Question

煤层气资源评价中的应用

Answer 1

由于煤层生气量与煤层气聚集有着密切的关系，而煤层的厚度和分布、变质程度及煤岩组成是控制生气量的主要因素。另外，由于煤层的埋藏深度对气成分、储层压力、煤储层的渗透性有重要影响，因而运用煤地质学等方法进行煤层气资源评价具有重要的意义。

一、煤层气气源条件的煤地质学研究

(1)煤层厚度及分布

一定厚度的煤层，是煤层气藏形成的基础。显然，煤层越厚对气藏来说越有利，问题是如何给煤层气藏确定一个储集层厚度的下限值。由于这涉及地质条件、资源状况以及技术、经济等方面的因素，很难给出一个具体数值。具有一定变质程度的厚度较大且分布稳定的煤层是煤层气藏形成的资源基础，煤层厚度大，不仅生气量大，而且资源丰度高，并且煤层厚度大也有利于煤层气赋存。由此可见，一定的煤层厚度是煤层气成藏的前提，张建博等结合近几年勘探开发试验的经验，将煤层厚度下限暂定为1m;钱凯等根据美国试验数据，提出煤层厚度以0.6～5.0m有利于煤层气富集和开发。

(2)煤变质程度

煤层的生气量和储气能力都受煤变质程度的控制，所以煤变质程度对煤层气藏的形成具有重要作用。作为煤层气藏的气源条件来说，要求煤层必须达到一定的变质程度。运用煤地质学的研究，可以进行煤岩生气热模拟实验，发现不同变质程度的煤岩生气产量。据前人的研究发现，低、中、高变质的烟煤和无烟煤可以形成煤层气藏，未变质的褐煤一般不利于形成有价值的煤层气藏，而超高变质的超无烟煤已不属于储集层，所以不能形成煤层气藏。

二、煤层气储集条件的煤地质学研究

煤层气藏具自生自储的特点，煤层的储集能力成为煤层气是否能富集成藏的关键因素之一。因此，运用煤地质学对煤层气储层的研究具有重要的意义。煤层储集能力包括对吸附气和游离气两种状态煤层气的储集。据煤地质学研究发现，煤储层的基本特征主要表现在煤的孔隙结构特征、渗透性特征和吸附性特征，而上述三大储集特征主要与煤岩组分、变质程度以及所受的构造应力密切相关。

(1)煤地质学在孔隙结构特征研究中的应用

煤层的孔隙结构分为煤层孔隙和裂缝孔隙，构成了煤层的双孔隙系统。煤层一般发育有两组相互垂直的割理，即面割理和端割理，这两组割理将煤体分割成一个个长斜方形的基岩块体，煤层的割理密度比砂泥岩的节理要大，从而使其具有较好的储渗性能。煤储层孔隙度同样反映出其储集能力，孔隙度是煤孔隙占煤总体积的百分比。目前研究表明，煤储层的孔隙度与煤阶关系比较密切，在泥炭阶段时，煤孔隙度可达75%，到中挥发分烟煤时，煤孔隙度只有百分之几甚至更小，再到无烟煤，孔隙度又增大。张建博等对我国不同变质煤阶煤的孔隙度值进行了统计，肥煤贫煤孔隙度较小，为2%～4%，而褐煤气煤、无烟煤孔隙度增大，一般为4%～10%。

(2)煤地质学在渗透性特征研究中的应用

煤储层的渗透性直接影响煤层气产量的高低，煤层的渗透性受到煤层割理发育的影响，由于煤层的各向异性，面割理的方向一般渗透率比较大，端割理方向一般比较小。煤层的渗透率一般很低，我国煤层气储层渗透率普遍小于1×10^－3μm²，就是产能比较高的井，其渗透率也不会很高，如晋城潘2井、晋试1井3号煤层日产气量分别为6160m³和4050m³，而渗透率只有1.53×10^－3μm²和0.51×10^－3μm²。煤层的渗透性随煤层的埋藏深度增大而变低，同时受地质构造影响也比较大，一般发育于构造断裂带和紧密褶皱区的煤层渗透性好，如国外勇士盆地、圣湖安盆地煤层气田在断层带附近具有较高的产量，沁水盆地南部经受过多期不同构造应力叠加，是裂缝发育有利区，这可能是煤层气得以成藏的原因之一。

(3)吸附性的煤地质学特征研究

煤层气基本以吸附气的形式赋存在煤层中，因此煤所具有的吸附性是煤层气藏的一个比较重要的特点。煤层所具有的吸附作用主要为物理吸附，其吸附能力取决于煤的兰氏体积，具有高兰氏体积的煤体更有利于煤层气的吸附。而影响煤层吸附能力的因素是多方面的，内在的因素有煤岩类型、煤的变质程度、微孔隙，外在的因素有温度、压力、气体组分和煤的含水性等。研究表明，在相同温度、压力条件下，煤的吸附量随着煤的变质程度增加而增大。此外，温度、压力、含水等对煤层的吸附性也有明显的影响，高压、低温和煤岩含水量小有利于煤层气的吸附。由上可见，煤层气藏的储层含气量受到多种因素的影响，在评价煤层气储集条件时要全面考虑其煤地质特征，才能较客观地评价出较有利的储集层。

三、煤地质学在煤成气运移规律中的应用

由于煤和高炭质页岩是有机质高度富集的岩石，对烃类物质的吸溶性很大，生烃量高、排烃率低，煤既是气源层也是储气层，煤成气的运聚规律与其他气源岩大不相同。煤成气运聚规律的研究通常是用宏观与微观相结合的方法，根据含煤盆地的构造发展史、沉积演化史分析煤成气生成、运移的动力，及运移聚集的方向和地带。根据观察测定岩层中烃类富存的各种微观信息探讨煤成气的主要生成期、运移期和运聚形式与运聚地带，为普查勘探工作提供依据。

四、煤地质学在煤成气成藏条件和勘探评价方法中的应用

国外如前苏联、荷兰、英国、德国、澳大利亚等已找到很多与煤系地层有关的气藏，成藏模式是多种多样的。我国煤炭资源非常丰富，储量占世界第二位，但是目前找到的大煤成气田不多。煤成气藏条件的综合研究十分重要，根据我国主要成煤、成煤带和煤化作用的分布规律，北方石炭二叠纪煤系二次煤成气的成藏模式，南海、东海古近新近纪煤系连续沉降晚期快速生气的成藏模式，以及新疆、内蒙古等侏罗纪山间盆地厚煤层煤成气产出聚集的成藏模式的深入研究在煤成气地质学中十分重要。