瓦斯综合治理规划.doc

内蒙古太西煤集团公司兰山煤业公司 瓦斯综合治理规划 一、矿区基本情况 煤层气作为一种洁净能源，不仅环境性能好，而且热效率高。煤层气主要成份为甲烷，纯甲烷热值约为35.53MJ/m3，按发热量计算，1000m3甲烷相当于1.26t标准煤。与燃煤相比，煤层气燃烧后排放的灰分为燃煤的1/148，二氧化硫为1/700，二氧化碳为3/5。因此，二道岭矿区煤层气具有良好的开发前景。 二道岭矿区位于贺兰山中段、阿拉善左旗境内，与宁夏汝箕沟矿区相邻发育，中间隔以呼鲁太（木葫芦）背斜。矿区呈长轴为北东向之不对称菱形，矿区西部、北部以小松山逆断层为界，东部、南部以煤层露头为界。矿区长约15km，宽约5.5km，面积约64km2。地理坐标为东经10559′10610′，北纬3901′30″3909′20″。 矿区地貌为一发育良好的小型山间盆地，四面被中、低山环绕，海拔一般为18002400m。矿区属中、高山大陆型干燥气候，年最大降水量238.2mm，极端最高气温35.1℃，极端最低气温-23.5℃。 二、煤储层含气性特征 煤储层含气性特征主要包括含气量、含气质量（煤层气甲烷浓度）、含气饱和度、含气梯度等煤层含气性要素。二道岭矿区煤田勘探深度内（浅部，656m）煤储层含气性的特性数据获得主要依据煤田瓦斯孔测试资料和矿井瓦斯资料，深部煤储层含气性的获取要依靠科学的地质预测方法。 1、煤层气显示与浅部煤储层含气性 （1）煤层气显示 在二道岭矿区（二道岭向斜）中部立新井田精查和南北端普查过程中，共施工煤层瓦斯孔14个，获得86个样品的煤层瓦斯测试数据，煤层瓦斯的测定采用真空罐法、解吸法（煤炭行业标准MT7784）。煤田瓦斯孔测试煤层深度基本在400m以浅，最小测试深度仅50m，最大测试深度为656m，测得煤层瓦斯含量820m3/t，一般认为真空罐法所测结果较真实值还要低一些。矿区浅部积累了大量矿井瓦斯资料，主要生产矿井全部为高瓦斯矿井，相对瓦斯涌出量为1123m3/t，目前煤炭开采深度仅200m左右，煤矿生产中发现随采深的加大瓦斯涌出量也明显加大，预示深部煤层具高含气量。煤田瓦斯孔测试结果和矿井瓦斯统计结果都显示二道岭矿区良好的含气性。 （2）煤层气风化带深度 通过对二道岭矿区煤田瓦斯孔测试成果数据的统计分析，得到煤层气风化带的下限深度，煤层气风化带下限的煤层气甲烷浓度取80。煤层气甲烷浓度80对应的平均含气量约7m3/t，即煤层气风化带下限平均含气量为7m3/t。二道岭矿区煤层气风化带平均深度为100m。 （3）煤储层含气量 二道岭矿区内，煤层气风化带以下至煤田勘探最大深度范围，煤层最小埋深67m，煤层最大埋深656m，煤层平均埋深为255m，煤层含气量变化于6.82m3/t21.06m3/t之间，平均值为11.76m3/t。从浅部气显示来看，煤储层含气量高且分布相对稳定。从矿区浅部煤储层含气量的区域变化来看，二道岭向斜的东翼高于西翼；在向斜东翼，中部煤层含气量高于南北两端，在炭窑沟至兴泰矿一带煤储层含气量最高。 （4）煤储层含气质量 二道岭矿区煤层气风化带以下至勘探深度656m范围，煤层气甲烷浓度80.1100.0，平均值为89.6，对应的煤储层平均埋深255m。绝大部分煤储层实测甲烷浓度大于85。从煤储层含气性的统计结果来看，自上而下煤储层中煤层气甲烷浓度逐层递增明显。 （5）煤层含气饱和度 根据区域地质背景分析，二道岭矿区煤层裂隙以及与煤层相邻的砂岩层中赋存承压水，故该地区为超压区或正常压力区。煤储层埋深255m处，取水头高度据地表50m，储层压力约为2.2MPa，由煤层等温吸附曲线可知，该压力下煤层饱和吸附量约为19m3/t，则该深度煤储层含气饱和度约为62％。向深部煤级降低，煤储层吸附能力相应降低，则煤储层含气饱和度会显著增高。以二1煤层为例，接近煤田地质勘探下限深度600m左右，煤层含气饱和度普遍达到80以上，部分地区已达到饱和含气，煤层含气饱和度100。 （6）含气梯度 矿区范围内所有煤层含气量与埋深关系的统计分析，含气梯度变化于0.82m3/t100m1.55m3/t100m之间，平均为0.90m3/t100m。 2、含气性预测与深部煤储层含气性 （1）、含气性预测方法 深部煤层含气量预测是本次进行煤层气资源评价的关键内容之一。根据浅部勘探区煤层含气性规律，结合深部煤层赋存的地质特征，可以采用含气梯度法、压力-吸附曲线法、煤质-灰分-含气量类比法、地质条件综合分析法等不同的方法对深部煤层含气性进行预测。 