废弃矿井煤层气开发是一种全新的能源开发利用和环境保护领域,对于缓解我国目前的能源短缺问题,最大限度地减少废弃矿井煤层气自然逸散造成的大气污染都具有十分重要的现实意义。作者选取内蒙古包头石拐废弃矿区作为典型进行剖析。本研究从原始资料收集整合、现场观测、实验测试和踏勘解剖入手,以煤储层空间几何形态和内部构成、煤储层岩石物性深入解剖为侧重点,研究了矿区内煤层气储层物性条件、含气保存条件与资源条件,对石拐废弃矿区煤层气开发潜力进行了评价。依据本研究中的经验与问题,针对废弃矿区的特点,提出了废弃矿区煤层气勘探开发研究中急需注意的问题。本研究获得如下结论与建议:(1)煤层气赋存条件:区内含煤地层为中生代下统五当沟组,L1-2煤储层为本区主力煤层。富煤带内单层厚度普遍在10m以上,储层富集程度高;区内构造复杂,褶皱断层发育,每期构造运动均有表现。倾向上煤层在埋深300m以内发生轻微倒转,倾角可达40~50°,埋深向深后避开煤层挠曲段。煤层走向上亦变化剧烈,部分地区形成“翻卷”构造,埋深向深煤储层构造在走向上趋于平缓。(2)煤层气储层物性条件:内生裂隙及微裂隙在煤储层中占主导地位,微裂隙发育密度高,沟通了煤储层基质中的孔隙与裂隙,起到了桥梁的作用。内生裂隙非常发育,连通性好,无充填,裂缝通道畅通,有利于煤储层流体运移渗流。气胀节理不甚发育。外生节理缝内有多期次方解石脉充填物,是内外流体交换的主要通道;依据煤屑录井的结果显示:煤体结构具有分异性和多变性特质:纵向上以原生结构煤为主(78%),碎裂煤次发育(20%),有15个段位发育了碎裂煤,分布于全井段始终。碎粒煤发育甚少(2%),并未发现糜棱煤发育层段,因此煤体原生结构并未遭到较大破坏;煤体结构在平面上亦具有明显区域性和分带性,与周围构造复杂程度关系明显。煤体结构在纵向及平面上评测结果显示,本研究区仍以原生结构煤和碎裂煤为主,局部地区发育碎粒煤。煤体结构的分异性可以直接反映煤储层渗透率的差异分布特征,因此渗透率在平面及纵向上亦应该存在分带性特征。(3)煤层气保存条件:区内煤层实测含气量在15m3/t以上,尽管顶底板岩性封闭以砂岩为主,盖层条件不利,封闭能力有限,但是区域构造以褶曲和断裂为主,断裂构造以逆断层或逆掩断层为主,断裂构造面紧闭封闭性较好,因此有利于煤层甲烷气封闭保存。研究区位于地下水的排泄区,除第四系水层外均为承压水,各含水层间虽有厚度不等的砂质页岩及油页岩层,但它们发育不稳定,仅能起局部隔水作用致使各含水层间具有不同程度的水力联系。因此封闭性断层的存在是控制研究区较大含气量的主要因素。(4)煤层气资源条件:依据井上下对照图和巷道分布图将煤炭残余量进行了等级的划分,结合瓦斯地质图对含气量进行了预测,最终获取研究区内煤炭资源总量:24170.6万吨,未动用(剩余)资源总量为18432.5万吨,煤层气剩余资源总量为345973.3万m3。属于中型煤层气田。综合分析认为,本矿区属于中型富甲烷煤层气目标区,煤层气储存地质条件、储层物性条件、资源条件尚可,具备煤层气勘探开发的条件与潜能。同时,结合包头石拐废弃矿区煤层气条件研究过程及结果,鉴于我国正处于煤炭去产能和大量关闭小型生产矿井时期,笔者对于我国后期废弃矿井二次开发提出了如下思考和建议:(1)废弃矿井所有技术资料的整理与保存:废弃矿井即将关闭之前一定要收集并处理相关资料,包括区域地质资料、煤层资料、水文资料、矿井历史、矿井生产数据、矿井通风数据、采掘开拓平面图、巷道布置图、井上下对照图、矿井地面条件、井筒及煤炭采集情况等其它相关资料和图件。(2)最好对煤层气资源开发潜力进行系统研究。其重点为:1)废弃矿区储层裂隙系统及煤体结构特征精细解剖:相对于未开采煤层,废弃矿区煤储层中裂隙系统及煤体结构更为复杂,在后期压裂及排采过程中价值更为显现。可利用野外地质填图、井下解剖、标本描述及顺煤层井的岩屑筛分结果综合评价储层裂隙系统及煤体结构特征,进而对煤储层渗透性进行分析。2)估算废弃矿井煤炭储量和煤层气资源量:有别于未开采矿区,引入“煤炭残留比例”和“煤炭剩余量”的概念,核实废弃矿区中未开采的煤炭储量,并充分利用矿井下实测瓦斯含量、实际瓦斯涌出量等瓦斯数据作为煤层气资源量计算参数的有力补充,进而估算煤层气资源量。