瓦斯（煤层气）资源计算

1. 山东省瓦斯地质编图培训山东·青岛 瓦斯（煤层气）资源计算 主讲人：吕大炜（博士） 二○○九年七月

2. 山东省瓦斯地质编图培训山东·青岛 主要内容 • 1 概述 • 2煤层气资源/储量的分类与分级 • 3煤层气储量计算 • 4资源储量计算中的有关技术问题 • 5 煤层气储量计算实例

3. 1 概述 • 煤层气资源与煤炭资源有着密不可分的内在联系。由于含煤盆地已经进行了勘探，因此，充分利用以往勘探成果，掌握物化探及钻井资料，充分利用煤田勘探及瓦斯测试孔成果，尽可能对煤层地质特征及含气性进行了解。煤田勘探程度不同，对煤层地质特征和含气情况情况认识程度不同，进而煤层气勘探程度和资源量、储量的可靠性也不同。为了正确评价，首先应该分级计算煤层气资源量、储量。

4. 1 概述 • 煤层气勘探具有阶段性，首先应该从盆地评价工作开始，在煤田勘探的基础上，进行煤层气区域勘探、预探、评价钻探，由单井试采到井组试验，逐步建立起煤层气资源储量序列。 • 根据《煤层气资源/储量规范》（DZT0216-2002）的内容，来探讨煤层气资源储量计算。 • 煤层气工业气井中天然气含量大于符合以下标准计算储量：硫化氢含量大于0.5%，二氧化碳含量大于5%，氦气含量大于0.1%

5. 1 概述 煤层气资源：指以地下煤层为储集层且有经济意义的煤层气富集体。其数量表达为资源量和储量。 煤层气资源量：指根据一定的地质和工程依据估算的赋存于煤层中，当前可开采或未开能开采的，具有现实经济意义和潜在经济意义的煤层气数量。

6. 几个重要意义： 地质储量：是指在原始状态下，赋存于已发现的具有明确计算边界的煤层气藏中的煤层气总量。 原始可采储量：又称可采储量，是地质储量的可采部分，指在现行的经济条件和政府法允许的条件下，采用现有的技术，预期从某一具有明确计算边界的已知煤层气藏中可最终采出的煤层气数量。 1 概述

7. 2.1几个重要意义： 经济可采储量：是原始可采储量中经济的部分，指在现行的经济条件下和政府法规允许的条件下，采用现有的技术，预期从某一具有明确计算边界的已知煤层气藏中可以采出，并经过经济评价认为开采和销售活动具有经济效益的那部分煤层气储量。经济可采储量是累计产量和剩余经济可采储量之和。 剩余经济可采储量：指在现行的经济条件和政府法规允许的条件下，采用现有的技术，从指定的时间算起，预期从某一具有明确计算边界的已知煤层气藏中可以采出，并经过经济评价认为开采和销售活动具有经济效益的那部分煤层气数量。 1 概述

8. 山东省瓦斯地质编图培训山东·青岛 主要内容 • 1 概述 • 2煤层气资源/储量的分类与分级 • 3 煤层气储量计算 • 4资源储量计算中的有关技术问题 • 5 煤层气储量计算实例

9. 2煤层气资源/储量的分类与分级 • 储量分级应当与整个勘探过程的不同阶段相对应，从区域勘探、预探、评价勘探以至气田的开发阶段，都应有相应级别的资源量、储量。每一级别的资源量、储量不仅反映所处勘探阶段的成果，同时又是指导下一步勘探开发部署的依据。随着勘探程度的提高和勘探技术条件的进步，煤层气的地质认识程度也在加深，资源量和储量的级别不断提高，计算精度逐步提高并接近于客观实际，这一过程即有连续性，又有阶段性。煤层气勘探任务就是逐步将煤层气资源量逐步升级为储量，将低级别储量升级为高级别储量，最终为气田的开发奠定物质基础并提供开发建设的依据。

