贵州兴义朝阳煤矿区煤层气赋存特征

刘先军

（湖北煤炭地质一二五队，湖北 宜昌 443003）

贵州省是我国南方最重要的煤炭生产基地，煤层气（瓦斯）资源量也十分丰富。煤层气作为一种清洁能源，对其勘探开发是目前贵州省能源开发的重要任务。为此，根据贵州兴义朝阳煤矿区勘探资料和矿井生产资料，分析了该矿区主要可采煤层的煤层特征、煤层含气特性及煤层气分布规律，旨在为煤层气资源合理有效地开发利用提供详细的地质资料。

1 矿区地质

1.1 矿区构造

矿区位于雄武背斜南东翼，总体呈北东向的宽缓单斜构造，地层走向NE，倾向SE，地层倾角1～12°，一般6°，地层产状沿走向和倾向变化不大。矿区构造以断层发育为主，构造复杂程度属中等。

1.2 含煤地层

矿区内含煤地层为二叠系上统龙潭组（P3l），以砂泥岩为主夹灰岩，含煤6～10层。含可采煤层3层，可采煤层编号为17、18、19煤层，其中17、18煤层为大部可采煤层，19号煤层为全区可采煤层。与上覆飞仙关组、下伏茅口组均呈假整合接触，地层厚188.62～223.83m，平均204.69m。

2 煤储层特征

2.1 含煤性及煤层厚度

矿区内含煤6～10层，含煤总厚8.64m，含煤系数4.44%。可采煤层总平均厚度5.66m。其中，17煤层厚度0.40～8.69m，平均厚度3.37m；18煤层厚度0.41～1.63m，平均厚度0.99m；19煤层厚度0.83～2.84m，平均厚度1.46m。

2.2 显微煤岩组分及特性

有机组分：分为镜质组和惰质组，以镜质组为主。有机总量为88.41%～100.00%，平均为94.37%。镜质组：含量84.11%～92.71%，平均86.84%，基质镜质体（部分为不规则块状、均匀、无结构的镜质体，部分胶结丝质体碎片、半丝质体、碎屑惰质体、粗粒体、粘土、黄铁矿等）。惰质组：含量7.29%～15.89%，平均13.17%，以半丝质体为主，其次碎屑惰质体，少量氧化丝质体和粗粒体。

无机组分主要以碳酸盐为主，硫化物次之，含少量的粘土矿物。碳酸盐含量为2.96%～7.32%, 平均4.89%。碳酸盐：方解石，脉状。硫化物含量为1.18%～4.27%，平均2.23%。硫化物：黄铁矿，鲕粒状，不规则块状，充填裂隙状。粘土组含量为1.18%。粘土：充填裂隙或胞腔状。镜煤最大反射率为2.23%～2.87%，平均2.48%。区内可采煤层中，煤类为无烟煤三号（WY3）。其煤岩特征见表1。

3 煤层气赋存特征

3.1 含气量及瓦斯分带

本区内各煤层钻孔煤芯解吸实验结果统计见表2。由表可知，各煤层自然瓦斯成分以N2为主，平均浓度为18.57%～82.45%，全区平均为45.62%，CH4+重烃平均浓度为3.57%～76.16%，全区平均43.14%，CO2平均浓度为2.35%～73.50%，全区平均为11.24%。各煤层煤层气平均含量均小于4m3/t，为贫甲烷煤层。采样点均处于氮气-沼气带。

表1 煤岩成果表

表2 煤层含气量测定结果统计

3.2 等温吸附特征

等温吸附曲线是煤中甲烷的吸附能力与瓦斯压力之间的函数关系，利用吸附等温线可以确定所给定煤样的最大吸附量。同时利用煤的最大吸附量和所测定煤的含气量之间的关系，可以预测解析作用开始时的气藏压力。利用煤矿区的勘探钻孔302孔、401孔及矿井巷道的17、18和19号煤层在t=30℃进行等温吸附试验得出钻孔煤样的等温吸附曲线图，见图1～图3。

