晋陕蒙地区煤层气勘查潜力综合评价

基金项目：国家科技重大专项课题“煤层气田产气能力影响因素分析”（编号：２００８ＺＸ０５０３４‐０３）、国家重点基础研究发展计划（９７３计划）“煤层气开发储层动态地质效应”（编号：２００９ＣＢ２１９６０４）、河南省生物遗迹与成矿过程重点实验室开放基金（编号：ＯＴ‐ＭＰ０９０６）。

作者简介：熊德华，１９６４年生，高级工程师；从事煤层气开发研究工作。

地址：（１０００１１）北京市东城区安外大街甲８８号中联大厦１２层。

电话：（０１０）６４２９８８８３。

Ｅ‐ｍａｉｌ：ｘｉｏｎｇｄｈ２００８＠１６３．ｃｏｍ晋陕蒙地区煤层气勘查潜力综合评价熊德华１　唐书恒２　朱宝存２１．中联煤层气有限责任公司　２．中国地质大学（北京）能源学院 熊德华等．晋陕蒙地区煤层气勘查潜力综合评价．天然气工业，２０１１，３１（１）：３２‐３６． 摘　要　目前，晋陕蒙地区的煤层气产业已初步进入商业化生产阶段，其勘探开发资料比较丰富，开展勘查潜力综合评价已具备条件。

为此，在大量收集该区煤层气勘探开发资料的基础上，综合分析了影响煤层气勘查潜力的各种因素，应用层次分析法确定了煤层气勘查潜力评价的１２个指标，结合专家意见还对各级指标赋予了权重，最后建立起了煤层气资源勘查潜力综合评价指标体系。

分析认为，评价对象具有明显灰色性特征，运用层次分析法和灰色聚类法建立了用于煤层气资源勘查潜力评价的多层次综合评价模型。

利用该模型对晋陕蒙地区沁水、霍西、鄂尔多斯东缘、渭北４个含气区带的煤层气资源勘查潜力进行了评价。

结果表明：最有利的勘查区块分布于４个含气区带的浅部含气区，深部含气区勘查潜力整体上较差。

其评价结果对今后该区煤层气资源勘查具有指导作用。

关键词　煤层气　勘查潜力　综合评价　层次分析法　灰色聚类分析法　资源条件　开采条件　开发利用条件　晋陕蒙地区 ＤＯＩ：１０．３７８７／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００‐０９７６．２０１１．０１．００６ 煤层气含气区勘查潜力综合评价是煤层气勘探研究最基础的工作。

２０世纪８０年代开始，有关科研部门及生产单位在煤层气资源及勘查潜力评价方面做了大量研究工作［１‐１１］，对中国埋深２０００ｍ以浅的煤层气资源量及勘查潜力进行了不同程度的评价和预测。

研究领域主要集中于评价参数的选取、评价方法的引入，研究对象为全国主要的含气区带、含气盆地，或集中于某个区域、某几个矿区规模，研究内容以对煤层气资源评价为主。

之前，由于获取的煤层气开发数据资料有限，很难对一个区域进行资源量与可采性并重的勘查潜力研究。

晋陕蒙煤层气有利区行政上隶属于山西省、陕西省和内蒙古自治区管辖，主要为华北聚煤区的太行山以西地区，西至贺兰山—六盘山断裂带，东到冀鲁豫皖地区西界，北起阴山—燕山褶皱带西段，南至秦岭—大别山褶皱带西段。