10. 2煤层气资源/储量的分类与分级 • 煤层气田大体经历预探、评价钻探和开发3个阶段，根据勘探开发各个阶段对气藏的认识程度，将煤层气划分出3个级别：探明储量、控制储量、预测储量。其中，根据同一区块的不同阶段勘探程度不同，分别计算不同级别的储量。

11. 2煤层气资源/储量的分类与分级 • 探明储量 • 是在煤层气田评价阶段完成或基本完成以后计算的储量，并在现代技术和经济条件下能够获得经济效益和社会效益的可靠储量。 • 探明储量是编制气田开发方案、进行油田开发、下游工程建设等投资决策的重要依据，也是以后气田开发分析的依据，因此对煤层气田的探明储量，应分别计算其地质储量、可采储量和剩余可采储量。 • 煤层气资源的可靠程度很高，储量的可信系数为为0.7~0.9。

12. 2煤层气资源/储量的分类与分级 • 在计算储量时，需了解预探井和评价井煤层气成藏特征，包括： • 成藏类型、构造形态、煤层厚度、煤层煤质及物性、孔隙结构、含气性变化规律、流体性质、煤系地层中储层含气性及储集物性 • 掌握煤层气单井产气规律，开发试验井组，进行大面积降压，了解煤层的产气能力。 • 探明储量可分为已开发探明储量、未开发探明储量。

13. 2煤层气资源/储量的分类与分级 • （一） 已开发探明储量 • 是指在现有经济技术条件下，通过开发方案实施建设，并已投入开采或局部开采的储量。新的煤层气田在开发井（网）钻完后，即应计算已开发探明储量，并在以后的开发过程中定期进行复核。当提高采收率的措施完成后，应计算新增加的可采储量。

14. 2煤层气资源/储量的分类与分级 • （二）未开发探明储量 • 在完成评价井、开发试验井组钻探，并且井组试气获得工业流以后，在取得的可靠储量参数基础上所计算的煤层气储量。它是编制煤层气田开发方案和进行开发建设投资决策的依据。

15. 2煤层气资源/储量的分类与分级 • 控制储量 • 控制储量是在含煤区已钻探评价井，并且单井试气已获得长期稳定工业性气流后，尚未钻探开发试验井组，未能真正了解井组面积降压后煤层的产气能力之前计算的储量。该储量是通过综合勘探（包括地震、非地震）已查明构造形态，基本查明煤层分布、煤层厚度和含气性的变化趋势，已初步获得煤层气藏类型、煤岩煤质、储层物性等参数，对煤层气藏产能大小作出初步评价的储量。如果煤田勘探程度较高，已基本查明煤层分布、物性、含气性变化规律，可在预探井试气获得长期稳定的工业性气流基础上，参考煤孔和瓦斯测试资料，直接计算煤层气控制储量。

16. 2煤层气资源/储量的分类与分级 • 预测储量 • 指在含煤区钻预探井获得工业气流，或通过与地质条件类似的邻区或邻居相类比，判断煤层的含气性具有可采价值，根据区域地质条件和与邻区类比得到的参数估算的储量。含煤区内煤层厚度、物性、含气性变化规律尚未查明，储量参数一般是由类比法确定的，因此可以估算煤层气储量的范围值，作为制定评价勘探部署的依据。

17. 2煤层气资源/储量的分类与分级 • 远景资源量 • 远景资源量是根据地质、地球物理、地球化学以及少量钻孔资料，初步了解煤层分布特征、厚度，通过类比法估算的尚未发现的资源量，它可推测今后煤层气田被发现的可能性和规模的大小。 • 远景资源量按照普查程度可分为潜在资源量和推测资源量。

