常筱忱（西安石油大學(xué)， 陜西 西安 710065）

鄂爾多斯盆地韓城地區(qū)煤層氣儲(chǔ)層特征

常筱忱（西安石油大學(xué)， 陜西 西安 710065）

煤層氣是自生自儲(chǔ)的非常規(guī)天然氣資源，與其他成藏要素相比，非常規(guī)油氣儲(chǔ)層的貢獻(xiàn)更大。煤層氣儲(chǔ)層的形成環(huán)境、孔隙類型、控制因素和形成機(jī)理均有其獨(dú)特的特點(diǎn)。通過分析煤層氣儲(chǔ)層特征，進(jìn)一步了解儲(chǔ)層特征對(duì)氣體賦存形式和氣藏開采的影響。

煤層氣；儲(chǔ)層特征；韓城地區(qū)；鄂爾多斯盆地

煤層氣曾被當(dāng)作煤礦開采過程中一種危險(xiǎn)有害氣體，除了排放以外，一直沒有加以利用。近20年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和世界對(duì)新能源需求的增加，人類認(rèn)識(shí)到煤層氣在改善煤礦安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和清潔能源等方面意義重大，世界產(chǎn)煤國家紛紛加大了煤層氣的勘探開發(fā)利用。中國煤層氣資源豐富，分布廣泛。根據(jù)煤炭科學(xué)研究總院西安分院的估算結(jié)果，中國煤層氣資源總量可達(dá)30×1012～35×1012m3。雖然煤層氣資源潛力巨大，但煤層氣勘探及開發(fā)尚處于起步階段，因此加深對(duì)煤儲(chǔ)層特征的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步分析儲(chǔ)層特征對(duì)氣體賦存形式和氣藏開采的影響，可對(duì)未來的勘探開發(fā)提供一定依據(jù)。

1 煤層氣組成

（1）生物成因氣 生物成因氣是由各類微生物的一系列復(fù)雜作用導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)發(fā)生降解而形成的。在煤化作用的早期，通過微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解形成早期生物成因氣，即原生生物成因氣，由于其埋藏淺，在煤層中保存甚少。在煤層后期抬升階段，正構(gòu)烷烴和其他有機(jī)化合物成為次生生物成因氣，其在煤層中普遍存在，對(duì)煤層氣的成分有較大影響。煤層中存留的生物成因氣大部分屬于次生生物成因氣。

（2）熱成因氣 熱成因氣是指隨著煤化作用的進(jìn)行，伴隨溫度升高，煤分子結(jié)構(gòu)與成分的變化而形成的烴類氣體。熱成因氣的形成存在熱降解作用及熱裂解作用2個(gè)階段。早期熱成因氣形成于煤變質(zhì)作用初期，相當(dāng)于烴源巖演化的低成熟階段，Ro為0.5%～0.8%；晚期熱成因氣形成于煤變質(zhì)的大部分時(shí)期，相當(dāng)于烴源巖演化的成熟階段（Ro為0.8%～1.3%）、高成熟階段（Ro為1.3%～2.5%）和過熟階段（Ro＞2.5%）。晚期的熱成因氣屬于典型的濕氣，生成氣體中CH4的比例急劇增高，CO2的比例急劇下降，并有重?zé)N和液態(tài)烴生成，熱成因氣干燥系數(shù)接近1。

2 韓城地區(qū)煤層氣儲(chǔ)層性質(zhì)

（1）煤儲(chǔ)層物性特征 煤儲(chǔ)層的物性主要指孔隙度和滲透率，與常規(guī)天然氣相比，煤層氣主要以吸附形式存在于煤中有機(jī)顯微組分表面，游離氣所占比例較少，孔隙度對(duì)于評(píng)價(jià)煤儲(chǔ)層的意義不大。煤層氣以“解吸—擴(kuò)散—滲流”的方式產(chǎn)出，滲透率是衡量煤儲(chǔ)層滲流能力的重要參數(shù)。在同等開發(fā)條件下，滲透率越高，氣井產(chǎn)能越大。

