Question

煤层气储层

Answer 1

2.6.1 煤层气储层及储层压力

2.6.1.1 煤层气储层

煤既是烃源岩，又是储集层。煤系地层在煤化作用过程中，所伴生出的煤层气一般足以达到煤层吸附所需求的气量，煤层是否含有工业性煤层气主要决定于煤储层的特性及后期的保存条件。因此，煤层气储集层不同于常规天然气储集层，其组成是单纯的煤，这里按照瓦斯地质学中的煤体结构的概念和煤的变质阶段对煤层气储集层进行分类描述（表2.24）。

（1）原生结构煤储层

这类储层主要由原生结构煤组成，煤体结构几乎没有受到构造破坏，煤层的原始结构和构造保存完整，以割理为主，偶尔可见到外生裂隙和继承性裂隙。研究表明这类煤的渗透能力最好，特别是割理最为发育的中变质阶段煤。目前成功的煤层气开发多集中在这类储层中，如美国的圣胡安盆地和中国的河东煤田等。煤和瓦斯突出统计研究表明，原生结构煤发育区一般不发生瓦斯突出，究其原因可能是积聚在这类煤中的瓦斯因裂隙连通性较好，以缓慢的速度不断释放出来，间接地说明了这类煤的渗透能力较强。因此，含气量较高的中变质阶段的原生结构煤储层，以其优良的孔渗性而作为煤层气勘探开发的首先目的层，同时，较完整的煤体结构使储层强化的实施成为可能。

（2）碎裂煤储层

表2.24 煤层气储层分类

（据张新民等，2002）

这类储层中割理依然存在，外生裂隙和继承性裂隙增多，储层的渗透性变化较大。对割理不发育的低变质和高变质煤，外生裂隙的增多无疑可提高储层渗透性；但对割理十分发育的中变质煤，外生裂隙的发育可能使渗透率增加或降低，主要取决于外生裂隙的方向和组数：方向多变、组数较多，将导致割理被严重改造，渗透性变差；方向单一，特别是继承性裂隙发育时，渗透性增强。碎裂煤储层在我国东部构造活动强烈的高变质煤分布区尤应重视，虽然高变质煤割理不发育或被矿物质充填，但含气量较高，因此外生裂隙成为煤层气运移的有效通道。同时，裂隙组数少、方向单一的煤层便于强化处理（如水力压裂）。

（3）碎粒煤储层

这类储层以外生裂隙多组、多方向发育使煤体破碎成粒状为特征，储集层的渗透能力较差。矿井瓦斯突出统计结果表明，碎粒煤分布区瓦斯不易运移释放出来，而容易积聚在应力集中地带，在开采过程中突然释放造成瓦斯突出事故。其渗透率一般在1×10^－3μm²以下，就目前的开发工艺来说，不可作为煤层气开发目的层。

（4）糜棱煤储层

这类储层由发育劈理的鳞片煤和无任何裂隙的土状煤组成，其渗透性极差，渗透率在0.1×10^－3μm²以下，是目前工艺无法开发的储集层。

2.6.1.2 煤层气储层压力

煤储层压力是指煤层孔隙中的流体（包括气体和水）压力。煤储层压力对煤层气含量和气体赋存状态起着重要作用。同时，储层压力也是水和气体从煤的裂隙中流向井筒的能量。降低煤储层压力，煤孔隙中吸附的气体开始解吸，向裂隙中扩散，在压力差作用下从裂隙向井筒流动。煤层气开采就是根据这一原理，通过排水降低储层压力而采气的。

现实中，原始煤储层压力差别较大。这是由于原始煤储层受多种因素的影响，如区域水文地质条件、埋深、气含量及地应力等。一般用压力梯度衡量压力的大小，为了在储层评价中统一方法和原则，将储层压力划分为3种类型（表2.25）。正常储层压力梯度应等于9.5～10.0 MPa/m，即基本上等于静水压力梯度；大于10.0 MPa/m为高压储层，小于9.5 MPa/m为低压储层。

表2.25 储层压力类型划分方案

（据张新民等，2002）

储层压力是通过试井而获得的。在我国用试井的方法获得的资料有限，在全国范围内仅收集到18个煤矿区的104个煤储层压力参数。这些数据在地域上的分布很不均衡，主要分布于华北和东北地区，华南和西南地区只有个别数据；而西北地区连一个数据也没有。

2.6.2 煤储层压力影响因素

2.6.2.1 煤层埋深对煤储层压力的影响

从单一钻孔中不同埋深不同煤层试井所获得的储层压力发现，随着煤储层埋深增加，煤储层压力增大。同一地区、不同钻孔储层压力也有规律可循，如淮南煤田CQ-2孔和CQ-3孔，这种现象在各煤层气井储层压力的测试结果中普遍存在。笔者对不同矿区内煤储层压力与埋深关系作图并建立关系式，用此关系式可推算该矿区内其他未知区的煤储层压力。主要矿区煤储层压力与埋深关系结果见图2.25至图2.29）。

图2.25 晋城矿区煤储层压力与埋深关系

（据张新民等，2002）

图2.26 阳泉、屯留矿区煤储层压力与埋深关系

（据张新民等，2002）

图2.27 离柳、韩城矿区煤储层压力与埋深关系

（据张新民等，2002）

图2.28 淮南矿区煤储层压力与埋深关系

（据张新民等，2002）

图2.29 红阳、铁法矿区煤储层压力与埋深关系

（据张新民等，2002）

为了对我国现已获得的煤储层压力资料充分应用，笔者将全国19个矿区已获得的储层压力，按平均值分为超压储层、低压储层和过低压储层3种类型，分别作图建立关系式（图2.30至图2.32）。

图2.30 高压储层压力与埋深关系

（据张新民等，2002）

图2.31 低压储层压力与埋深关系

（据张新民等，2002）

图2.32 过低压储层压力与埋深关系

（据张新民等，2002）

2.6.2.2 水文地质条件对煤储层压力的影响

静水水位的高低与区域水文地质条件有关，当煤储层所处的地表低于区域内静水水位时，在承压水力作用下，该地煤储层属超压储层。这样的储层一般位于向斜或复向斜内次一级的背斜部位。煤储层一般渗透性差，与外界水力联系差，补给径流不畅，地下水基本上处于滞流状态，为静储量弱含水层。

建议进一步阅读

张新民等.2002.中国煤层气地质与资源评价.北京：科学出版社，2～51