18. 2煤层气资源/储量的分类与分级 • （一）潜在资源量 • 是根据地质、物化探资料、参数井的煤层厚度、物性、含气资料，对具有含气远景的含煤区通过类比法统计计算得出的某一含气范围内的圈闭资源量。 • （二）推测资源量 • 是根据区域地质资料，与邻区同类型沉积盆地进行类比，结合盆地初步物化探普查资料或参数井资料确定的含煤面积、煤层厚度、物性、含气性等资料估算的资源量，或与邻区同类型盆地资源量相类比，在不同参数条件下，利用概率统计法给出一个资源量范围值。

19. 2煤层气资源/储量的分类与分级 • 总资源量 • 煤层气总资源量为各级储量与远景资源量之和。与石油天然气总资源量的计算方法不同，石油天然气总资源量多是通过盆地热模拟计算的结果，而煤层气总资源量是首先对盆地各级储量、资源量进行计算，然后累加得到的结果。计算总资源量的工作程序如下图

20. 2.2 煤层气资源/储量的分类与分级 2.2.1 分类分级原则 根据经济可行性分为经济的、次经济的和内蕴经济的3大类。分级以煤层气资源的地质认识度的高低作为基本原则，根据勘查开发工程和地质认识程度不同，将煤层气资源量分为待发现的和已发现的两级。已发现的煤层气资源量，又称煤层气地质储量，根据地质可靠程度分预测的、控制的和探明的3级。 2煤层气资源/储量的分类与分级

21. 2.2. 2 分类 经济的：在当时的市场经济条件下，生产和销售煤层气在技术上可行、经济上合理地质上可靠并且整个经营活动能够满足投资回报的要求。 次经济的：在当时的市场条件下，生产和销售煤层气活动暂时没有经济效益，是不经济的，但在经济环境改变或政府给予扶持政策的条件下，可以转变为经济的。 内蕴经济的：在当时的市场经济条件下，由于不确定因素多，尚无判断生产和销售煤层气是经济的还是不经济的，也包括当前尚无法判定经济属性的部分。 2煤层气资源/储量的分类与分级

22. 分级 预测的：初步认识了煤层气资源的分布规律，获得了煤层气藏中典型构造环境下的储层参数。因没有进行排采试验，仅有一些含煤性、含气性参数井工程，大部分储层参数条件是推测的，煤层气资源的可靠程度很低，储量的可信系数为0.1~0.2。 2煤层气资源/储量的分类与分级

23. 分级 控制的：基本查明了煤层气藏的地质特征和储层及其含气性的展布规律，开采技术条件得到了控制，并通过单井试验和储层数值模拟了解典型地质背景下煤层气地面钻井的单井产能情况。但由于参数井和生产试验井数量有限，不足以完全了解整个气藏计算范围内的气体赋存条件和产气潜能，因此煤层气资源可靠程度不高，储量的可信系数为0.5左右。 2煤层气资源/储量的分类与分级

24. 2煤层气资源/储量的分类与分级 煤层气资源／储量分类与分级体系

25. 2煤层气资源/储量的分类与分级 煤层气储量分级分类与常规天然气对比表

26. 2煤层气资源/储量的分类与分级

27. 山东省瓦斯地质编图培训山东·青岛 主要内容 • 1 概述 • 2煤层气资源/储量的分类与分级 • 3 煤层气储量计算 • 4 煤层气资源储量计算参数的选取 • 5 煤层气储量计算实例

28. 3.1 储量起算条件和计算单元 （1）储量起算条件：以单井产量下限为起算标准，即只有在煤层气井产气量达到产量下限的地区才可以计算探明储量。 3 煤层气储量计算 储量起算单井产量下限标准

29. 3 煤层气储量计算 各级煤层气储量勘查程度和认识程度要求

30. （2）储量计算单元 储量计算单元一般是煤层气藏，即是各种地质因素控制的含气的煤储集体，当没有明确的煤层气藏地质边界时按煤层气藏计算边界计算。 计算单元在平面上一般称为区块,面积很大的区块可细分井块(或井区),同一区块应基本具有相同或相似的构造条件、储气条件等；纵向上一般以单一煤层为计算单元，煤层相对集中的煤层可合并计算单元，煤层风化带以浅的煤储层不计算储量。 3 煤层气储量计算

