煤層氣的儲(chǔ)層特點(diǎn)研究

李雨彤

摘 要：作為我國(guó)氣體能源家族的三大成員之一，煤層氣應(yīng)用廣泛且前景良好，其開(kāi)發(fā)利用對(duì)于充分利用礦產(chǎn)資源，改善我國(guó)能源結(jié)構(gòu)，提高環(huán)境質(zhì)量等都有巨大作用。該文通過(guò)對(duì)煤層氣儲(chǔ)層特點(diǎn)、煤儲(chǔ)層分布、預(yù)測(cè)及選區(qū)評(píng)價(jià)、煤儲(chǔ)層研究方法及實(shí)驗(yàn)技術(shù)等方面的系統(tǒng)評(píng)述后認(rèn)為：目前，煤儲(chǔ)層地質(zhì)特征研究和地質(zhì)評(píng)價(jià)選區(qū)技術(shù)、煤層氣儲(chǔ)層工程技術(shù)和儲(chǔ)層模擬軟件系統(tǒng)基本被我國(guó)科研人員掌握，在煤層氣儲(chǔ)層研究方面取得了一些成果。但我國(guó)煤儲(chǔ)層的構(gòu)造復(fù)雜，多強(qiáng)烈變形煤層數(shù)量多，煤儲(chǔ)層多為瘦煤和無(wú)煙煤，特點(diǎn)是煤層滲透率低、煤層壓力低、在水壓裂等強(qiáng)化措施下形成的常規(guī)破裂裂縫所占比例低；煤層具有較高的吸附力）的物性特征，且變質(zhì)程度偏高，高煤級(jí)煤（貧煤—無(wú)煙煤）占49%，獨(dú)具“中國(guó)特色”。

關(guān)鍵詞：煤層氣 儲(chǔ)層 技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：P53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（a）-0031-01

煤層氣，我國(guó)氣體能源家族的三大成員之一，是指形成于煤層又儲(chǔ)集于煤層中，以吸附在煤基質(zhì)顆粒表面為主、部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類(lèi)氣體，是煤的伴生礦產(chǎn)資源，屬非常規(guī)天然氣。近20年中，煤層氣在迅速崛起，是一種應(yīng)用廣泛的清潔、高效能源和化工原料，儲(chǔ)存豐富，前景廣闊，可以改善我國(guó)能源結(jié)構(gòu)，增進(jìn)環(huán)境保護(hù)，因此，在煤層氣儲(chǔ)層特點(diǎn)的基礎(chǔ)上探討其勘探開(kāi)發(fā)意義重大[4]。

20世紀(jì)80年代初，我國(guó)開(kāi)始煤層氣的研究，而煤層氣的勘探和開(kāi)發(fā)始于90年代初，至2001年底已完成煤層氣勘探和先導(dǎo)性開(kāi)發(fā)試驗(yàn)井210余口，形成了十多個(gè)煤層氣先導(dǎo)性開(kāi)發(fā)試驗(yàn)井組，基本獲得了地質(zhì)儲(chǔ)量。目前，煤層氣的研究和勘探非?；钴S[1]。

1 煤層氣及其儲(chǔ)層特點(diǎn)

煤層氣，作為煤的一種伴生礦產(chǎn)資源，在煤的演變和變質(zhì)過(guò)程中逐漸形成并在煤層中得到產(chǎn)生、聚集和轉(zhuǎn)移。一般情況下，我國(guó)煤層氣的儲(chǔ)層具有以下幾個(gè)基本特點(diǎn)。

1.1 煤層的孔隙特征

煤層是煤層氣主要的生成與儲(chǔ)集點(diǎn)，煤層由孔隙和裂隙兩部分組成，孔隙是煤層氣的主要儲(chǔ)集場(chǎng)所，而裂隙則是煤層氣運(yùn)移的通道，孔隙與裂隙的結(jié)構(gòu)共同決定了煤層氣的解吸動(dòng)力。

1.2 煤層的滲透性特征

一般情況下，煤儲(chǔ)層的滲透性強(qiáng)度主要取決于煤層節(jié)理裂隙系統(tǒng)的相互貫通，我國(guó)煤層氣的煤儲(chǔ)層的滲透率是較低的。煤層的滲透率會(huì)同時(shí)受到外界壓力與內(nèi)部壓力的雙重影響，隨外部壓力或深度的增加而降低，同時(shí)也因內(nèi)部壓力的改變而改變。

1.3 煤層的構(gòu)造應(yīng)力與壓力特征

煤層的構(gòu)造應(yīng)力與壓力對(duì)煤層的滲透率和含氣量起著決定性的作用。區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)度越大，煤層裂隙的閉合性強(qiáng)，儲(chǔ)層壓力也較高，導(dǎo)致煤儲(chǔ)層的滲透性低，氣體間的交換與遷移緩慢，較難進(jìn)行；而構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)度較小的區(qū)域，煤層裂隙的閉合性弱，開(kāi)啟性強(qiáng)，其儲(chǔ)層壓力較低，煤儲(chǔ)層的滲透性較好，氣體間的交換和遷移較為通暢，流動(dòng)迅速。