从广义上讲，所有的地质预测方法都包含一定程度的综合地质分析，不同方法之间存在着一些不可分离的相辅相成的关系。因此，在对同一地区煤层含气性分析预测中，往往是以某种方法为主的多种方法综合预测。 （2）二道岭矿区深部煤层含气性预测结果 从上述介绍可以看出，含气梯度法和压力-等温吸附曲线法是两种定量预测方法，其它方法为半定量法或定性法。二道岭矿区煤层气地质背景特征决定了含气梯度法适用的局限性，故二道岭矿区深部煤层含气性的定量预测主要应采用应用压力-吸附曲线法，并在煤层埋深650m以浅含气梯度法预测结果作为参考。据此，二道岭矿区深部煤层含气性预测结果见下表。区域上，由浅部向二道岭向斜核部煤层含气量增高，浅部增加快而深部增加慢，向斜东翼煤层的含气量高于西翼；含气饱和度随埋深增加明显递增，煤储层800m左右含气饱和度基本达到饱和，推测再向深部为过饱和。 二道岭矿区（东翼）深部煤层含气性预测成果表 埋藏深度／m 含气饱和度／％ 甲烷浓度／％ 甲烷含量／m3t-1 500600 8090 90100 15.0 700800 90100 95100 17.5 800900 ≥100 100 19.5 9001000 ≥100 100 21.0 11001200 ≥100 100 23.0 13001400 ≥100 100 24.0 三、煤层气资源及分布 根据计算结果，二道岭矿区煤层气总资源量112.41108m3，其中推定资源量为25.65108m3，占22.8；推断资源量为30.25108m3，占26.9；预测资源量为45.26108m3，占40.3；远景资源量为11.26108m3，占10.0。二道岭矿区煤层气资源量中高资源类级（A、B类）接近50。 煤层气风化带下限深度至煤储层埋深600m，为推定资源量分布的深度范围，占总资源量的近1/4，煤层气资源丰度为2.11108m3/km2；煤储层埋深6001000m，为推断资源量分布的深度范围，占总资源量的1/4，煤层气资源丰度为2.65108m3/km2；煤储层埋深10001500m，为预测资源量分布的深度范围，占总资源量的40，煤层气资源丰度为1.80108m3/km2；煤储层埋深大于1500m的远景资源量仅占总资源量的10，煤层气资源丰度为2.41108m3/km2。从煤层气资源量和煤层气资源丰度的深度分布来看，煤储层埋深1000m，以浅部的资源量分布丰富，且煤层气资源丰度高。 二道岭矿区内煤层气资源量的区域分布具有二道岭向斜的两翼高于核部、东翼高于西翼的总体特征。从各计算单元资源丰度的区域变化来看，煤层气资源丰度向斜东翼高于西翼、中北部高于南部，向斜东翼中北部煤储层埋深6001000m范围内煤层气资源丰度最高，达3.6108m3/km2。 四、煤层气可采性 二道岭矿区构造形态为复向斜，断裂构造不发育，地质构造相对简单；煤变质作用类型为区域岩浆热变质，深部隐伏岩浆岩体造成的高异常地热场是造成煤变质的主要原因，且二道岭地区高异常地热场更为显著，经受的最大埋深不超过3000m，主要变质期所受的静岩压力小，压实程度低，利于割埋和连通孔隙发育，同时煤层有效生气阶段晚，有效阶段生气率高；煤层层数多，煤层厚度大，煤层结构简单，煤体结构保存完整，构造煤不发育；无烟煤吸附能力强，煤层含气量大，煤层气甲烷浓度高，含气饱和度和含气丰度也高；煤层气风化带浅，风化带下限深度都在100m左右；煤系地层中以育承压水，含煤区为超压区或正常压力区，煤层气保存条件好，并且交通便利，地面施工条件好。 根据煤层气解析特性估计二道岭矿区理论最大采收率介于4095之间，平均理论最大采收率80左右。 根据等温吸附曲线估算二道岭矿区理论采收率变化范围37.551.4。 煤储层渗透性、含气饱和度、储层压力是影响煤层气开发和实际采收率的关键因素。 煤储层渗透性通过制约煤层气井产能和单井控制面积来影响实际采收率，煤储层渗透率越高，煤层气实际采收率就越高。国内煤层气可采的渗透率下限一般定为1md。沁水盆地晋城地区煤储层渗透率多在2md以上，二道岭矿区中部割理裂隙系统较晋城地区更为发育，估计渗透率高于1md，向二道岭向斜的核部渗透率可能有所降低。 煤储层含气饱和度主要影响煤层气开发难度和开发工艺技术实施效果，从而影响煤层气实际采收率。一般情况下，含气饱和度高，很小的降压就可以达到临界解吸压力，则煤层气开发相对容易，疏水降压的时间短，煤层气井峰值产量到得早，煤层气实际采收率高。二道岭矿区含气饱和度高是重要的含气特征，埋深800m以下的煤层即已达到饱和含气，甚至达到过饱和含气，有利于煤层气的开发。 