深部煤層氣基本地質問題分析

華巍 王紅玫

摘 要：要想更好的了解、探明深部煤層氣，甚至進行深部煤層氣的開發(fā)，需要了解深部煤層氣的基本地質問題，為了能夠更好的研究和探明深部煤層氣的基本情況，本文對深部煤層氣的基本地質問題進行簡要的探究和分析。

關鍵詞：深部煤層氣；煤層氣；基本地質問題

中圖分類號： P618. 11 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（a）-0000-00

引言

據(jù)了解，近幾年來，作為一種重要的非常規(guī)能源，煤層氣受到越來越多的關注，從我國的煤層氣資源情況來看，在陸上2km以淺的煤層氣資源的總量當中，1km以深的煤層氣的資源總量大約為22.53×1012m3，占2km以淺煤層氣總量的61.2%。在我國1500-3000m埋深的煤層氣資源中，煤層氣地質資源量大約為30.37×1012m3，是1500m以淺煤層氣資源量的2倍左右[1]。這說明我國的煤層氣資源以深部煤層氣為主，并且深部煤層氣成為我國持續(xù)開發(fā)生產(chǎn)煤層氣產(chǎn)業(yè)的重要資源基礎。為了能夠更好的探明深部煤層氣的主要情況和開采條件，本文對深部煤層氣的基本地質問題進行簡要的探究和分析。

1深部煤層氣的基本概述

對于深部煤層氣的概念，礦產(chǎn)資源界截止到目前為止并沒有明確的關于深部和淺部的礦產(chǎn)資源的界定，在固體礦產(chǎn)的開發(fā)方面，不同國家的深部并不相同，較為普遍的是開采深度超過600m的屬于深井開采，但是在南非，開采深度要在800-1000m的深度才算深井開采。在煤炭資源的開采中，關于“深部”這一詞，有不同的概念和定義，包括臨界深度、亞臨界深度、超臨界深度等。

從深部煤層氣的特點來看，和淺部的煤儲層相比，深部煤儲層的地應力和地層溫度、地層的流體壓力都比較高；與常規(guī)游離狀態(tài)的天然氣相比，深部煤層氣作為非常規(guī)能源資源，深部煤層氣的存儲屬于吸附狀態(tài)，因此，進行深部煤層氣的開采時，需要先對煤層氣進行解吸，并且這種吸附和解吸的特性與地層壓力和地層的溫度有著非常密切的關系。據(jù)了解，從地質學的角度來看，地應力的狀態(tài)受到埋深的影響，不同埋深的地應力狀態(tài)不同，并且和地層的溫度具有一定的耦合關系，地應力狀態(tài)的不同決定了煤層氣的深部和淺部的煤儲層工程力學性質的不同，并且對深部煤儲層的滲透性、改造方式及改造的效果具有一定的影響。地應力和地層流體壓力之間具有耦合關系，并且這種耦合關系對深部煤儲層的有效應力起著一定的決定作用，同時對深部煤儲層在排采過程當中的滲流能力；有效應力和地層溫度之間的耦合作用對煤儲層的吸附和解吸特性進行控制，從而對深部煤儲層的含氣量和深部煤層氣井的排采工作制度都具有非常深刻的影響。

2深部煤儲層的地質條件

從深部煤儲層的地質條件來看，深部煤層氣的“臨界深度”實際上是一種狀態(tài)，這種狀態(tài)是地應力狀態(tài)、地層溫度狀態(tài)、煤儲層狀態(tài)三者之間的函數(shù)，其中地應力狀態(tài)和地層溫度狀態(tài)對深部煤儲層特性的外在地質因素具有直接的影響，而煤儲層狀態(tài)影響的是深部煤儲層特性的內(nèi)在地質因素?；谶@三者的函數(shù)關系，一是涉及到了深部煤層的含氣量，并且其內(nèi)在地質因素和煤層吸附性之間存在一定的成因關系；二是對煤儲層的滲流能力和可改造性的特征具有一定的影響，與外在地質因數(shù)和煤層氣解吸-擴散-滲流-產(chǎn)出這一煤層氣的開采過程有著一定的關聯(lián)。

據(jù)了解，深部煤儲層的特殊地質條件與較高的地應力和地層溫度有關，并且這種地應力和地層溫度屬于深部煤儲層地質條件特殊性的最根本的兩個地質因素，深部煤層氣的地質條件的特殊性和顯現(xiàn)的特征。較高的地應力會顯著增強深部煤儲層的應力敏感性，導致深部煤儲層的孔滲性惡化；較高的地層溫度則使得深部煤儲層的溫度敏感性變得更強，從而會降低深部煤儲層的吸附性。在地應力和地層溫度的耦合作用下，形成了較高地層壓力和溫度條件下的煤巖力學性質及煤儲層的含氣狀態(tài)，進一步對深部煤儲層的地球物理探測響應、寒氣系統(tǒng)、煤層氣的開采可行性等進行控制。