3.3 瓦斯含量及其变化规律

矿区内17、18和19号煤层的瓦斯含量为0.09～5.29mL/g.daf，平均为1.95mL/g.daf。 其中，17号煤层含量为0.29～3.30ml/g.daf，平均为1.47mL/g.daf；18号煤层含量为0.85～5.29ml/g.daf，平均为2.70mL/g.daf；19号煤层含量为0.09～3.32ml/g.daf，平均为1.69mL/g.daf。各可采煤层的瓦斯含量均低于4ml/g.daf，属贫甲烷煤层。在垂向上，煤层瓦斯变化规律大致有由浅部向深部，瓦斯含量先增大后减小的趋势。除零星点的瓦斯含量高于4ml/g.daf，其他区域内瓦斯含量均小于4ml/g.daf。瓦斯梯度：煤层埋藏深度每增加54.99m时，其瓦斯含量增加1mL/g.daf。瓦斯增长率：煤层埋藏深度每增加100m时，瓦斯含量增加0.86mL/g.daf。

3.4 生产矿区瓦斯含量

2017年度兴义市朝阳煤矿年度矿井绝对瓦斯涌出量10.06m3/min，矿井相对瓦斯涌出量10.88m3/t，采面最大绝对瓦斯涌出量4.54m3/min，掘进面最大绝对瓦斯涌出量0.33m3/min。

图1 17号煤层等温吸附曲线

图2 18号煤层等温吸附曲线

图3 19号煤层等温吸附曲线

3.5 煤层气井试井测试

本矿区对203孔做了煤层气试井测试。综合解释评价如下：

17号煤层：（1）本次注入/压降试井施工，采用井下关井方式工艺合理，取得了合格的压力、温度和注入量等各项资料；（2）压降解释的储层渗透率为0.0673×10-3μm2，表明煤岩层渗透性能较低；地层系数为0.1548×10-3μm2.m；（3）17煤层表皮系数为-2.972，储层附近完善程度较好，未发现明显污染；（4）地应力测试获得煤层破裂压力8.666MPa，破裂压力梯度3.354MPa/100m；获得煤层闭合压力4.530MPa，闭合压力梯度1.753MPa/100m。

18号煤层：（1）本次注入/压降试井施工，采用井下关井方式工艺合理，取得了合格的压力、温度和注入量等各项资料；（2）压降解释的储层渗透率为0.0385×10-3μm2，表明煤岩层渗透性能较低，地层系数为0.0385×10-3μm2.m；（3）18煤层表皮系数为0.172，结果反映煤储层附近有轻微污染，可能为钻井液等所影响；（4）地应力测试获得煤层破裂压力15.669MPa，破裂压力梯度5.704MPa/100m；获得煤层闭合压力9.828MPa，闭合压力梯度3.577MPa/100m。破裂压力梯度和闭合压力梯度均偏高。

19号煤层：（1）本次注入/压降试井施工，采用井下关井方式工艺合理，取得了合格的压力、温度和注入量等各项资料；（2）压降解释的储层渗透率为0.0512×10-3μm2，表明煤岩层渗透性能较低，地层系数为0.0614×10-3μm2.m；（3）19煤层表皮系数为-3.637，储层附近完善程度较好，未现明显污染；（4）地应力测试获得煤层破裂压力8.302MPa，破裂压力梯度2.891MPa/100m；获得煤层闭合压力5.800MPa，闭合压力梯度2.019MPa/100m。

综上，该井17号煤层、19号煤层为低渗透煤储层，属完善层，18号煤层为低渗透煤岩层，属欠完善层。

3.6 钻孔瓦斯压力测试

煤层瓦斯压力是瓦斯涌出的突出的动力，也是煤层瓦斯含量多少的标志。准确测定瓦斯压力对矿井有效而合理地制定防治瓦斯的措施，预测预报煤与瓦斯突出危险性，合理制定防突措施均具有十分重要的意义。本区对203号孔和邻区承龙煤矿进行瓦斯压力测试，结果见表3。

表3 钻孔瓦斯压力测定结果表

4 结语

通过对朝阳煤矿矿区上二叠统龙潭含煤性、煤层厚度、煤层含气性及煤层气特征分析，认为研究区煤层厚度以中厚层为主，结构简单，煤炭资源量中等，煤变质程度高，为无烟煤三号，煤层含气量总体较低。在垂向上，煤层瓦斯变化规律大致有由浅部向深部，瓦斯含量先增大后减小的趋势，但无论是勘探资料还是矿井资料，都反映出在矿区不同部位含气量的不均一性，煤层含气量低，不利于独立气田开采，适宜矿井生产进行采区抽采。