煤層氣的儲層特點研究

李雨彤

摘 要：作為我國氣體能源家族的三大成員之一，煤層氣應用廣泛且前景良好，其開發利用對于充分利用礦產資源，改善我國能源結構，提高環境質量等都有巨大作用。該文通過對煤層氣儲層特點、煤儲層分布、預測及選區評價、煤儲層研究方法及實驗技術等方面的系統評述后認為：目前，煤儲層地質特征研究和地質評價選區技術、煤層氣儲層工程技術和儲層模擬軟件系統基本被我國科研人員掌握，在煤層氣儲層研究方面取得了一些成果。但我國煤儲層的構造復雜，多強烈變形煤層數量多，煤儲層多為瘦煤和無煙煤，特點是煤層滲透率低、煤層壓力低、在水壓裂等強化措施下形成的常規破裂裂縫所占比例低；煤層具有較高的吸附力）的物性特征，且變質程度偏高，高煤級煤（貧煤—無煙煤）占49%，獨具“中國特色”。

關鍵詞：煤層氣 儲層 技術

中圖分類號：P53 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（a）-0031-01

煤層氣，我國氣體能源家族的三大成員之一，是指形成于煤層又儲集于煤層中，以吸附在煤基質顆粒表面為主、部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體，是煤的伴生礦產資源，屬非常規天然氣。近20年中，煤層氣在迅速崛起，是一種應用廣泛的清潔、高效能源和化工原料，儲存豐富，前景廣闊，可以改善我國能源結構，增進環境保護，因此，在煤層氣儲層特點的基礎上探討其勘探開發意義重大[4]。

20世紀80年代初，我國開始煤層氣的研究，而煤層氣的勘探和開發始于90年代初，至2001年底已完成煤層氣勘探和先導性開發試驗井210余口，形成了十多個煤層氣先導性開發試驗井組，基本獲得了地質儲量。目前，煤層氣的研究和勘探非常活躍[1]。

1 煤層氣及其儲層特點

煤層氣，作為煤的一種伴生礦產資源，在煤的演變和變質過程中逐漸形成并在煤層中得到產生、聚集和轉移。一般情況下，我國煤層氣的儲層具有以下幾個基本特點。

1.1 煤層的孔隙特征

煤層是煤層氣主要的生成與儲集點，煤層由孔隙和裂隙兩部分組成，孔隙是煤層氣的主要儲集場所，而裂隙則是煤層氣運移的通道，孔隙與裂隙的結構共同決定了煤層氣的解吸動力。

1.2 煤層的滲透性特征

一般情況下，煤儲層的滲透性強度主要取決于煤層節理裂隙系統的相互貫通，我國煤層氣的煤儲層的滲透率是較低的。煤層的滲透率會同時受到外界壓力與內部壓力的雙重影響，隨外部壓力或深度的增加而降低，同時也因內部壓力的改變而改變。

1.3 煤層的構造應力與壓力特征

煤層的構造應力與壓力對煤層的滲透率和含氣量起著決定性的作用。區域的構造應力強度越大，煤層裂隙的閉合性強，儲層壓力也較高，導致煤儲層的滲透性低，氣體間的交換與遷移緩慢，較難進行；而構造應力強度較小的區域，煤層裂隙的閉合性弱，開啟性強，其儲層壓力較低，煤儲層的滲透性較好，氣體間的交換和遷移較為通暢，流動迅速。

1.4 含氣飽和度低

中國聚煤區的煤層氣資源量相對較低，飽和度也很低。

1.5 煤巖表面帶有電荷

等電點是表面電位為零時的pH值，煤巖表面相對常規砂巖和碳酸鹽巖表面帶有更多的電荷，煤巖的表面電位變化是由正到負的。環境的pH的增大，表面電位減小，不同煤巖的等電點大小不同，大多數遠小于7。依據此性質制造一種柔性材料，可以靜電吸附到煤巖表面，用于封堵儲層裂縫[2]。

2 煤層氣儲層的研究方法和實驗技術

煤儲層孔隙—裂隙系統是煤儲層研究的主要內容之一，可以進行煤儲層滲透性評估，一些國外發達國家在這一領域已取得了一些成果[5]，我國正在進行煤儲層孔隙—裂隙系統的研究，均基于煤巖學分析，依據實際觀測研究，取得早期預測信息。許多學者強調在露頭、煤芯及礦井中煤儲層孔隙—裂隙系統的宏觀研究和室內的微觀有機巖石學研究、孔隙—裂隙微區研究相結合的重要性，這有助于查明孔隙—裂隙系統的分布、類型、組合關系、幾何形態、展布方向、連通性、開放性及其對煤儲層吸、脫附特性和滲透率的影響。煤層氣儲層實驗技術是煤層氣勘探開發試驗的關鍵和難點[6-7]。

北京石油勘探開發科學研究院借鑒了一些國外先進設備和技術，結合自行改造和研制，建立了煤層氣實驗室，初步掌握了煤層氣實驗技術，其中包括煤巖滲透率及氣水相對滲透率、煤層氣儲層參數（煤層含氣量、煤巖吸附等溫線、煤巖孔隙度及孔隙結構）的實驗測試、測井和試井分析技術等，并引進了IS-100型等溫吸附儀、巖芯流動測試系統、CTDCA-1000型恒溫野外含氣量測試儀、HP5890氣相色譜儀等煤層氣儲層研究儀器，目前可以全面開展煤儲層含氣量、等溫吸附曲線、物性參數的測定，煤的工業分析及平衡水分測試、煤層特征（煤層顯微組分、煤鏡質組反射率等）的測試，實現了對煤芯樣品進行突破壓力、含氣量、相滲透率、物性參數、擴散系數等幾十項參數的測定。

3 結語

綜上所述，我國的煤儲層地質特征研究和地質評價選區技術日趨成熟，煤層氣儲層研究和煤層氣勘探有所突破，有助于今后開拓煤層氣能源新領域，建立我國煤層氣工業打下基礎。但適合于我國煤層氣地質特征的地質理論尚屬初步探索階段，勘探開發技術的掌握尚不成熟，所取得的勘探成果是不是全面的，是局部的、試驗性的，還有很多較深的科學技術問題有待回答。

參考文獻

[1] 劉貽軍，等.中國煤層氣儲層特征及開發技術探討[J].天然氣工業，2004，24（1）.

[2] 王寶俊，李敏，趙清艷，等.煤的表面電位與表面官能團間的關系[J].化工學報， 2004，55（8）：1329-1334.

[3] 胡向志，王志榮.淺談煤層氣的綜合開發利用[J].中州煤炭，2009（12）.

[4] 宋巖，張新民，柳少波.中國煤層氣基礎研究和勘探開發技術新進展[J].天然氣工業，2005（1）.

[5] 李小彥.煤儲層裂隙研究方法辨析[J].中國煤田地質，1998，10（1）：30-32.

[6] 李增學.煤層氣地質學[M].北京：地質出版社，2007.

[7] 桑樹勛，范炳恒，秦勇，等.煤層氣的封存與富集條件[J].石油與天然氣地質，2009（2）：22-23.