瓦斯( 煤层气) 资源量计算方法

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( 1) 计算程序

①资源量计算边界: 瓦斯地质图中标有瓦斯风氧化带的区域可直接圈出，不进行储量计算。煤层含气量、煤层厚度下限值由瓦斯含量等值线、钻孔数据进行确定 ( 下限标准可参考 《煤层气资源/储量规范》) 。

②资源量计算单元的划分: 原则是把气田内具有相同或相近煤层气赋存特征的储层划为一个单元。划分单元首选气藏地质边界，如断层、尖灭、剥蚀等; 然后结合气藏计算边界，其中达不到产量下限的煤层净厚度边界、含气量下限边界和瓦斯风化带边界不加以计算。

③计算单元面积: 面积可通过 AutoCAD 软件 “工具”菜单直接查询，而不再用煤炭储量计算面积常用的直接公式法及网格法，并且这种计算结果十分精确。煤层倾角的变化可由底板等高线的疏密程度进行计算，然后对实际面积进行修正。

④煤层有效厚度: 即整层煤厚去除夹矸厚度，也称净厚度，可以查看邻近钻孔资料，通过测井曲线或者取心整理夹矸厚度，一般与构造煤厚度一并在图上钻孔附近标出。

⑤煤质量密度: 先查找附近的钻孔，查看相应报告可获得煤真密度或视密度数值; 对于计算单元有多个钻孔的情况，可以取其平均值。

⑥资源量计算: 按照矿井瓦斯含量等值线图划分的资源量计算块段，依据每个块段已确定的参数，由公式 ( 1. 1) 计算出各块段煤层气资源量。

( 2) 计算方法

我国地质条件复杂，不同区域煤层赋存条件差异很大，这对煤层气资源量计算过程，含气面积、含气量等参数的确定带来了诸多问题。我国目前煤层气资源量的计算方法主要分为以下几种:

①瓦斯地质统计法。瓦斯地质统计法计算瓦斯资源量，主要是充分运用煤矿开采后获取大量瓦斯地质资料的优势，在编制瓦斯地质图的基础上，运用瓦斯地质和瓦斯涌出规律，建立起与煤层气含量测试数据的对应关系，丰富煤层气预测资料，充实和完善煤层气预测公式。更加实际的编制好煤层气含量等值线图，进行煤层气资源量计算，结合构造煤的分布和构造复杂程度，进行煤层气资源评价和区块分级。瓦斯地质图是瓦斯信息和地质信息系统的高度综合，它全面地反映了瓦斯生成条件、保存条件、抽采的难易程度、瓦斯涌出规律及分区、分带特征;能够比较直观的确定资源量计算边界条件、划分计算单元，提供瓦斯资源量计算过程中所需参数，特别是影响资源量计算精度的关键参数，如含气面积、煤层厚度和含气量等，并能提高参数选取的可靠程度。

②体积法。它是我国目前煤层气储量计算普遍采用的一种方法，适应于各个级别煤层气地质储量计算，在美国很多人也采用。计算公式如下:

河南省瓦斯地质规律研究及煤矿瓦斯地质图编制

式中:Cad=Cdaf(100－Mad－Ad)/100;Gi为煤层气地质储量，10m;A为煤层含气面积，km2;h为煤层净厚度，m;D为煤的干燥基质量密度，t/m3;Cad为煤的空气干燥基含气量，m3/t;Cdaf为煤的干燥无灰基含气量，m3/t;Mad为煤中原煤基水分，%;Ad为煤中灰分，%。

计算过程参数主要来源于地质勘探资料，勘探程度越高，参数取值越准确，资源量的结果也越可靠;但对于勘探程度较低或者当前没有勘探的区域，参数的选择人为因素就比较大，资源量计算的结果可靠性就值得怀疑。

