煤型氣與石油氣的對比研究

李　萌　孫嬌鵬

摘要：由于有機(jī)質(zhì)物源的不同及有機(jī)質(zhì)化學(xué)組分、生烴演化存在的異同，因此煤型氣與石油氣在性質(zhì)（物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)）等方面都存在著差異，但也不可避免的有著某些的相同點(diǎn)。本文結(jié)合前人的觀點(diǎn)通過對煤型氣與石油天然氣在母質(zhì)、生氣階段的化學(xué)反應(yīng)方面，儲層以及運(yùn)移方面差異等多個(gè)角度解析，指點(diǎn)出了二者的異同及產(chǎn)生這些相似、差異的根本原因，區(qū)分了煤型氣以及煤層氣等概念性問題。

關(guān)鍵字：煤型氣；石油氣；差異

引言：在日常生活中，人們或多或少的把罐裝的液化石油氣稱之為“煤氣”而從油氣地球化學(xué)的角度看二者的差異是相當(dāng)明顯的。

1 煤型氣、油型氣

煤型氣，是指由煤儲層產(chǎn)生的各類氣體的總成。其主要成分是甲烷[1]。油型氣，也就是我們常說的液化石油氣是由生油干酪根在生烴不同階段生成的各種有機(jī)氣體，主要是烷烴類。[2]

2 煤型氣、油型氣的通性

從來源來分：煤型氣主要由是煤層進(jìn)行物理化學(xué)變化生成，而石油天然氣主要來源于干酪根地球化學(xué)變化以及干酪根化工工業(yè)產(chǎn)出的石油衍生氣體。

有機(jī)氣體的生烴演化過程，首先是有機(jī)氣體的生成離不開有機(jī)質(zhì)的物源支持，有機(jī)氣體的主要成分是C、H。它們來自生物遺體參與巖石圈循環(huán)時(shí)期的有機(jī)物。

二者形成機(jī)制是：

煤型氣與石油天然氣的生成均要經(jīng)過初期的微生物降解，以及在埋藏作用下在熱力條件下的熱解以及裂解過程。具體來說是在生物遺體埋藏的早期，由于在地表覆水環(huán)境，或者其他的還原狀態(tài)下，大量微生物的侵入，尤其是甲烷菌參與有機(jī)質(zhì)的分解，經(jīng)過微生物作用使有機(jī)質(zhì)發(fā)生一系列復(fù)雜過程而生成，此階段有機(jī)物埋藏較淺，煤層氣與石油氣母質(zhì)在鏡質(zhì)組反射率小于0.3％[1]。此外對于熱變質(zhì)之中、之后的階段，由于地層的運(yùn)動，使生烴物質(zhì)所在地層再次上升到地表，甲烷菌等沿著巖石孔裂隙走，在地下水的侵入下對有機(jī)組分產(chǎn)生二次分解稱之為次生生物成因氣。

熱變質(zhì)成因氣，隨著地層的下沉有機(jī)質(zhì)受到地?zé)嵊绊?，加之巖漿熱侵入及上覆巖層、地下水高壓作用，有機(jī)質(zhì)在高溫高壓下發(fā)生熱變質(zhì)作用生成氣體。熱變質(zhì)成因氣分兩種：一種是熱解即在溫度壓力相對較低時(shí)有機(jī)質(zhì)慢慢的發(fā)生化學(xué)變化，脫去化學(xué)鍵較弱的官能團(tuán)反應(yīng)進(jìn)行生烴，而當(dāng)熱和壓達(dá)到一定程度時(shí)有機(jī)質(zhì)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)即裂解氣，直接分割C鏈。

3 煤型氣、油型氣的區(qū)別及原因

煤層氣是指甲烷氣，主要成分是甲烷。常規(guī)的天然氣指是油型氣，也就是石油天然氣。它的主要成分是：短鏈（C數(shù)小于4）的烷，由于地下高溫高壓環(huán)境使其不可能存在烯、炔類烷烴。

二者的區(qū)別：

生烴母質(zhì)的內(nèi)因講它們的生烴干酪根及生烴化學(xué)反應(yīng)來看，煤層氣的生烴母質(zhì)是腐植組干酪根，且在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中屬于“大分子有機(jī)物脫甲基”成因大類（據(jù)傅家謨等）[2]。由于它的物源是高等植物，主要成分是鏡質(zhì)組等，其有機(jī)分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，所以生烴反應(yīng)中，主要是來自纖維素的物質(zhì)發(fā)生的生烴反應(yīng)。而油型氣是由腐泥型干酪根生成，物源是由低等植物或細(xì)菌供給，由于生烴物質(zhì)的控制，在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中劃歸是“有機(jī)大分子解聚——鏈斷裂”為主（傅家謨等）。[2]

在儲層形式上的差異看，煤型氣有兩種：占主要成分的是自生自儲型，也就是在煤層中生成，由于煤層中大量存在孔裂隙，以及孔裂隙內(nèi)表面的吸附作用，生成的甲烷氣直接儲存在孔裂隙中。其中①吸附態(tài)，存在于孔裂隙內(nèi)表面，分子間距被壓短，但仍是氣態(tài)，占最主要成分；②游離態(tài)，氣態(tài)甲烷存在于孔裂隙中，分兩類，水溶態(tài)（在壓力下少量溶解，存在于孔裂隙中的水中）和純氣態(tài)，存在于孔裂隙中；③吸收態(tài)：被煤基質(zhì)塊直接吸收到煤基質(zhì)塊中（煤基質(zhì)塊是一個(gè)煤體單元分為孔裂隙以及煤基質(zhì)塊,而煤基質(zhì)塊就是固體有機(jī)物加上煤中無機(jī)組分形成的固態(tài)物質(zhì)，被孔裂隙分割）。以上三類儲存于煤層的才是真正意義上的煤成氣。另一種則是自生異儲，也叫煤成氣。由于地下煤儲層孔裂隙中壓力場與周圍巖層壓力場由壓力差以及周圍巖層存在運(yùn)移通道，或生烴過于強(qiáng)烈，甲烷溢出，甚至地下水的流動攜帶氣體逸出等原因。導(dǎo)致煤層中的甲烷氣運(yùn)移到周圍巖層中，當(dāng)氣體逸散到一個(gè)比較好的地質(zhì)封閉體就被封閉進(jìn)去，形成天然氣藏。我國前十的氣藏大多是煤成氣成因天然氣藏。

因此，我們所說的煤層氣是指“煤型氣”是指煤成氣與煤成氣的總稱。

而常規(guī)的天然氣即油型氣則是純粹的“自生異儲型”，它的生烴層不具備儲存能力而儲層一般是砂巖。關(guān)于儲氣構(gòu)造一個(gè)良好的儲存油氣的封閉構(gòu)造，除應(yīng)具有良好的孔隙率及滲透率的儲油層外，此儲油層的上方必須有致密不透油、氣、水的巖層，如頁巖、泥巖等，這就是所謂的蓋層，其作用為封蓋住進(jìn)來的油氣，不讓油氣向上逃逸。 一般常見的儲油氣封閉構(gòu)造依其型態(tài)可分為構(gòu)造封閉如背斜、斷層等，及地層封閉，聯(lián)合封閉。

結(jié)束語：

我國現(xiàn)階段存在嚴(yán)重的能源短缺問題，因此開發(fā)新能源是非常必要的。

參考文獻(xiàn)

[1]傅雪海.秦勇等.煤層氣地質(zhì)學(xué).中國礦業(yè)大學(xué)出版社.

[2]陳義才等.石油與天然氣有機(jī)地球化學(xué).科學(xué)出版社.