煤礦首山一井二

煤礦首山一井二

作為一種新型清潔能源，其開發(fā)利用不僅可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)能源的不足，而且有助于減少煤礦的破壞和環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)中國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和煤礦企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整。因此，煤氣公司的開發(fā)受到各國政府和企業(yè)的高度重視。經(jīng)過10多年的油氣勘探，中國希望在不到不遠(yuǎn)的將來在山西省東部、沁水盆地東南部實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)毓I(yè)化，并將其進(jìn)行開發(fā)。山西省東部和沁水盆地東南部的局部工業(yè)化已經(jīng)完成。首山一井位于平頂山礦區(qū)李口向斜北翼東段,距平頂山市23km,是平煤集團(tuán)公司的礦井接續(xù)區(qū).對于這樣一個(gè)煤層氣含量較高、資源豐度大的地區(qū),在煤田勘探結(jié)束后、礦井建設(shè)之前進(jìn)行煤層氣勘探開發(fā),不僅可獲取能源,而且可有效地減少煤炭開采過程中的瓦斯災(zāi)害.為此,作者將對該井田主采煤層煤層氣儲(chǔ)層特征進(jìn)行系統(tǒng)描述,旨在通過描述,對煤層氣勘探開發(fā)的可行性進(jìn)行初步評價(jià),為勘探開發(fā)工藝的選擇提供信息.1層的特性1.1北到靈武山井田首山一井西以李封斷層與十三礦接壤;東至55勘探線;南起李口向斜軸或二1煤-1000m標(biāo)高;北到靈武山向斜軸或二1煤-1000m標(biāo)高.井田東西走向6.6km,南北寬4～5.5km,面積約36km2.井田的主體為白石山背斜,在該背斜的軸部發(fā)育走向與地層走向一致的逆斷層,如高溝逆斷層;井田的西部發(fā)育李封正斷層以及由該斷層派生的一系列小型正斷層,如圖1所示.1.2煤類及煤類與平頂山其它井田一樣,首山一井含煤巖系由太原組、山西組、下石盒子組和上石盒子組組成,總厚795m,含煤53層.其中山西組的二1煤為主采煤層,厚2.76～10.22m,平均6.15m.局部出現(xiàn)分叉,分叉后的二12煤層,厚1.84～4.17m,平均3.50m,見圖1.煤類以焦煤(JM)為主,其次是瘦煤(SM),少量貧瘦煤(PSM).鏡質(zhì)組反射率為1.41%～1.83%.1.3儲(chǔ)層滲透率分析二1煤的孔隙度為1.49%～8.74%,平均4.28%.比表面積、最大吸附能力、煤層氣含量和含氣飽和度之間存在正相關(guān)關(guān)系,且與煤級正相關(guān),見表1.該井田二1煤儲(chǔ)層的滲透性因?yàn)樵嚲Y料,只能定性評價(jià).首先從煤級的角度分析,二1煤處于中變質(zhì)階段,以焦煤為主.以往的研究表明,中煤級煤割理最發(fā)育,割理是儲(chǔ)層滲透性的主要貢獻(xiàn)者之一.這就預(yù)示著該井田二1煤儲(chǔ)層的滲透性較好.另外,儲(chǔ)層的滲透性與煤體結(jié)構(gòu)的關(guān)系密切,原生結(jié)構(gòu)煤和碎裂煤滲透性好,碎粒煤和糜棱煤滲透性差.根據(jù)鉆孔巖心觀測,二1煤多為原生結(jié)構(gòu)煤和碎裂煤,局部地區(qū)或分層(特別是斷層附近)碎粒煤和糜棱煤發(fā)育.可見在大部分地區(qū)儲(chǔ)層的滲透性較好.1.4瓦斯壓力的吸附特征嚴(yán)格來講,由地面煤層氣井測得的儲(chǔ)層壓力與煤礦下測得的瓦斯壓力不完全一致,前者更能反映實(shí)際情況.但在沒有煤層氣井的情況下,瓦斯壓力可近似做為儲(chǔ)層壓力對待.實(shí)測結(jié)果表明,瓦斯壓力在-640～760m標(biāo)高范圍內(nèi)為2.75～5.21MPa.二1煤的吸附特征見表2.由該表和儲(chǔ)層壓力可知煤層氣的賦存處于欠飽和狀態(tài),說明煤層氣開發(fā)時(shí)需較長時(shí)間的排水降壓.較短的吸附時(shí)間預(yù)示著煤層氣較高的解吸速率,利于煤層氣開發(fā).1.5煤中業(yè)氧氣運(yùn)移及其頂?shù)装搴瑲饬康挠绊懚?煤煤層氣含量為1.62～21.18m3/t,平均9.00m3/t,如圖2.含氣量的空間分布表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非均質(zhì)性,主要受賦存地質(zhì)條件的控制.首先在背斜軸部煤層氣含量較低,但在封閉條件好的部位含量明顯增高,如4916、4803和5002孔附近.其次由背斜軸部向向斜軸部煤層氣含量逐漸增高;淺部為風(fēng)氧化帶,向深部含氣量逐漸增高.最后含氣量與頂?shù)装鍘r性關(guān)系密切.煤層上部的小紫泥巖是區(qū)域性封閉層,對二1煤煤層氣的保存起重要作用.底板巖性似乎是控制煤層氣含量的直接因素之一,泥巖底板分布區(qū)含氣量往往高于砂巖分布區(qū).二1煤煤層氣成分,除風(fēng)氧化帶外,由CO2、N2、CH4及重?zé)N(C2～C5)組成,甲烷含量為60.58～95.81%,平均78.81%;重?zé)N1.26～32.07%,平均7.28%.垂向上隨深度的增加,甲烷和重?zé)N的濃度增加.在解吸過程中隨解吸時(shí)間增加甲烷濃度降低,重?zé)N濃度增加,說明煤對重?zé)N的親和能力高于甲烷.1.6煤氣資源概況資源量計(jì)算結(jié)果表明首山一井二1煤(含分叉區(qū)的二12煤)煤層氣資源量為16.9493×108m3,且大部分為含氣量大于8m3/t區(qū)域.資源豐度為0.471×108m3/km2.2煤深度聯(lián)合開發(fā)的方案探討通過上述儲(chǔ)層特征描述可以初步確定該區(qū)煤層氣存在地面開發(fā)的可能性.首先是煤層氣開發(fā)利用的對象——煤層氣儲(chǔ)量豐富,僅山西組二1煤的煤層氣資源量就達(dá)近17×108m3.但二1的資源豐度較低,達(dá)不到1×108m3/km2的下限要求,如果考慮下石盒子組、上石盒子組煤層,則可滿足資源豐度要求.因此,多煤層聯(lián)合開發(fā)將是最佳途徑.其次,另一個(gè)關(guān)鍵的儲(chǔ)層參數(shù)——滲透率,定性評價(jià)結(jié)果為滲透性較好.從臨界解吸壓力、解吸時(shí)間、吸附特征等分析,都有利于煤層氣地面開發(fā).3煤體氣體組分含量特性(1)首山一井不僅有豐富的煤炭資源,而且有豐富的煤層氣資源,煤層氣資源量達(dá)16.9493×108m3.含氣量多在8m3/t以上,氣體中甲烷成分多在70%以