③气藏数值模拟法。这种方法是在计算机上利用专用软件对已获得的储层参数和早期的生产数据或试采数据进行拟合匹配，可以获得一个代表储层平均特征的气藏模型和地质储量，也可以估算煤层气井未来的产量状态及可采储量，结果的准确程度是建立在丰富资料和计算精度的基础上。

④类比法。类比法是利用已开发煤层气田(或相似储层)的相关关系计算瓦斯资源量的一种方法。计算区与开发区的地质条件、储层条件等愈相似，计算结果愈准确。由于我国地质条件较为复杂，此方法的局限性较大，只有很少地区能够采用。但如果在煤层气开发初期选区，储量级别要求不高，地质资料比较可靠，利用这种方法参数选择比较快捷、直观。

对于其他计算方法，如蒙特卡罗法、物质平衡法(King，1993)等，由于计算过程复杂或者参数选择困难，不太实用，很少人采用。

中国石油集团测井有限公司的公司简介

地震勘探已进入高分辨采区勘探中，对一些构造规律尚不清晰的地区进行地震普查勘探，以增加煤炭资源储备是十分必要的。目前，地震勘探区一般为构造复杂地区，对于解决此类复杂构造问题，地震勘探方法是行之有效的。

1 复杂的地质构造

南坪普查区包括双堆小区和骑路孙—城南小区两个块段。以往勘探认为该区构造简单，但煤层埋藏较深，煤层较薄，并有岩浆岩侵入主要煤层，无工业开采价值。地震普查后，否定了原构造方案，揭示其为一复杂煤层构造地区。主采煤层为3和8煤层煤，断层发育，勘探区面积约150km2，大于100m的断层有26条。复杂之处在于本区逆掩断层发育，并伴有两个块段的双重叠置构造（即飞来峰），见图1。

图1 构造纲要图

图2 井深.药量试验频谱分析图

2 地震勘探的方法研究

在普查之前的概查阶段，已发现本区的特殊地质构造现象。在普查阶段针对本区特殊构造特征，采用地震方法进行了充分的试验，深入研究地震资料，从而推断出了符合实际的地质构造。

2.1 野外数据的采集

（1）激发条件试验。全区设计两个试验点，药量2.5kg分别放在6.0m、8.0m、10.0m、12.0m的井中激发，通过分析监视记录面貌，3煤层和8煤层的反射波突出，信噪比高，通过观测打孔打出的泥土砂石等，找到粘土层，并对单炮作频谱分析，确定井深10m为最佳层位（图2）；采用炸药1.0kg、2.0kg、3.0kg、4.0kg、5.0kg分别在10m的井中激发，经比较分析监视记录，确定药量3.0kg。

（2）接收条件试验。通过检波器不同电路组合效应、菱形锥形等不同形状对面波的压制、不同频率、挖坑埋置试验，分析监视记录及其对应的频谱图，选定最佳接收方式为两串两并线形组合，100Hz检波器，挖坑30cm接收。

（3）排列方式（覆盖次数）的选择。选择南坪普查区10线的一段，采用加大排列增加接收道数96道接收施工。处理时抽取不同接收道，获得4种采集参数的时间剖面，即96道接收24次叠加剖面；96道接收12次叠加剖面；小排列48道接收12次叠加剖面；大偏移距48道接收12次叠加剖面。通过比较，从4组剖面中选择48道小偏移距12次叠加，此排列叠出的时间剖面同相轴光滑，中浅层干扰小。这种方法施工一条线，可以获得4种不同的时间剖面，以选择最佳接收排列方式。

（4）施工措施及质量。南坪地震普查勘探中，除野外数据采集严格执行《煤炭煤层气地震勘探规范》外，施工中加强质量管理，坚持量孔，即炸药下去后测量孔深，这样既能保证井深，又有利于安全生产。检波器挖坑30cm。同时，由于普查区范围广，激发条件不断发生变化；在靠近城区附近，地下水位下降，施工中，发现监视记录质量变差时，打双孔作对比试验，加大井深以获得良好的第一手资料。由于严格施工，本区原始记录成品率达99.95%，甲级率为71.50%。