31. （3）储量计算边界 一般是由查明的煤层气藏的各类地质边界，如断层、地层变化、含气量下限、煤层净厚下降等边界确定； 未查明地质边界，主要由达到产量下限值的煤层气井圈定，由于各种原因也可由矿权区边界、自然地理边界或认为储量计算线等圈定。关于煤层含气量下限值根据具体条件调整。 3 煤层气储量计算

32. 3 煤层气储量计算 煤层含气量下限标准

33. 3 煤层气储量计算 • 3.2 储量计算方法 • 3.2.1 地质储量计算方法 • 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、含气量等参数问题的确定带来了很多问题。现今，关于煤层气资源量的计算方法主要有以下几种：瓦斯地质统计法、体积法、类比法、气藏数值模拟法、蒙特卡罗法、物质平衡法、产量递减法等。

34. 3 煤层气储量计算 • （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，建立起其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。

35. 3 煤层气储量计算 • （1）瓦斯地质统计法 • 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；较直观地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，能提高参数选取的可靠程度。

36. 3 煤层气储量计算 • （2）体积法 • 煤层气储量计算普遍采用的方法，适应于各个级别煤层气地质储量计算，其计算精度取决于对气藏地质条件、储层的控制和认识程度以及所获取参数的精度和数量。 • 从理论上讲，煤储层中的气体由吸附气、游离气和溶解气3部分组成，但是，在目前开发煤层气这样的深度、压力和温度下，甲烷的溶解度很低，溶解气量占煤层气总量的份额很小，因此储量计算常常忽略不计。而吸附气和游离气两者的赋存条件、物理状态不同，其计算公式也存在一定差异。

37. 3 煤层气储量计算 • 1）吸附气储量计算公式 • Gi=0.01AhDCad • 式中：Cad= Cdaf(100-Mad-Ad)/100 • Gi—煤层气地质储量，108m3； • A—煤层含气面积，km2； • h—煤层净厚度，m； • D—煤的干燥基质量密度，t／m3； • Cad—煤的空气干燥基含气量，m3／t； • Cdaf —煤的干燥无灰基含气量，m3／t； • Mad—煤中原煤基水分，％； • Ad—煤中灰分，％。

38. 3 煤层气储量计算 • 2）游离气储量的计算公式 • G=0.01（Tscpi/TpscZ）AhΦi • 式中：G—煤层游离气地质储量，×108m3 • Tsc—标准温度，℃ • pi—原始地层压力，MPa • T—原始地层温度， ℃ • psc—标准压力，MPa • Z—气体偏差系数 • Φi —煤的微孔隙度，%。

39. 3 煤层气储量计算 • 一般来说，对于煤层割理裂隙发育且过饱和含气的煤层，在计算储量时应该同时考虑吸附气和游离气两种气体;反之，仅考虑吸附气。 • 从目前的勘探情况来看，与美国相比，我国多数煤储层属于低渗不饱和煤层，因此在实际操作中仅考虑对吸附气储量的计算。

40. 3 煤层气储量计算 • （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。

41. 3 煤层气储量计算 • （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。

42. 3 煤层气储量计算 • (5)蒙特卡罗法——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。

43. 3 煤层气储量计算 • 煤层气资源量计算常用体积法，除了A（计算范围面积）为常数外，其他3个参数（h、D、Cad ）都是各参数本身在其参数总体中的一个随机抽样值。对于求取煤层厚度（h）、煤层容重（D）和煤层甲烷含量（空气干燥基q）3个地质参数的分布函数，虽然确定原理相同，但是每一个地质参数，要根据实际资料来确定分布类型。下面以煤层厚度h为例，来探讨不同参数确定方法。

