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船景煤层气论证
四川广旺能源发展(集团)有限责任公司筠连矿区船景煤矿
煤层气不具备规模化地面抽采的论证
二〇〇九年七月
一、概况
(一)地理位置
船景煤矿位于筠连县城124°方位平距27km的川南煤田筠连矿区之东南端,属筠连县镇舟镇、维新镇、乐义乡、高坎乡管辖。
地理坐标:
东经104°41′15″~104°46′07″,北纬27°59′40″~28°05′00″。
(二)矿区范围
2008年11月5日,国土资源部以国土资矿划字[2008]063号批复了船景矿井矿区范围。
船景煤矿划定批准矿区范围由53个拐点圈定,矿区面积约37.2236平方公里,开采深度由700米至0米标高,开采煤层为2、7号和8号煤层之一、之二共4层。
(三)煤层赋存
船景煤矿井田内宣威组为区内含煤地层,平均厚度135.35m,下段(P2x1)不含可采煤层,上段(P2x2)含煤10层,平均厚7.31m,其中可采煤层为2、7号煤层及8号煤层之一、之二,计4层,平均总厚度5.73m,可采含煤系数为4.2%。
各可采煤层特征见表1。
(四)煤层气赋存情况
对井田内主要可采煤层测试结果表明,各煤层瓦斯含量为0~23.24ml/g·kR,各煤层瓦斯成份大致一致,以CH4为主,含量在71.22~86.43%,平均在80.26%,重烃很少,瓦斯分带属沼气带。
船景矿井井田勘探煤样瓦斯成分及瓦斯赋存形态分析见表2和表3。
表1船景煤矿各煤层特征表
煤层
编号
层间距
煤层厚度
最小~最大/平均
可采区煤层厚度
最小~最大/平均
煤层结构
可采性
稳定性
2
0~2.53/0.92
0.7~1.59/0.98
简单,一般含夹矸1~2层
局部可采
不稳定
25.95
7
0.2~4.86/1.33
0.7~2.39/1.08
简单~复杂,局部含夹矸0~3层,一般1层
局部可采
不稳定
2.56
8-1
0.28~3.38/1.37
0.7~2.93/1.26
简单,局部含夹矸0~2层,一般1层
基本全区可采
较稳定
3.73
8-2
0.53~5.21/2.07
0.7~3.8/1.59
简单~复杂,局部含夹矸0~3层,一般1层
全区可采
较稳定
表2船景煤矿瓦斯含量及各成份含量统计表
煤层号
瓦斯含量
(ml/g·KR)
瓦斯成份含量(ml/g·kR)
CO2
N2
C°2—C°4
CH4
2
7
8-1
8-2
注
(ml/g·kR)—毫升/克·可燃物,
二、煤层气资源储量及评价
(一)煤层气资源量
区内各煤层可燃物含气量(q燃)平均为9.1~12.05ml/g·kR,折算成实际煤层的含气量(q燃),两者的折算关系为:
计算公式:
q煤=(q燃)×(100-Mad-Ad)/100
式中:
Mad—煤的水分含量;
Ad—煤的灰分含量。
折算后各煤层含气量平均为6.48~10.41m3/t,但2号煤层3770万吨含气量因低于规范指标下限值,因此不作为算量煤层,各煤层的平均含气量见表4。
船景矿井内煤炭资源丰富,共有煤炭资源量13703.2万吨,另有高硫煤(含硫量大于3%)的资源量10254.2万吨,瓦斯含量较高,具有较丰富的煤层气资源。
现采用容积法计算各煤层的煤层气资源量:
计算公式:
Q=M×q
式中:
Q—煤层气资源量(万m3);
M—煤炭资源量(万吨)
q—煤层气含量(m3/t.煤)
根据上述公式算区内煤层气资源量为20.49亿m3。
各煤层煤层气资源量见表5.
