煤储层孔裂隙及对煤层气控气地质意义

陈岩宏　王义海　温文富

摘要：不同于石油、天然气等流、塑性极强的地质产物，由于煤储层组成物质特殊的物理性质以及在地质演化史中对构造、岩浆等运动的反应较为明显，因此煤储层中存在着大量的孔裂隙，而孔裂隙对煤储层的控气量产生制约因素。文章通过对煤储层的发展史进行简要介绍分析孔裂隙的地质成因以及分析要素，以此为基准讨论它对煤层气控气量的影响。

关键词：煤储层；孔裂隙；控气

中图分类号：P61文献标识码：A

文章编号：1674-1145（2009）05-0167-01

经过煤层气事业近几十年来的迅速发展，基础理论的研究已经进入与成熟阶段，在中国沁水盆地南部地区煤层气已经进入初等商业开发阶段。

一、煤储层孔裂隙

（一）煤储层孔裂隙系统

煤储层是由煤基质块（被裂隙切割的最小基质单元）、气、水（油）三相物质组成的三维地质体，而关于煤储层中孔裂隙的分类不同学者给出的分类不同，其区分主要在于二元与三元的区别，本文按照中国矿业大学三元分类：煤储层系由宏观裂隙、显微裂隙和孔隙组成的三元孔、裂隙系统。

（二）煤储层孔裂隙的成因

煤储层孔裂隙的形成主要受控于煤层的应力分布及其变化状况。因此讨论其成因则可以从内外应力结合来解释：内应力，主要指的是煤化作用过程中由于垂向压实作用以及脱水作用引起的煤基质收缩，煤化作用中凝胶化物质受温度、压实影响体积收缩产生的内张力，这些内应力主要对煤储层中孔隙以及显微裂隙产生巨大促进作用。外部应力场的作用，在地质发展史中煤储层伴随着板块运动必然处于古构造应力场的作用下，而且经过掩埋受到上覆岩层重力作用以及由于地热或者岩浆运动产生的热应力作用、以及近代的地下水作用等产生的各种应力使之产生以打中裂隙为主的裂缝，同时可以产生显微裂隙。

二、煤储层有机化学变化

煤层相对于其他的无机岩层，既在应力的承受与分布等物理性质上存在固相介质的共性，又有别于它们，在地质发展的过程中伴随着各种外力以及热等的作用其有机组分发生相应的有机化学变化，产生大量的气体其中受控于成煤物质的化学性质，必然会生成大量烃类物质，也就是我们常说的煤型气，其中赋存与煤储层孔裂隙中的烃类气体定义为煤层气。具体来言：成煤的有机质在泥炭化阶段、成岩作用、变质作用各个阶段均会产生大量烃类物质，特别是气态烃，主要为甲烷。

三、煤储层孔裂隙系统的控气

煤层气孔裂隙的控气研究，从最根本上来讲是为全面的分析出孔裂隙系统对煤层气生气量的贡献以及因为孔裂隙系统的存在致使烃类气体的逸散量的差值，最终得出煤层气的开采资源量。

（一）煤储层中烃类气体的存在状态

在煤层有机化学反应阶段生成的气体中除部分逸散、运移到围岩外，还有相当一部分保存在煤层中，在此意义上来说煤储层既是储气层又是生气层。再从煤层气在储层中赋存状态来讲，它们的储集是分三种不同状态的，受到地下各种压力的影响，煤储层孔裂隙系统中的流体均处在一定压力场的作用下，因此根据朗格谬而方程可计算出生成的气态甲烷会向吸附态甲烷转变，而必然有部分游离态的甲烷存在于孔裂隙系统中，再细分可分为水溶态以及气态甲烷，三种相态的甲烷构成了煤层中全部的烃类气体。作为首先煤储层，在压力作用下必须具备容纳气体的能力、允许气体流动的能力，在煤层气的研究上主要是通过对孔裂隙的连通性及渗透性上来讲的，其中孔裂隙的数目、张合程度以及孔裂隙对煤层气的吸附状况等都需要加以分析。

（二）煤储层中孔裂隙系统对煤层气开发的影响

裂隙介质、孔隙是煤层气的主要生储场所，宏观裂隙是煤层气运移的通道，显微裂隙是沟通。因此孔裂隙的数目直接影响着煤层气的储量，其张合程度以及连通性则对煤层气的运输产生影响，继而影响到煤层气开发过程中的可采资源量。再另一方面正是由于煤储层中广布的孔裂隙系统，当孔裂隙与外岩层孔裂隙存在连通的时候，由于压力的差值使气体向外界运移、逸散。致使煤储层中煤层气的含量大为减少，但是当外岩层的封闭状况良好时，逸散出去的煤层气或许会形成以煤型气为主的煤成气天然气气藏，这也就印证了中国排名前十的天然气藏绝大多数属于煤成气。

四、煤层气研究方向及前景

现阶段中国煤层气基础理论在大量吸收美国理论的基础的同时结合中国特殊的地质状况，探索出一套属于自己的理论体系，但是正由于中国特殊且复杂的地质状况，中国的煤层气基础理论体系尚不完全，因此在今后的煤层气研究中应继续对煤层气生烃演化模式进行分析，同时再煤储层中孔裂隙的渗透性以及压力对煤储层孔裂隙系统的张合程度的控制进行分析，完善地质发展史中孔裂隙系统的生成、演化模型，结合多种学科对煤储层的物性、化学性质的研究综合探讨。为煤层气的开发提供更准确、完善的理论指导，相信中国煤层气的发展会更加迅速，而煤层气会对中国能源产业的发展做出重要的贡献。

参考文献

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