淺談煤層氣藏保存條件

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1、淺談煤層氣藏保存條件作者:萬玉金陳孟普收錄來源:中國煤層氣【摘要】本文主要論述了保存條件對于煤層氣藏的作用及其重要意義，保存條件主要指蓋層的封蓋能力、水動力條件和構(gòu)造運(yùn)動等因素。在地質(zhì)歷史中，上述地質(zhì)作用主要是通過改變地層的溫壓條件而改變吸附與解吸和吸附與溶解之間的平衡，挖制地層中的煤層氣賦存形式，從而影響煤層氣的保存。文中最后以大城地區(qū)為例綜合評述了煤層氣藏的保存條件及受各種因素的影響程度。煤層氣藏與常規(guī)天然氣藏不同：煤既是氣源巖，又是儲集巖。一般來講，煤的生氣量很大，從長焰煤開始，累積生氣量

2、都在50ｍ３／ｔ以上，Dｅｃｋｅｒ（１９８７)認(rèn)為煤的生氣量比其保存的氣量要高8～１０倍，也就是說煤的生氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)今各煤層的實(shí)際含氣量(一般為5～２０ｍ３／ｔ)，這主要是由于煤巖自身的吸附能力和保存條件的不同造成的。１較強(qiáng)的吸附能力是煤層氣富集的前提煤層氣以溶解氣、游離氣和吸附氣三種方式賦存于煤層的雙孔隙系統(tǒng)中：割理系統(tǒng)和微孔隙系統(tǒng)。割理孔隙度一般都較小且被水充滿，溶解氣、游離氣較少，煤層氣主要以吸附狀態(tài)存在于煤的基質(zhì)微孔中，吸附氣占總含氣量的90～９５％以上，正是由于煤的這種吸附特性決

3、定了煤的儲集能力。在地層條件下，吸附氣、游離氣和溶解氣處于一種動態(tài)平衡過程中，在達(dá)到吸附平衡后，吸附量是壓力和溫度的函數(shù)。但煤對氣體的吸附屬于物理吸附，吸附與解吸是可逆的，當(dāng)溫度和壓力條件改變后，吸附量也會改變：當(dāng)壓力下降或溫度升高時，吸附氣就會解吸，轉(zhuǎn)化為游離氣。同樣，在地層水交替作用下，原有的平衡條件也會被打破而使吸附氣越來越少。由于吸附氣的活性較游離氣和溶解氣弱得多，更易保存，因此煤的吸附能力越強(qiáng)，吸附量越大，越有利于煤層氣的保存。各種地質(zhì)作用就是通過改變吸附與解吸及吸附與溶解的關(guān)系而影響

4、煤層氣的保存。２良好的封蓋條件是煤層氣保存的重要因素煤層氣屬于自生自儲式，不需要初次運(yùn)移，這就要求自生氣開始，就需要有良好的封蓋條件才能使煤層氣得以保存。蓋層對于煤層氣藏的作用主要是維持吸附與解吸的平衡，減少游離氣的逸散和減弱交替地層水的影響。泥頁巖、鹽巖、膏巖及致密碳酸鹽巖等，如其透氣性差，就可以形成良好的封蓋層而有效地阻止煤層氣的垂向運(yùn)移，有利于煤層氣的保存。煤層氣通過蓋層逸散主要有兩種方式：一是滲流運(yùn)移，一是擴(kuò)散運(yùn)移，究竟以那種方式運(yùn)移主要由上覆巖層的封蓋性能控制：(1)上覆巖層如果是超致

5、密層，即良好的蓋層，其排替壓力大于煤層中流體剩余壓力(圖1ａ)，具有良好的毛細(xì)封閉能力，則氣體只以擴(kuò)散方式運(yùn)移，其運(yùn)移速度是相當(dāng)緩慢的，煤層氣逸散量可用巖石的擴(kuò)散系數(shù)等參數(shù)估算；(2)當(dāng)煤層中剩余壓力大于上覆蓋層排替壓力時，氣體則以滲流的方式運(yùn)移(圖1ｂ)，氣體逸散速度與氣體的有效滲透率及剩余壓差有關(guān)，剩余壓差越大或氣體的有效滲透率越高，則逸散越快，此時主要是游離氣體逸散，當(dāng)煤中壓力小于蓋層的排替壓力時，逸散即告結(jié)束，如果氣源充足，此過程則重復(fù)進(jìn)行，如超壓很高則有可能產(chǎn)生微裂縫而使氣體呈間歇式散

6、失；如果煤層中沒有游離氣，而是由于靜水壓力引起的超壓，則只有擴(kuò)散運(yùn)移，也就是說在沒有壓降時，吸附氣難以解吸而進(jìn)行逸散；(3)如果上覆巖層是滲透層(如砂巖或裂隙性泥頁巖等)，排替壓力很小，擴(kuò)散運(yùn)移快，氣體則會向砂巖中運(yùn)移，再加之水動力的影響，煤中吸附氣也會從基質(zhì)中解吸出來轉(zhuǎn)移到滲透層中去(圖1ｃ)；(4)如果上覆巖層是具有生氣能力強(qiáng)的烴源巖，則會阻止煤層甲烷氣向上逸散，甚至?xí)蛎簩又休斎胩烊粴?圖1ｄ)。總之，蓋層的質(zhì)量越好，封蓋能力越強(qiáng)，煤層氣只以擴(kuò)散方式運(yùn)移，逸散很慢，蓋層蓋，失去毛細(xì)封閉能力

7、，氣體則以滲流方式運(yùn)移，逸散速度快。著名的圣胡安盆地煤層氣資源量達(dá)14×１０１２ｍ３，這與水果地組煤層之上巨厚的柯特蘭頁巖的封蓋有直接的關(guān)系。萍樂含煤區(qū)中龍?zhí)督MB煤組之上為瀉湖海灣環(huán)境形成的泥頁巖，厚822ｍ，巖性致密，區(qū)域分布穩(wěn)定，是良好的蓋層，煤層含氣量最高達(dá)253ｃｍ３／ｇ，平均達(dá)10ｃｍ３／ｇ，C煤組之上的長興灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育，地下水活躍，封蓋性很差，其含氣量僅達(dá)002～１０ｃｍ３／ｇ，平均為038ｃｍ３／ｇ，由此可見，對于煤層氣藏，煤層氣的富集必需具有良好的

8、封蓋層。３地層水弱交替區(qū)或交替水阻滯區(qū)有利于煤層氣的保存除了需要良好的蓋層之外，煤層氣藏的形成還需要有一個較穩(wěn)定的水動力條件，它直接影響著地層液體壓力分布及流體的運(yùn)移，由此改變吸附氣與溶解氣和游離氣間原有的平衡，從而影響到煤層氣的保存。水動力影響煤層氣的保存主要表現(xiàn)在以下幾種類型：(1)如果煤層頂部巖層為滲透層，且地層水交替強(qiáng)烈，由于煤巖基質(zhì)(吸附氣賦存的微孔隙)和地層水中存在較大的濃度梯度，煤巖中甲烷氣則不斷地被交替地層水帶走而難以保存在煤層中；(2)如果地層水處于阻滯狀態(tài)，且滲透層自身具有良