煤储层压力过高或过低都不利于煤层气井的降压开采，因此也影响煤层气实际采收率。推测二道岭矿区煤储层压力梯度接近或略高于静水压力梯度，煤田勘探水文孔抽水实验结果表明降压相对容易，对煤层气的开发也是有利的。 在二道岭矿区，尽管煤储层渗透性、含气饱和度、储层压力可能对煤层气的开发有利，但由于向斜核部煤层埋深较大、部分区域煤储层厚度较薄、浅部煤储层压力偏低等不利因素的存在，二道岭矿区煤层气实际采收率要低于单井理论采收率。 通过上述分析，可以初步得到二道岭矿区煤层气可采性较好的总体认识。从矿区内煤层气可采性的区域变化来看，向斜东翼中北部煤储层埋深800m以浅煤层气可采性最好，向斜西翼浅部和向斜东翼中北部煤层气可采性次之，向斜核部、西翼深部和东翼南部煤层气可采性较差。 随着煤层气开发技术工艺水平的提高，实际采收率会显著提高，可采资源量也会相应提高。但实际采收率永远不会超过理论最大采收率，估计二道岭矿区理论最大可采资源量约为90108m3。 五、煤层气抽采利用 1、矿井煤层气抽采 内蒙古太西煤集团公司在古拉本矿区内有13对矿井，拥有煤炭资源储量15015万t，标高＋1600m以上资源储量为12485万t，煤层含气量按平均值11.76m3/t计算，标高＋1600m以上含气量为14.98108 m3。矿井生产能力375万t/a，服务年限为23年。煤层气收采率以60计，煤层气浓度平均值为89.6，年可采煤层气为3432104 m3。 根据古拉本矿区矿井分布开采情况、煤层赋存条件、煤储层含气性特征等条件，标高＋1600m以上全部采用矿井抽采的方法进行抽采。在采用目前国内普遍使用的顺层抽采、穿层抽采、采空区抽采等传统抽采方法的同时，引进澳大利亚威利朗沃钻井公司（VLD）提供的井下长距离水平定向钻进新技术，提高煤层气抽采效果。 2、地面煤层气抽采 古拉本矿区标高＋1600m以下仍有大量的煤炭资源，标高＋1200m以上资源已做过地质勘查工作，深部推测煤炭远景储量为810亿t，蕴藏大量煤层气资源。深部煤层气采用地面抽采方法。根据中国矿大资源与地球科学学院所做的二道岭煤层气资源评价与可行性研究论证（研究报告），最大建井数量为100口，服务年限32年，最大年产气量1.2108m3。 3、煤层气利用 由于古拉本矿区人口数量少，居住分散，采出煤层气用于民用燃料可行性不大。因此，所采煤层气主要用于发电。 矿井抽采气体全部用于发电，按1Nm3纯瓦斯可发电3.18kWh计算，年发电量为10914104kWh。发电机组容量为1.5104kW。 地面抽采气体全部用于发电，按1Nm3纯瓦斯可发电3.18kWh计算，年发电量为36000104kWh。发电机组容量为4104kW。 4、实施计划 “十一五”后期，矿井抽采煤层气规模为1580104m3/a，煤层气发电装机容量10500kW；地面建抽采钻井2口，年产气量2120104m3/a，地面抽采煤层气发电装机容量2500kW。煤层气总抽采量1820104m3/a，煤层气总利用量1358104m3，煤层气发电总装机容量0.6104kW。 “十二五”期间矿井抽采煤层气规模为3432104m3/a，新增发电装机容量1.0104kW，矿井煤层气发电装机容量1.5104kW；地面建抽采钻井7口，年产气量840104m3/a，新增发电装机容量0.4104kW，地面抽采煤层气发电总装机容量0.5104kW。煤层气总抽采量6332104m3/a，煤层气总利用量4528104m3，煤层气发电总装机容量为2.0104kW。 “十三五”期间矿井抽采煤层气规模为3432104m3/a，全部供已有发电站发电，矿井抽采煤层气发电装机容量1.5104kW；地面新建抽采钻井41口，年新增产气量4920104m3/a，新增发电装机容量2.104kW，地面抽采煤层气发电总装机容量2.5104kW。煤层气总抽采量10969104m3/a，煤层气总利用量9057104m3，煤层气发电总装机容量为4104kW。 六、工程投资 “十一五”后期，矿井煤层气抽采投资7200万元；煤层气输送系统投资1600万元；建发电站投资4440万元。地面钻井工程投资1000万元。投资合计13240万元。 “十二五”期间，矿井煤层气抽采投资39600万元；煤层气输送系统投资8800万元；建发电站投资10360万元。投资合计58760万元。 “十三五”期间，矿井煤层气抽采投资39600万元；建发电站投资14800万元。投资合计54400万元。 内蒙古太西煤集团兰山煤业公司 二00九年七月二十八日 9