Question

煤层气藏

Answer 1

煤层气是腐殖煤在热演化变质过程中的产物，以甲烷为主，又称煤层甲烷或煤层瓦斯。它主要以吸附状态赋存于煤的基质表面，在煤层割理和裂隙及煤层水中还存在有少量的游离气和溶解气。

(一)概述

煤层气藏(Coalbed Gas Reservoir)主要是指煤层中甲烷相对富集具有工业开采价值的层段或部位。20世纪70年代以来美国最早将煤层气作为一种非常规的天然气资源进行勘探和开发，先后在圣胡安(San Juan)、黑勇士(Black Warrior)、拉顿(Raton)等盆地获得成功，并在90年代得到迅猛发展，1998年美国煤层气产量达到350×10⁸m³。我国拥有丰富的煤资源，截至1996年底全国探明的煤炭储量约9.8×10¹²t;以埋深浅于1500m的煤层测算，我国煤层气的资源量约为27×10¹²m³。可见，煤层气是我国最具潜力的后备资源。我国自20世纪90年代初开始进行煤层气勘探以来，已取得了一批重要的勘探资料和成果，特别是1998年发现了第一个大型的沁水煤层气田，它的发现预示着我国煤层气勘探已进入大发展的新时期。

(二)煤层气藏的成藏条件

在成藏要素和作用中除盖层条件外，煤层气藏的生气层、储气层和圈闭都是煤层本身，同时甲烷的生、运、聚作用也都发生在煤层之中。因此既要求煤层有很高的生气潜力，又要求煤层具有很强的储集吸附能力，还要求一定的渗透率以利于煤层甲烷的运移和排放等，只有当煤层本身兼有以上各种性能和作用时，才可能形成煤层气藏。因此，并非有煤层存在就有煤层气藏。

煤岩的变质程度(煤阶)或煤级、显微组分和灰分是影响煤岩含气量、吸附能力和渗透率好坏的关键因素(图7－28)。煤的含气量一般是随煤阶的增加而增加，低煤阶的含气量一般为2.5～7m³/t，高煤阶的含气量可达25m³/t以上。在显微组分中镜质组含量越高，生气量越大、吸附量越多、煤层割理越发育、渗透性也越好，而易于开采。煤的灰分含量越低，煤质越好、甲烷吸附量越高。综合以上三个方面可以认为:中等变质程度的气煤—焦煤镜质组含量大于80%，灰分含量小于20%。吸附气量大于15m³/t的煤层，最有利于煤层气藏的形成。虽然贫煤—无烟煤的产气量很高，但在较长的变质过程中气大多散失难于保存，只有当区域热变质和保存条件好时，才可以是有利成藏的煤层。

煤层气藏的形成还需要良好的区域地质条件是:①煤层有适宜的区域性产状，连续分布面积大于200km²，总厚度大于10m，埋藏深度小于1500m，一般是在含煤盆地的斜坡带上，这样的煤层不仅含气量高而且还能保持一定的孔渗物性便于开采，且离开上倾方向的甲烷风化带。②煤岩的热变质环境最好是岩浆热变质区域，煤岩的演化可在较高温度(400～500℃)和较低压力条件下进行，使煤层既具有较高含气量又能保持较好的岩石物性。③构造变动要适中，这样煤层既可产生构造裂缝使煤岩的渗透率大于0.5×10^－3μm²，又不会因强烈变动造成煤层气大量散失。④区域性的水动力条件最好是具异常高压的封闭性承压环境，煤层在较高的压力下不仅有更高的吸附量，而且还能避免强循环水对煤层气藏的破坏。⑤煤层上下顶底面需要有区域性的有效盖层，以减少甲烷的分子扩散或沿裂隙渗漏到邻近岩层而散失。

图7－28 煤级划分及主要指标(据张群等，2001)

图7－29 中国煤层气藏类型模式图(据高瑞祺等，2001)

根据这些成藏条件，结合我国实际情况，可将煤层气藏划分为承压水封堵、压力封闭、顶板微渗滤水封堵和构造封闭等四种类型 ( 图 7 －29) ，其中以承压水封堵型气藏最为优越，我国沁水盆地环状斜坡带上的石炭、二叠系煤层就属这种类型。

总之，煤层中生成的甲烷，在一定的地质条件下可以形成煤层气藏，而煤岩在热演化的地史过程中又会有部分甲烷散失到邻近岩石中，但只要不是散失到地表，就有可能成为常规气藏的气源。可见，无论是对非常规的煤层气藏，还是对常规气藏来说，煤都是重要的气源岩。