1.4 含氣飽和度低

中國(guó)聚煤區(qū)的煤層氣資源量相對(duì)較低，飽和度也很低。

1.5 煤巖表面帶有電荷

等電點(diǎn)是表面電位為零時(shí)的pH值，煤巖表面相對(duì)常規(guī)砂巖和碳酸鹽巖表面帶有更多的電荷，煤巖的表面電位變化是由正到負(fù)的。環(huán)境的pH的增大，表面電位減小，不同煤巖的等電點(diǎn)大小不同，大多數(shù)遠(yuǎn)小于7。依據(jù)此性質(zhì)制造一種柔性材料，可以靜電吸附到煤巖表面，用于封堵儲(chǔ)層裂縫[2]。

2 煤層氣儲(chǔ)層的研究方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)

煤儲(chǔ)層孔隙—裂隙系統(tǒng)是煤儲(chǔ)層研究的主要內(nèi)容之一，可以進(jìn)行煤儲(chǔ)層滲透性評(píng)估，一些國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家在這一領(lǐng)域已取得了一些成果[5]，我國(guó)正在進(jìn)行煤儲(chǔ)層孔隙—裂隙系統(tǒng)的研究，均基于煤巖學(xué)分析，依據(jù)實(shí)際觀測(cè)研究，取得早期預(yù)測(cè)信息。許多學(xué)者強(qiáng)調(diào)在露頭、煤芯及礦井中煤儲(chǔ)層孔隙—裂隙系統(tǒng)的宏觀研究和室內(nèi)的微觀有機(jī)巖石學(xué)研究、孔隙—裂隙微區(qū)研究相結(jié)合的重要性，這有助于查明孔隙—裂隙系統(tǒng)的分布、類(lèi)型、組合關(guān)系、幾何形態(tài)、展布方向、連通性、開(kāi)放性及其對(duì)煤儲(chǔ)層吸、脫附特性和滲透率的影響。煤層氣儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)技術(shù)是煤層氣勘探開(kāi)發(fā)試驗(yàn)的關(guān)鍵和難點(diǎn)[6-7]。

北京石油勘探開(kāi)發(fā)科學(xué)研究院借鑒了一些國(guó)外先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，結(jié)合自行改造和研制，建立了煤層氣實(shí)驗(yàn)室，初步掌握了煤層氣實(shí)驗(yàn)技術(shù)，其中包括煤巖滲透率及氣水相對(duì)滲透率、煤層氣儲(chǔ)層參數(shù)（煤層含氣量、煤巖吸附等溫線、煤巖孔隙度及孔隙結(jié)構(gòu)）的實(shí)驗(yàn)測(cè)試、測(cè)井和試井分析技術(shù)等，并引進(jìn)了IS-100型等溫吸附儀、巖芯流動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、CTDCA-1000型恒溫野外含氣量測(cè)試儀、HP5890氣相色譜儀等煤層氣儲(chǔ)層研究?jī)x器，目前可以全面開(kāi)展煤儲(chǔ)層含氣量、等溫吸附曲線、物性參數(shù)的測(cè)定，煤的工業(yè)分析及平衡水分測(cè)試、煤層特征（煤層顯微組分、煤鏡質(zhì)組反射率等）的測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤芯樣品進(jìn)行突破壓力、含氣量、相滲透率、物性參數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)等幾十項(xiàng)參數(shù)的測(cè)定。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)的煤儲(chǔ)層地質(zhì)特征研究和地質(zhì)評(píng)價(jià)選區(qū)技術(shù)日趨成熟，煤層氣儲(chǔ)層研究和煤層氣勘探有所突破，有助于今后開(kāi)拓煤層氣能源新領(lǐng)域，建立我國(guó)煤層氣工業(yè)打下基礎(chǔ)。但適合于我國(guó)煤層氣地質(zhì)特征的地質(zhì)理論尚屬初步探索階段，勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)的掌握尚不成熟，所取得的勘探成果是不是全面的，是局部的、試驗(yàn)性的，還有很多較深的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題有待回答。

參考文獻(xiàn)

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[2] 王寶俊，李敏，趙清艷，等.煤的表面電位與表面官能團(tuán)間的關(guān)系[J].化工學(xué)報(bào)， 2004，55（8）：1329-1334.

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[7] 桑樹(shù)勛，范炳恒，秦勇，等.煤層氣的封存與富集條件[J].石油與天然氣地質(zhì)，2009（2）：22-23.