3深部煤層氣的幾大特點

自發(fā)現(xiàn)煤層氣這種非常規(guī)能源資源以來，我國不斷的探測深部煤層氣，對于深部煤層氣的探測和研究，從一開始的煤層含氣量、煤層的滲透性、煤儲層的壓力等的分析到石炭系-二疊系中高階煤層氣地質條件的探索，并且現(xiàn)已有了部分的地質條件探索和研究成果，近兩年來，在深部煤層氣的研究方面，已經(jīng)涉及到深部低階煤儲層的物理特性、煤層的解吸性、深部煤層的成藏效應及可改造性等。下面，筆者就現(xiàn)有的深部煤層氣的相關研究成果對深部煤層氣的幾大特點進行簡要的探究和分析。

3.1深部低階煤儲層的吸附性和含氣量

對于深部低階煤儲層的吸附性和含氣量，以我國的鄂爾多斯盆地東部、濟陽坳陷、沁水盆地三個地方的研究結果來看，從宏觀角度進行分析發(fā)現(xiàn)，深部煤層含氣量的臨界深度和三個方面的地質因素之間具有一定的函數(shù)關系，當?shù)販貓龊兔簝拥牧黧w壓力狀態(tài)相似的情況下，煤階會隨之增高，此時的臨界深度就會變淺；當煤階和煤儲層的壓力狀態(tài)相似時，低溫場的溫度會呈梯度狀下降，從而加深其臨界深度；當?shù)販貓龊兔弘A相似的時候，臨界深度的變化則隨著煤儲層壓力梯度的增高而變淺。

在深部低階煤儲層中，低階煤儲層的含氣量與中階、高階煤儲層含氣量的變化規(guī)律有相同點，也存在不同的地方，以準葛爾盆地中的低階煤為例，準葛爾盆地的低階煤中，含氣量的臨界深度受到流體壓力的影響比較小，反而低溫對含氣量的臨界深度有著非常顯著的影響，同時在準葛爾盆地的低階煤儲層中，深部低階煤儲層含氣量的主要成分是游離氣量。在準葛爾盆地的東部地區(qū)，煤層的埋深變大，這里的低階煤儲層飽和吸附量呈先增后降的狀態(tài)，同時該處的含氣量臨界深度與地溫梯度、孔隙率、含水飽和度、地應力等多個因素有關，煤儲層的總含氣量和含氣量的臨界深度由吸附氣量和游離氣量在特定埋深條件下的相互關系所決定，吸附氣量和游離氣量在特定埋深條件下的相互關系。其中吸附氣量存在非常明顯的臨界深度，并且其溶解氣量在不同深度情況下對含氣量的貢獻都非常的微弱；游離氣量則隨著埋深深度的不斷增加而快速增高，當埋深深部不在增大時，游離氣量的臨界深度并不明顯，存在一定的停滯深度，這種停滯深度的增速顯著變慢。

3.2深部煤層氣的可解吸性和產(chǎn)出階段的敏感性

對于深部煤層氣的開采，據(jù)悉，進行深部煤層氣解吸時，會受到很多地質因素的影響，以鄂爾多斯盆地東部和沁水盆地南部的長焰煤為例，在整個煤層氣解吸的過程當中，隨著吸附壓力的不斷降低，煤層氣的解吸速率從零解吸到線性解吸、非線性快速解吸三個不同階段，其中溫度的敏感性主要集中在非線性解吸階段，在非線性解吸階段，地溫越高，解吸的速率就越大。從這個特點可以看出，深部煤儲層的溫度的高低對產(chǎn)氣高峰期以及之后的煤層氣井的生產(chǎn)階段具有非常重要的影響，深部煤儲層的溫度越高，產(chǎn)氣的高峰到來的也就越早。當煤階和煤儲層含氣量相同的情況下，臨界解吸的壓力會隨煤儲層的埋深深度的增加呈現(xiàn)單調的非線性升高，當埋深深度和煤階條件相同的情況下，煤層的含氣量越高，臨界解吸的壓力也越大。

4結語

在我國的煤層氣產(chǎn)業(yè)當中，要能夠保證煤層氣持續(xù)不斷的發(fā)展，要求具備豐富的深部煤層氣資源，對于深部煤層氣資源，經(jīng)過前期的探索和研究發(fā)現(xiàn)，深部煤儲層的地質條件有兩個非常重要的特征，一是地應力較高，二是地層溫度較高；這兩個特點使得深部煤層的可壓縮性比較高，同時降低了煤層的滲透性和彈性[2]。

總而言之，從上述的分析和探究中可以看出，在深部煤層氣的探測、深部煤層氣含氣量的探明、深部煤層氣井的開采等多個方面都與深部煤層氣的基本地質因素有著非常重要且密切的關系，只有深入的研究深部煤層氣的地質情況，才能更好的進行深部煤層氣的探測、開采，為我國的能源資源做出更大的貢獻。

參考文獻

[1]肖家樂.深部煤層氣基本地質問題分析[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2017（10）：159-160.

[2]李松，湯達禎，許浩.深部煤層氣儲層地質研究進展[J].地學前緣，2016，23（3）：10-16.