根據(jù)試井解釋資料和測(cè)井解釋成果統(tǒng)計(jì)了3套煤層的物性特征，孔隙度為1.56%～15.22%，3、5號(hào)煤層的孔隙度為2%～5%，11號(hào)煤孔隙度均大于3%；滲透率為0.006×10-3～2.570×10-3μm2。對(duì)比3套煤層，11號(hào)煤層物性最好，3號(hào)煤層略好于5號(hào)煤層。

（2）儲(chǔ)層裂隙系統(tǒng)特征 煤層氣的吸附及擴(kuò)散、滲透能力都與煤儲(chǔ)集層的孔隙度，孔隙結(jié)構(gòu)、形態(tài)和連通性及裂隙發(fā)育密切相關(guān)?？紫妒敲簩託獾闹饕獌?chǔ)集場(chǎng)所和擴(kuò)散滲流通道，顯微裂隙構(gòu)成煤層氣的層流及紊流、混合滲透區(qū)間并溝通宏觀裂隙。

韓城地區(qū)煤體結(jié)構(gòu)以構(gòu)造煤為主，多以碎粒煤形式出現(xiàn)，其次是糜棱煤和碎裂煤，其結(jié)構(gòu)松軟，強(qiáng)度低，滲透性差。由于煤巖較脆，在鉆井和取心過程中容易發(fā)生變形和破碎，很難通過巖心資料獲得真實(shí)的裂隙特征。研究過程中收集了前人通過露頭及相關(guān)資料，以此描述韓城地區(qū)裂隙發(fā)育特征。裂縫觀測(cè)結(jié)果表明，該區(qū)裂縫優(yōu)勢(shì)走向?yàn)镹E向，縱向上以3、11號(hào)煤層裂隙最為發(fā)育，5號(hào)煤層次之。

3 結(jié)語

①孔隙是煤層氣的儲(chǔ)集空間及運(yùn)移通道。煤層中的孔隙可分為原生孔隙和次生孔隙?？紫兜谋砻娣e越大，其煤層氣儲(chǔ)量越大（還與基質(zhì)等其他物理性質(zhì)有關(guān)），而與其孔隙度的大小并無多大聯(lián)系。

②通過對(duì)韓城地區(qū)煤層氣基質(zhì)的物性分析得出，游離氣所占比例較少，孔隙度對(duì)煤儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的意義不大。而滲透率是衡量?jī)?chǔ)層滲透能力的重要參數(shù)，對(duì)基質(zhì)吸附煤層氣影響巨大。煤層滲透率的影響因素主要有煤化程度、煤的變質(zhì)程度、地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、孔滲性、顯微組分的影響、礦物含量的影響、煤體結(jié)構(gòu)的影響和孔隙系統(tǒng)對(duì)煤儲(chǔ)層的影響。儲(chǔ)集量高的煤層的滲透率均集在0.01×10-3～0.10×10-3μm2，因煤層氣主要吸附在基質(zhì)孔隙的表面，是煤層氣儲(chǔ)積主要方式，其基質(zhì)的滲透率與含氣量有很大關(guān)系。

③煤層氣的運(yùn)移通道是煤層中的裂隙和節(jié)理，宏觀裂隙是煤層構(gòu)造變形的產(chǎn)物，常以各種角度與煤層層理面相交，高度可達(dá)數(shù)米，可出現(xiàn)在煤層任何部位，不受煤巖分層或條帶限制。小裂隙和微裂隙是構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的影響外，通常是煤化作用過程中形成的內(nèi)生節(jié)理。顯微裂隙密度及其展布異性就決定了煤層儲(chǔ)氣性和滲透性分布的差異。如果說孔隙是煤層氣的主要儲(chǔ)集場(chǎng)所和擴(kuò)散滲流通道，顯微裂隙則構(gòu)成煤層氣的層流及紊流、混合滲透區(qū)間并溝通宏觀裂隙。

④韓城地區(qū)目前處于瘦煤—貧煤階段，割理比較發(fā)育，但由于受到構(gòu)造作用影響，原生的煤體結(jié)構(gòu)遭到破壞，主要以碎粒煤為主，其次是糜棱煤和碎裂煤，其結(jié)構(gòu)松軟，強(qiáng)度低，滲透性差。

［1］張衛(wèi)東，王瑞和.煤層氣開發(fā)概論［M］.北京：石油工業(yè)出版，2013：36-70.