2.2 资料处理

资料处理坚持提高信噪比的原则，抓住以下环节，获得了较高品质的时间剖面，处理时间剖面长度157.58km，Ⅰ类剖面长度104.04km，占66.02%，无Ⅲ类时间剖面。

（1）编辑工作。编辑工作是资料处理工作的基础。去伪存真是编辑工作的原则，为保证参与多次叠加资料的可靠与真实，必须去掉一些不正常的炮或道，从而保证有效信息的拾取，以获得优质可靠的地质资料。南坪普查区的监视记录总体上面貌清晰，目的层反射波突出，但仍有一些不正常道存在，在编辑时认真剔道或删去某一道中的一段，做到对原始记录、叠前滤波及反褶积后单炮进行编辑，保证CDP道集的信噪比。

（2）速度分析。多次叠加的基础是抽取CDP道集能否有效地参与叠加，抑制多次波、噪音等干扰波，提高时间剖面的信噪比，而速度选择的正确与否直接影响到多次叠加效果。一般每隔50个CDP作一个速度谱，进行速度分析，产状变化及构造复杂地段加密速度谱点。在南坪普查区，有效波除T0、T3和T8波外，全区还有奥陶系内部的反射波组波全区较为稳定，距T8波时差400～500ms。在速度分析时有意突出该组反射波，以便于解释时的辅助波组参考使用，有利于判断层位。

（3）反褶积测试。选择两条线作子波脉冲、预测、地表一致性反褶积，通过对比时间剖面，采用子波反褶积处理的时间剖面T3波、T8波波形特征明显，信噪比高，对判层及识别构造有利。

（4）滤波测试。由于南坪普查区目的层深浅差距较大，深度为-90～-2000m，T8波时间为100～1400ms不等，采样长度2s。所以叠前滤波频带要宽，滤波档选择15，20Hz～180，200Hz。叠后滤波选择变时窗滤波的方式，即0～600ms滤波档选（25，30Hz～120，140Hz），600～2000ms滤波档选（20，25Hz～80，100Hz）。这样处理的时间剖面层次清晰，目的层突出，剖面信噪比高。

（5）特殊处理。在地震时间剖面上，对于地层倾角过大及构造复杂地段，主测线选做Fx偏移处理，达到对特殊波的收敛和有效波的归位，有利于对特殊波的识别和有效目的层的正确认识。全区出一套偏移剖面供分析资料使用。

2.3 资料的分析解释

2.3.1 波组特征及波的对比

分别选择两条线上的两个已知钻孔，利用声速测井数据作人工合成记录。以取得时间剖面上反射波组对应地质层位的认识。

选取余弦指数作为子波函数 B（t）=e-ktcos（2πft

地质层位的反射系数计算公式为：R=（v2ρ2-v1p1）/（v2ρ2+v1ρ1）

人工合成地震波计算公式：S（t）=B（t）*R（*为褶积符号）

即合成记录S（t）为子波B（t）与煤层反射系数R之间的褶积。

通过合成记录与时间剖面的对比，确定主要反射波对应的地质层位（图3）。T0为第四系底界；T3为3煤层反射波；T8为8煤层反射波；T13为奥陶系顶界；为奥陶系内部某一界面。

从波组特征图上可以看出，T0与下伏二叠系不整合接触，T3波两个强相位，T8波2～3个相位，T3波距T8波140ms左右；T13波距T8波120ms左右；波距T8波约500ms。

图3 反射波波组特征及其对应地质层位

利用各组波的动力学特征，对时间剖面上的波组进行标定。确定煤层对应的有效波。根据目的层波组（T0、T3、T8）的特点及波组关系，在时间剖面上进行连续追踪对比，并利用联络线进行闭合，从而控制全区煤系地层的起伏形态及构造。