主要包括沁水盆地和鄂尔多斯盆地２大含气盆地，其中鄂尔多斯盆地分为东缘、北缘、西缘、南缘（渭北）、中部５个含气区带，沁水盆地分为沁水、霍西、西山３个含气区带。

晋陕蒙地区的煤层气产业已初步进入商业化生产阶段，煤层气勘探开发资料比较丰富［１２‐１６］。

现有的煤层气开发项目和已登记的区块主要集中于鄂尔多斯东缘、渭北，沁水、霍西４个含气区带。

笔者即以此４个区带为研究对象，综合运用灰色聚类法和层次分析法，建立煤层气资源勘查潜力评价体系，对该区的煤层气勘查潜力进行评价。

本文所指的“晋陕蒙地区”专指这４个含气区带。

１　评价指标体系１．１　评价指标分析 影响煤层气资源勘查潜力评价的指标众多，指标间关系复杂。

能否经济地开发煤层气资源受地质条件、开采条件以及开发利用条件等诸多因素的制约，需要选择科学、简捷、实用的数学模型来分析处理这些繁杂的因素。

笔者综合考虑体现煤层气勘探公益性和商业性的各项指标，应用层次分析法建立煤层气资源勘查潜力综合评价指标层次结构并确定各指标的权重。

评价指标反映了评价对象的本质属性。

煤层气资源的本质属性比较抽象，其勘查潜力又涉及资源属性、可采性、开发利用条件等诸多方面，各评价指标在用于表述勘查潜力的指标体系中所处的层次不同，且同一层次指标的重要性有异。

因此，只能用有限的指标（定性与定量指标结合）尽可能从本质上刻画或表述煤层气资源勘查潜力这一对象的主体、本质部分。

基于对晋陕蒙地区煤田地质、煤层气地质资料及开发数据的分析，认为影响本区煤层气资源勘查潜力的因素主要有资源条件、开采条件、开发利用条件３个方面，具体评价指标体系见图１。

图１　晋陕蒙地区煤层气勘查潜力评价体系图 下面对评价指标体系进行介绍与分析。

１．１．１　资源条件 资源条件是进行煤层气勘探开发的物质基础。

用煤层气地质资源量、资源丰度、资源属性３个指标来刻画。

地质资源量取决于煤层发育程度及含气性，含气量越高，煤层厚度越大，平面分布面积越大，则总的资源量越大。

资源丰度（含气强度）反映了煤层气资源的富集程度，与煤储层含气量及总的可采煤层厚度有关。

地质资源量、资源丰度２个指标，一个反映资源量的大小，一个反映单位面积内资源的富集程度。

而资源属性（品质）也是评价对象的一个重要属性，资源品质对煤层气勘探开发的影响比地质资源量、资源丰度更为重要。

笔者用构造复杂程度、煤层稳定程度、埋深３个指标来刻画资源品质这一属性。

开发实践证实断层对煤层气开发的影响不容忽视，很多沿断层部署的生产井产气很少或只产水不产气。

构造复杂程度不仅反映了煤层气资源破坏程度，更重要的是会影响到最终的勘探部署及开发规划的制订。

煤层稳定程度从一定角度代表了煤层气资源的稳定程度，这是资源量、资源丰度无法包容的一个属性。

煤储层的埋深一方面反映了勘探开发的难易程度，另一方面煤炭资源勘探程度、煤层气资源勘探程度和煤储层埋深之间存在较为直接的关系，含气区浅部勘探程度高，所获数据资料更为接近煤层气资源的本质属性。

１．１．２　开采条件 对于勘查潜力评价来说，可开采条件是极为重要的因素。

资源条件是物质基础，可采性（开采条件）决定了煤层气资源可采出量的大小及开采的难易程度。

随着国内煤层气产业进入商业性开发阶段，开采条件在勘查潜力评价中占有越来越重要的位置，而不再是仅侧重于资源条件（含气性、含气强度等）的评价。

近几年，在晋陕蒙地区施工的生产井、井组的数量增长迅速，并陆续投入生产，所获得的生产和试验数据使得对每一个小的评价单元进行可采性评价成为可能。

１．１．２．１　可采系数 笔者用可采系数来表述煤层气资源对象中可采资源量大小这一属性，可采系数是在现有经济技术条件下煤层气地质资源量中可采部分所占的比例，决定了从可获资源角度表述的商业性投入的回报率。

