资源潜力评价

6.2.1.1 煤厚及稳定性

（1）目标煤层厚度。煤层厚度主要是指煤层的有效可采厚度，即开采煤层中剔除夹矸后满足经济开采条件的煤层总厚度。煤层有效可采厚度是控制煤层气井产能的主要因素之一，它决定着开发区资源量的大小、煤层气井日产气量和生产周期的长短，是评价煤层气井的重要参数。一定厚度的煤层是煤层气藏形成的物质基础，它既提供气源，又提供储集空间，煤储层厚度越大，资源总量越多，相同条件下气井的单井日产气量和累计总产气量也越高，气井的衰减越晚，稳定生产周期越长，对煤层气开采越有利。

以沁水盆地为例，该区主采煤层为山西组的3＃煤，太原组的9＃和15＃煤至今还未实现有效的商业化开发，因此暂不考虑，仅考虑单采3＃煤的直井开发模式。沁水盆地3＃煤厚度变化范围一般在5～7m之间，平均为6.2m，其中纯煤平均厚度约5.8m。根据区域内统计的气井和煤层气井产量的关系可知，高产气井的煤层有效厚度一般都在5m以上，而小于3m的煤层的含气量和气井产量明显降低。

考虑到上述因素，结合沁水盆地煤储层厚度分布情况，认为小于2m的煤层开发价值较小，大于6m的煤层具有最优的开发价值，综合确定目标煤层煤厚（Mh，单位：m）的隶属度函数为：

煤储层精细定量表征与综合评价模型

（2）主煤厚稳定性。煤储层厚度稳定性是指煤储层厚度的变化程度和可采程度的总和。煤层可采性指数Km是表示评定区可采厚度所占总厚度比例，即：

煤储层精细定量表征与综合评价模型

式中：n为评价单元内所有参加评定的见煤点总数；n′为见煤点总数中煤厚大于或等于可采厚度的见煤点数。

煤厚变异系数ζ是反映评价单元内煤储层厚度变化偏离平均厚度程度的参数，计算公式为

煤储层精细定量表征与综合评价模型

其中

煤储层精细定量表征与综合评价模型

式中：S为煤厚均方差值；M为研究区平均煤厚；M_i为每个见煤点的实测煤厚；n为研究区见煤数。

依据《矿井地质规程》，在定量评价煤储层厚度稳定性时，薄煤层以煤层可采指数（K_m）为主要指标，煤厚变异系数（ζ）为辅助指标，中厚及厚煤层以煤厚变异系数（ζ）为主要指标，煤层可采性指数（K_m）为辅助指标。综合确定主煤厚稳定性的隶属度定量模型如表6.3所示。

表6.3 煤储层主厚度稳定性评价模型

6.2.1.2 煤的甲烷吸附能力

图6.1 中国重点矿区煤的兰氏体积分布箱图

煤层气主要以吸附气为主，因此煤本身的吸附量大小是决定煤层气资源潜力的关键。煤的吸附能力可通过对煤样在近似储层温度下的甲烷等温吸附实验获得。一般用等温吸附实验获得的兰氏体积的大小来表征吸附量的大小，兰氏体积越大，吸附能力越高。

在确定兰氏体积的评价函数时，本书对我国华北和东北中、高变质煤区的18个矿区的73个煤样进行了甲烷等温吸附分析。结果表明，兰氏体积值一般为8～24m³/t，而在一些高煤级煤区如红阳煤田和沁水盆地等地的兰氏体积一般大于24m³/t（图6.1）。这里以兰氏体积为8m³/t和24m³/t分别作为下限和上限值，综合确定兰氏体积（V_L，单位：m³/t）的隶属度函数为：

煤储层精细定量表征与综合评价模型

图6.2 郑庄区块3^＃煤含气量平面分布图

图6.3 郑庄区块含气量与单井日产气量的关系

6.2.1.3 主煤层含气量

煤层的原位含气量用每吨煤的含气量的大小来表示，单位为m³/t。含气量是决定煤层气开发条件的最关键参数之一，含气量越高，煤层气可采资源量越高，产气量越高且煤层气开发难度越小。

在进行含气量评价时，不同煤阶应该采用不同的评价标准。如低煤阶煤孔隙度高，以中大孔为主，孔渗条件一般较好，因此对含气量要求较低，典型的盆地如美国的粉河盆地。相比较，高煤阶煤储层的孔隙发育较差，原始渗透率一般较低，因此对煤层含气量要求较高。沁水盆地南部主要开发的3^＃煤层的含气量主要分布在14～32m³/t之间。由沁水盆地南部郑庄区块含气量分布（图6.2）可知，该区含气量主要集中在16～25m³/t之间，同时煤层含气量（干燥无灰基）越高，则煤层气井稳产后的平均日产气量（排采时间在2年以上的井）越大，两者呈幂指数关系（图6.3）。

综合目前我国商业化开发的主要煤层气盆地的数据，本书认为中高煤阶煤的含气量低于6m³/t已基本上不具备煤层气开发价值。由于煤层含气量越高，开发价值越高，两者呈幂指数关系，这里综合确定含气量（V，单位：m³/t）的隶属度函数为：

煤储层精细定量表征与综合评价模型

6.2.1.4 含气饱和度

煤储层含气饱和度是衡量煤层气井开始产气时间的参数，是煤层含气量、煤层解吸曲线和煤储层压力三个基本因素的派生因素，它与常规天然气的含气饱和度不同。煤储层含气饱和度是实测含气量与原始储层压力对应的吸附气量的百分比。含气饱和度可分为过饱和煤储层，即含气饱和度大于100％；饱和煤储层，即含气饱和度为100％；欠饱和储层即含气饱和度低于100％。

含气饱和度主要与煤层所经受的沉积和构造演化引起的煤层气生成和运移散失等因素有关。同一斜坡带，煤层气可产生层内运移和差异聚集，一般煤层气含气饱和度在上倾部位比下倾部位高，即煤层气上倾部位储层物性好，埋藏相对浅，在承压水封闭条件下煤层气富集。如沁水盆地南部潘庄—樊庄区，位于斜坡带上倾部位，煤储层含气量31m³/t，含气饱和度90％～100％，单井产气量最高达1.6×10⁴m³；而在下倾部位靠近盆地腹部的地区煤层埋藏加深，含气量降低为12～23m³/t，含气饱和度降低为83％～87％，单井日产气减少，仅有2700m³。

这里，以沁水盆地煤层气含气饱和度与气产量的实际数据作参考，综合确定含气饱和度（Sg，单位：％）的评价隶属度函数为：

煤储层精细定量表征与综合评价模型