对比解释时间剖面上的T3和T8波，利用钻孔深度及解释的主要煤层对应的时间，标定出全区的速度，勾绘出等速度平面图。理论上速度值应随目的深度的增加而加大，如果钻孔标定出的速度出现异常，可返回检查层位对比的正确与否。

2.3.2 构造解释

断点的确定：在时间剖面追踪对比过程中，反射波发生错断、同相轴产状突变，波组突然消失或出现断面波、绕射波等现象，表明有大的断点存在，反射波中断点以及断棱绕射波的极小点为断点位置。

南坪普查区逆掩断层发育，这时要认准T3和T8波组特征，判准层位，推断解释断层，同时根据产状的变化，判断断层的倾向。

在该区由于对F24及F25的正确认识，发现了一块煤系变浅的含煤构造块段，8煤即为800m以浅面积约8km 2。否定了老钻孔见灰岩即为基底的结论，认为灰岩下仍有二叠系煤层存在，这种构造已由后期施工的孔27-1证实。

落差恰好为3煤和8煤的层间距，这时只有认真分析辅助波的波组关系及主要目的层反射波的波形特征，才能确定断层的存在。在30线上就有这样的断层，由孔30-3验证。

图4 F24、F25断层时间剖面

根据断点两盘升降关系及产状变化的一致性，分析相邻断点落差变化规律，参考等时线的搭配，结合钻孔资料及区域构造规律，利用相邻测线上断点的落差和测网的闭合情况来确定断层的走向及延伸长度。

分析南坪地震普查区的区域构造规律，认为该区主要受SE-N W方向的挤压作用，断层走向以北东向为主。全区组合解释断层29条，断层分布具有规律性（图4）。

2.3.3 双重叠置构造（即飞来峰）的分析解释

对全区反射波的追踪对比，根据反射波的波组特征，认为L30线上有两组T3波两组T8波，且两组波的时差很大（500～800ms）。如果解释为逆掩断层，而这样的逆掩断层又无出露。并且骑路孙—城南小区的构18孔（20世纪60年代施工）揭露侏罗系之上有二叠系覆盖，故认为L 30线的骑路孙区段上部的煤系反射波为外来系统，并且外来煤系的反射波特征发生了变化，T3波频率变低，T8波能量较弱，见图5。

图5 双重构造现象时间剖面

利用普查的50线、60线、L30线、L33线联合解释，控制了骑路孙上部及下部的煤系构造形态，新发现可采煤约25km2。这种双重叠置构造现象（即飞来峰）已由新施工的孔50～3得到验证。

3 勘探成果及验证情况

全区施工物理点8728个，测长164.49km。原始记录成品率为99.95%，Ⅰ类剖面占66.02%。控制了大于100m的断层，控制了勘探区内煤系的起伏形态及构造，取得了明显的经济效益。新发现具有工业价值的煤炭资源约140km2，使之成为国家近期规划中的工业开发区。

由于野外严格施工，处理精细，认真分析解释，地震勘探获得了良好的地质效果。在地震普查勘探之后，利用地震勘探成果，设计钻探工程。在综合地质普查勘探中，施工钻孔7个，验证效果良好，见表1。

表1 钻探验证情况表

对于解决复杂地层构造，地震勘探有着无可比拟的优势。抓好地震勘探的每一个环节，获得较好的第一手资料，仔细分析，总结分析构造规律，地震方法完全可以控制复杂地质构造，发现具有工业开采价值的含煤区，为煤炭矿井建设提供后备基地。

（本文发表于2001年《山东科技大学学报》增刊）

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EILog快速与成像测井系统2004年被推荐为集团公司十大科技进步奖之一，2005年被授予国家重点新产品，2006年获集团公司技术创新一等奖。累计获授权专利191项，其中发明专利29项。制定企业标准87项，注册商标8项，软件著作权登记8项。

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