 简 单 。 含 煤 面 积 约 为 1 0 4 0 km2 ,， 煤 系 地 层 主 要 为 太 原 组 、 山 西 组 , 共 有 6 组 煤 ，是 一 个 大 型 的 煤 层 气 田 。1 . 大 城 3 煤 煤 层 气 保 存 条 件 分 析 ， 分 析 主 控 地 质 因 素 划 分 有 利 区 ， 确 定 评价 标 准 ；2 . 参 数 井 设 计 ， 并 进 行 产 能 预 测 。四 、 研 究 方 案1 . 在 煤 层 气 有 利 区 带 选 择 评 价 中 ， 由 于 各 地 区 的 影 响 因 素 不 同 ， 考 虑
15、的 条件 有 所 侧 重 ， 总 的 来 说 ， 普 遍 考 虑 的 主 要 条 件 有 以 下 几 个 方 面 ： 煤 层 的 埋 藏 深 度 、煤 层 含 气 性 及 渗 透 性 、 构 造 条 件 、 煤 层 压 力 和 水 动 力 条 件 等 。 除 此 之 外 ， 经 济 评价 也 是 选 区 必 须 考 虑 的 因 素 之 一 。 一 般 应 遵 循 以 下 九 项 原 则 ： （ 1） 煤 层 埋 深 (2)煤 阶 (3)煤 岩 组 分 (4)煤 层 厚 度 (5)含 气 量 (6)孔 隙 度 (7)渗 透 率 (8)构 造 条 件 (9)保存 条 件 。 并 对 煤 气 层 各
16、 种 地 质 参 数 进 行 定 性 评 价 ， 定 量 评 价 。 在 定 量 评 价 中 根据 地 质 情 况 和 评 价 目 的 选 取 评 价 参 数 ， 并 应 用 相 应 的 数 据 处 理 方 法 对 参 数 进 行 处理 。 确 立 评 分 标 准 ， 依 据 打 分 确 定 各 指 标 权 重 。2 .根 据 大 城 3 煤 构 造 地 质 特 点 和 参 数 井 设 计 设 计 相 关 原 则 对 井 位 部 署 井 身 结构 钻 井 液 等 进 行 优 化 设 计 ， 确 立 最 适 合 该 地 区 钻 井 要 求 的 方 案 。 另 外 为 简 单 快 速预 测 煤 层 气 井 产 能 ,引 入 了 典 型 曲 线 -无 因 次 产 量 与 时 间 的 关 系 曲 线 法 ， 方 便 地 确 定已 投 产 和 未 投 产 煤 层 气 井 产 能 、 最 大 产 气 量 及 其 出 现 时 间 、 煤 层 原 始 含 气 量 等 重 要 参 数 。 实例 验 证 可 知 ， 使 用 无 因 次 产 气 图 版