表5煤层气资源量计算表
煤层号
保有资源储量(万吨)
煤层含气量(m3/t)
煤层气资源量(亿m3)
煤层气资源/储量类别
备注
7
4516.9
10.24
4.63
推测资源量
保有资源储量中含高硫煤保有资源储量
8-1
7115.8
9.78
6.95
8-2
8554.7
10.41
8.91
合计
20.49
(二)煤层气资源评价
根据《煤层气资源/储量规范》(DZ/T0216-2002),煤层气储量评价主要从储量规模、储量丰度、埋深和煤层含气量等要素进行评价,详细评价表见表6、表7、表8、表9。
表6储量规模评价
分类
煤层气地质储量×108m3
船景矿井储量×108m3
船景矿井类型
特大型
>3000
大型
300~3000
中型
30~300
小型
<30
20.49
小型
表7储量丰度评价
分类
煤层气地质储量丰度×108m3/km2
船景矿井丰度×108m3/km2
船景矿井类型
高
>3.0
中
1.0~3.0
低
0.5~1.0
0.5505
低类
特低
<0.5
船景矿井煤层气储量丰度为:
20.49÷37.2236=0.5505
表8煤层气埋深评价
分类
产层中部埋深m
船景矿井m
船景矿井类型
深
>1000
中
500~1000
600
中
浅
<500
表9煤层含气量评价
分类
含气量m3/t
船景矿井含气量m3/t
船景矿井类型
贫气
<4
含气
4~8
富气
富气
8~12
10.15
富气
极富气
>12
三、船景矿井煤层气不具备规模化地面抽采条件的论证
(一)地面瓦斯抽采系统应用现状
世界上利用了面钻井技术抽瓦斯的历史不长。
目前,美国、加拿大、澳大利亚等国家在该领域的研究、勘探、抽采利用方面处于世界领先地位,尤其美国利用地面钻孔水力压裂抽采瓦斯技术,率先实现地面瓦斯抽采规模开发,成为商业化地面钻井抽采瓦斯比较成功的国家,也是迄今为止地面钻井抽采瓦斯量最高的国家。
我国瓦斯地面开发可追溯到上世纪70代末,原煤炭科学研究院抚顺研究所曾在抚顺、阳泉、焦作、白沙、包头等高瓦斯矿区,以解决煤矿瓦斯突出为主要目的,施工了20余口地面瓦斯抽排试验井。
但由于当时井位选择和技术、设备等条件限制,试验未取得生产效果。
上世纪90年代初,随着美国瓦斯地面开发技术的传入,我国开始引进国外瓦斯地面抽采和井下压裂技术,在不同地区开展了瓦斯开发试验。
经过十余年的瓦斯勘探和开发试验,在沁水盆地南部晋城矿区取得了重大突破。
沁水盆地是当今我国瓦斯勘探开发程度最高的盆地,含煤地层主要是上石炭统太原组和下二叠统山西组;煤层厚度大,分布稳定,热演化程度高,生气量大;煤层割理发育,构造线交汇部位裂隙发育,瓦斯产出条件好;煤层上覆有效厚度较大,水动力条件好,瓦斯保存条件有利。
20世纪90年代两淮矿区在地面勘探和开采煤层气方面做了大量工作,先后施工测试井14口,压裂试生产井8口,但产气效果均不理想,日产量达不到商业开发标准。
2002年以来,淮南矿区不断创新抽采理念,积极试验地面钻井抽采采动区、采空区瓦斯,到目前为止,共施工地面钻井12口,其中7口取得成功,4口失败,1口正在考察中。
地面钻井抽采瓦斯技术,虽在国外已作过研究和试验,但主要是针对煤层赋存稳定、渗透性好的煤层,少数低透气性煤层矿区也曾配合水力压裂等措施进行过地面钻井抽采瓦斯,但产气效果不理想。
与本矿井同属西南的云南省新庄矿区观音山矿井开发业主云投奥电扎西能源有限公司与澳大利亚米切尔钻井公司在观音山井田内已进行过地面钻井瓦斯抽采试验。
根据其目前的试验情况,实验处于停滞状态,效果较差。
(二)煤层气规模化地面抽采条件分析
借鉴国外地面瓦斯抽采成功经验,从目前我国主要含煤盆地瓦斯开发试验成果来看,煤层气规模化地面抽采应具备如下几个条件:
1、资源条件
(1)煤层厚度>2~5m,连续性好,以保证有足够数量和稳定的瓦斯资源量;
(2)煤层渗透率越大越好;
(3)煤层平均瓦斯含量≥8~5m3/t
(4)适宜规模化、集中化开采。
实践证明,埋深300m以上的煤层一般具有较高的瓦斯含量,300~1000m是具有瓦斯资源开发潜力的煤层埋藏深度。
煤层厚度大是瓦斯高产富集的重要因素之一,因为煤层厚度大,瓦斯的资源量以及钻井有效见煤段的比例相应也大。
煤层渗透性是影响瓦斯可采性的关键因素之一,渗透率的大小直接影响瓦斯在煤层中运移难度。