44. 3 煤层气储量计算 • 当h（以下用H表示）参数样本较多时，可以用频率统计法求其经验分布函数。 • a.选取N个H参数样本的最大值Hmax和最小值Hmin; • b.求极差HL=Hmax-Hmin; • c.将极差分为K等分，每份长HL/K，以构成K个区间； • d.以Hmin为起点，以HL/K为增量，求K个区间的界点； • e.把N个H参数样本逐个与区间的临界点进行比较，统计出每个区间落入的数据个数，再除以N得到频率。由Hmax一段起，逐个对频率进行累积，可得出K个区间的F(H)的值，从而求得区间(Hmax,Hmin)上的分布函数F(H).

45. 3 煤层气储量计算 • 当h参数样本较少时，但知道该参数的分布类型时，可由该参数的分布类型给出分布参数。 • 许多地质变量都服从正态分布或对数正态分布，可由已的数据求出平均值和方差2，从而得出分布函数F(h) • 当已知参数只有两个时，则认为该参数是服从均匀分布的随机变量

46. 3 煤层气储量计算 • 当已知数据为3个时，则采用三角分布。 • 当已知数据中的最小值a，最大值b，看作参数可取值的最小和最大值，而中间值c看作参数的可能取值，三角分布函数为：

47. 3 煤层气储量计算 • 用蒙特卡罗法模拟资源量需要用大量的随机数，目前，混合同余法是生成随机数的一个较好的数学方法。 • 在上述随机变量中随机取一值，即可得到Q1=A×H1×D1×Cad1。同样，如此进行下去，可以得到一组Q的样本，用此样本近似作为Q的分布，具体做法如下

48. 3 煤层气储量计算 • a.求出Q的最大最小值 Qmax=A×Hmax×Dmax× Cadmax Qmin=A×Hmin×Dmin× Cadmin • b.求极差QL=Qmax-Qmin • c.将极差分为K个区间，每个区间长度是QL/K； • d.以[0，1]以上均匀分布的随机数作为随机变量H、D和Cad分布函数的概率入口；用线性插值计算出随机变量H、D和Cad的出口值，这个出口值就是一次抽样。对随机变量H、D和Cad各随机抽样，统计K个区间的频数，从而得到资源量的分布函数。

49. 3 煤层气储量计算 • 该方法是根据美国煤层气气藏工程专家King多年的研究，在物质平衡方程基础上，引入煤层气解吸扩散机制，建立了动态平衡条件下的煤层气物质平衡方程： 1 2 3 式中Bw——地层水体积系数；Cw——地层水压缩率，MPa-1；Cf——煤层基质体积压缩率，MPa-1；CΦ——孔隙体积压缩率，MPa-1；Cvt——朗格缪尔体积常数，m3／t；p——地层压力，MPa；p1——原始地层压力，MPa；pl——朗格缪尔压力，MPa；psc——标准压力，MPa；Sw——平均含水饱和度，％；Sw1——原始含水饱和度，％；T——储层标准温度，K；Vb2——次生孔隙体积，m3；We——侵入水体积，m3；Wp——产出水体积，m3；Z——气体因子，无量纲；Zsc——标准气体因子，无量纲；Z*——非常规气藏气体因子，无量纲，Φ——孔隙度，％；Φi——初始孔隙度，％，m——p／Z*的斜率，m3／MPa；C3——换算系数。

50. 3 煤层气储量计算 煤层气储量的计算需要将物质平衡法和容积法结合起来，通过两组方程的叠代，在计算机上自动完成。具体计算方法如下： ①给出Vb2初始猜测值； ②利用公式(1)计算平均水饱和度； ③利用公式(2)计算气体因子； ④作p／Z*对气体产出量的曲线图； ⑤计算p胆’的斜率； ⑥计算Vb2值； ⑦返回步骤②循环，直至公式(1)收敛； ⑧将平均水饱和度代入容积法公式求取煤层气储量。