由于现阶段晋陕蒙地区处于煤层气工业开发的初期，等温吸附曲线法是计算可采系数的常用方法。

１．１．２．２　储层物性 煤层气开采的难易程度主要与煤储层物性有关，笔者选择了渗透率、储层压力梯度、临储比３个指标来刻画评价对象的这一属性。

渗透率是极为重要的煤储层参数，反映了开采过程中煤储层对解吸甲烷的渗流能力，高渗透率是煤层气井高产的重要条件。

储层压力梯度反映了开采时煤储层所能提供的能量大小。

临储比即临界解吸压力与储层压力之比，反映了煤层气开采时需要降压的幅度及产气时间的早晚。

由于研究区内煤级变化大，不同煤级之间绝对含气量的高低不能真正体现其可采程度，而临储比可以反映煤层气开采的难易程度，是体现开采条件的重要指标。

１．１．３　开发利用条件 开发利用条件是煤层气经济开采的外在影响因素，细分为市场需求、地形条件和基础设施３个指标：①市场需求主要考虑煤层气田附近城市、人口、经济发展状况等因素，用以评估当地的煤层气资源需求量；②地形条件决定了地面投资成本及开发难易程度，对开发具有一定的影响；③基础设施为煤层气的勘探开发提供保障，涉及当地的交通、基础管线建设及其他条件。

晋陕蒙地区煤层气勘查潜力评价体系共包括７个定量指标（地质资源量、资源丰度、埋深、可采系数、渗透率、储层压力梯度、临储比），５个定性指标（构造复杂程度、煤层稳定程度、市场需求、地形条件和基础设施），共１２个指标。

其中定量指标的分级标准依据指标对煤层气勘查的意义及各指标在晋陕蒙地区分布特征来确定；定性指标分级采用同一原则，因此也采用同一分类标准。

该体系中条件、指标的内涵和特征取值、赋值标准见表１。

表１　煤层气勘查潜力评价指标分级标准表指标项指标特征值分级Ａ＞７０分（中值８０分）Ｂ５０～７０分（中值６０分）Ｃ３０～５０分（中值４０分）Ｄ０～３０分（中值２０分）地质资源量／１０８ｍ３＞２５０８０～２５０３０～８０＜３０资源丰度／１０８ｍ３・（ｋｍ２）－１＞１．５１．０～１．５０．５～１．０＜０．５构造复杂程度简单中等复杂极复杂煤层稳定程度稳定较稳定不稳定极不稳定埋深／ｍ风化带～８００８００～１２００１２００～１６００＞１６００可采系数＞６０％４０％～６０％２０％～４０％＜２０％渗透率／ｍＤ＞１．００．５～１．００．１～０．５＜０．１储层压力梯度／ＭＰａ・（１００ｍ）－１＞１．００．８～１．００．６～０．８＜０．６临储比＞０．８０．６～０．８０．４～０．６＜０．４市场需求大较大中等小地形条件平原丘陵黄土塬山地基础设施好较好一般差１．２　评价指标权重的计算 运用层次分析法确定指标权重的步骤为：首先邀请有关专家对各指标进行两两比较打分，建立判断矩阵，然后计算各指标权重并进行一致性检验［１７‐１９］。

煤层气勘查潜力指标体系分为４层，其中目标层为综合评价值，准则层有３层（分为三级指标）。

下面以一级指标权重计算为例，描述层次分析法确定权重的过程。

专家讨论后的打分结果见表２。

专家打分时一般采用数字１～９及其倒数作为重要性标度，其含义见表３，计算方法参见本文参考文献［１５］。

表２　一级指标两两比较判断矩阵表一级指标资源条件开采条件开发利用条件资源条件１１４开采条件１１５开发利用条件１／４１／５１表３　判断矩阵中１～９标度的含义表标　度含　义１表示２个因子相比，具有同等重要性３表示２个因子相比，前者比后者稍重要５表示２个因子相比，前者比后者明显重要７表示２个因子相比，前者比后者强烈重要９表示２个因子相比，前者比后者极端重要２、４、６、８表示１、３、５、７、９相邻判断的中间值上列值的倒数表示２个因子相比，后者比前者重要的程度 １）构造一级指标两两比较判断矩阵。

Ａ３×３＝１１４１１５１／４１／５１ ２）用方根法计算权重向量，并计算出判断矩阵的最大特征值。

Ｗ＝（ｗ１，ｗ２，ｗ３）＝（０．４３３０，０．４６６５，０．１００５）λｍａｘ＝３．００５５ ３）一致性检验。

ＣＩ＝（λｍａｘ－ｎ）／（ｎ－１）＝（３．００５５－３）／（３－１）＝０．００２７５６ＣＲ＝ＣＩ／ＲＩ＝０．００２７５６／０．５２＝０．００５＜０．１０ 可以认为判断矩阵具有满意的一致性，进而可认为第二步计算出来的一级指标间的相关权重能够采用。