一般来说,煤层的渗透性一部分来自煤层割理,另一部分来自构造裂隙。
美国东部盆地进行地面瓦斯抽采的最低要求我括:
煤层累计厚度>3m,平均瓦斯含量≥5.7m3/t,渗透率>0.1md,深度<1220m,镜质体反射率>0.75%。
澳大利亚进行地面瓦斯的采的最低要求包括:
单煤层厚度应≮3m,平均瓦斯含量≥7.1m3/t,灰分含量≯2,项底板条件非砂岩。
根据美国地面抽采瓦斯的经验,煤阶以低-中挥发分烟煤为主,而且至今尚无地面抽采无烟煤矿区的先例。
究其原因,在于高煤阶煤储层渗透率对应力敏感性强,应力渗透率衰减快;高吸附性、微孔性,自封闭性效应明显;高煤阶煤束缚水饱和度大,相对渗透能力低;经历的构造运动期次多,其反复加压和卸压,渗透性损害极大;煤基质收缩能力弱,瓦斯抽采过程中其渗透率较难得到改善。
实施煤层气资源集中开发、整装开发的第一个关键环节是煤层气矿业权的配置。
因为它决定着一个煤层气资源区块(无论大小)煤层气的生产方式、运输方式和市场用户的选择。
船景煤矿可采厚度在0.7~5.21m,煤层稳定性较差。
根据邻近矿井情况和煤层渗透率<0.1md。
船景矿井煤层气储量规模和储量丰度较低,加之资源分布于丘陵、山地类地理环境,对集中开采、输送和利用不利,难以集中化、规模化开采。
2、技术条件
根据目前国内和国际的地面规模抽采成功的经验,均是在煤层埋深适中、厚度大、含气量高,具备良好的煤层气资源条件;地层产状平缓,断层少,煤层割理发育和渗透率较高,具备良好的煤层气开发地质条件的地区。
与本矿井同属西南的云南省新庄矿区观音山矿井开发业主云投奥电扎西能源有限公司与澳大处亚为切尔钻井公司在观音山井田内已进行过地面钻井瓦斯抽采试验。
采用代麦克辛钻井技术,由地面钻两个分支水平井,再与垂直井汇接,井入煤层的水平孔沿煤层走向距离煤层顶板2m定向钻井,进入煤层的水平孔孔径120mm,每口分支井长1625m,煤层内水平孔长935m,非煤系孔长690m,垂直井深550m。
按照预计在煤层内每米水平钻孔日产气10m3,一组代麦克辛井一年产气610万10m3,连续抽采一年半后,可将代麦克辛井控制区域内煤体瓦斯含量降到5m3/t以下,其每组井投资约140万美元。
根据其目前的试验情况,效果较差。
根据船景矿井的煤层气资源赋存情况,目前在船景矿井采用规模化煤层气抽采技术还不具备。
(三)政策符合性分析
根据国家发改委组织编制的《煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十一五”规划》,“十一五”期间,地面抽采瓦斯的重点是建设沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘两大瓦斯产业化基地。
根据国家矿产资源规划,综合考虑煤层气、煤炭资源赋存状况,筠连矿区未列入煤层气勘查、地面开采区域。
船景矿井矿区范围内目前未设置煤层气勘探、开采矿权。
因此,不满足“新设立的煤炭探矿权、采矿权不得进入国家公告的特定煤层气勘查、开采区域”。
(四)船景矿井适宜的煤层气抽采方式
参考邻近芙蓉矿区的抽采经验,煤层透气性系数普遍较低,属较难抽采煤层。
本井田瓦斯地质条件和灾害程度与芙蓉矿区白皎煤矿和芙蓉煤矿类似,他们在瓦斯抽采方面积累了丰富的经验,为本井田瓦斯抽采提供了技术支持和保障。
根据矿井开采煤层瓦斯涌出量大小和来源,结合煤层赋存情况和邻近芙蓉矿区的瓦斯抽采经验,矿井瓦斯抽采方法为采用底板巷道系统对煤层进行预抽和卸压抽采,同时辅以本煤层预抽和采空区抽采的综合抽采措施来达到“先采气、后采煤”合理开发资源和保证矿井安全生产的目的。
随着地面抽采技术的发展,为了充分开发煤层气资源,船景矿井可以研究地面钻孔在开采保护层卸压增透区和在采动影响区抽采瓦斯,以及抽采积存于要空区内的瓦斯。
四、结论
船景矿井矿区范围内目前未设置煤层气勘探、工采矿权。
根据船景矿井煤层气资源情况、地面规模人抽采技术水一以及船景矿井的瓦斯抽采适宜方法可知,船景矿井矿区不适宜地面规模化开采。
因此,船景矿井矿区可以设置煤炭开采矿业权,可按规定的程序进行储量评审(估)、备案。
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