浅析页岩煤层气表面性质与特征

吴靖哲

摘 要：煤岩表面性质的研究有助于了解煤储层物性优势、优选富集高渗区域与评价单井开发潜力。本文通过对煤岩的化学组成、煤岩基本特性、以及煤岩的润湿性结合已有的分析成果，总结影响煤岩表面润湿性的相关因素，通过对煤岩表面润湿性测定实验的认知和分析，了解煤层气储层润湿性的特性。强调在环保节能的今天，煤层气是高效洁净能源，是能源行业中发展空间巨大的新兴产业之一。

关键词：煤页岩层 性质特性 环境 能源前景

中图分类号：P618 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0081-01

1 煤岩的化学矿物组成和结构

煤的化学组成很复杂，但归纳起来可分为有机质和无机质两大类，以有机质为主体。煤中的有机质主要由碳、氢、氧、氮和有机硫等五种元素组成。其中，碳、氢、氧占有机质的95%以上。此外，还有极少量的磷和其他元素。煤中有机质的元素组成，随煤化程度的变化而有规律地变化。一般来讲，煤化程度越深，碳的含量越高，氢和氧的含量越低，氮的含量也稍有降低。唯有硫的含量则与煤的成因类型有关。碳和氢是煤炭燃烧过程中产生热量的重要元素，氧是助燃元素，三者构成了有机质的主体。煤中的无机质主要是水分和矿物质，它们的存在降低了煤的质量和利用价值，其中绝大多数是煤中的有害成分。

2 煤岩基本特征

煤并非单一物质，而是一种非常复杂的不均匀物质。从煤的元素组成上看，它含有C，H，O，N，S等元素，其中C含量大于50%，多数在75%～95%之间，所以煤具有高碳物料的特征。煤岩学认为煤是由性质各异的有机实体——显微组分和少量无机物组成。煤中的有机组分（显微组分）有20多种，根据其成因特征和本性结构可将煤显微组分划分为三类：壳质组、镜质组和惰质组。各组又以不同的组合形式形成不同的显微煤岩类型，如微镜煤、微惰煤、微壳质煤、微亮煤、微镜惰煤、微暗煤、微三合煤等。煤岩显微组分在煤中以单组分、双组分、和三组分形式存在，正是由于这些显微组分的不同组合而造成了煤在结构及其物理化学性质上的复杂性。总之，每种煤的显微组分和无机物都有其独特的物理和化学性质，从而控制着煤岩的全部性能。

3 煤岩表面性质分析

煤岩表面性质的研究有助于了解煤储层物性优势、优选富集高渗区域与评价单井开发潜力。通过对煤岩宏观特性、微观特性、化学组成以及煤岩的润湿性同时结合已有的分析成果，从而总结出影响煤岩表面润湿性的相关因素。通过对煤岩表面润湿性测定实验的认知和分析，以及根据增产入井液对煤岩表面润湿性影响实验，我们就可以清楚煤层气和储层之间的关系，研究得出结论对煤气层的开采具有实际指导意义，从而得出高产措施。

（1）煤岩表面润湿性。

煤的润湿性是煤的一项很重要的物理化学性质参数，它不仅在煤化工中应用，而且在煤矿开采及安全中亦有重要作用，例如在煤层预注水防尘中，煤润湿性的大小在很大程度上影响着其注水效果；煤的水润湿性研究对提高防降尘效果有重要意义；油团聚法和浮选法等也都是以煤的润湿性为依据的选煤工艺。煤表面的润湿是一复杂过程。煤的表面结构是影响润湿的内因，而表面活性物质及其初始浓度、煤水混合系统的pH等因素则明显影响着煤表面的润湿行。

（2）煤岩流变特性。

煤岩流变特性研究均是探讨煤矿开采中的围岩稳定与瓦斯突出等方面，随着国民经济发展对能源需求的增长，煤层气这种非常规天然气的利用越来越受到重视，煤层气的开采是通过钻井进入煤层气富集的煤岩体中，并通过煤岩裂隙渗透与井孔抽采。

（3）煤岩层的开采技术。

煤层气的开采一般有两种方式：一是地面钻井开采；二是井下瓦斯抽放系统抽出，地面钻井开采的煤层气和抽放瓦斯都是可以利用的，通过地面开采和抽放后可以大大减少风排瓦斯的数量，降低了煤矿对通风的要求，改善了矿工的安全生产条件。地面钻井开采方式，国外已经使用，我国有些煤层透气性较差，地面开采有一定困难，但若积极开发每年至少可采出50亿立方米；由于过去除了供暖外没有找到合理的利用手段，未能充分利用，所以，抽放瓦斯绝大部分仍然排入大气，花去了费用，浪费了资源，污染了环境。

4 煤岩气、页岩气发展前景

我国经济结构和能源结构都处在一个转型的关键期，煤层气、页岩气等非常规能源行业面临着巨大的发展机遇，在一个新兴行业成长和壮大的阶段，企业成功的关键在于，如何在需求逐渐扩大，行业内外结构不断变化的过程中，找到企业发展的发力点和关节点，利用企业内外部的资源优势，实现企业的快速发展。

煤层气是高效洁净能源，是能源行业中发展空间巨大的新兴产业之一。根据我国《煤层气开发利用“十二五”发展规划》，煤层气产业将面临重大发展机会，大型煤层气企业的投资规模不断增加，竞争更加激烈。因此，国内优秀的煤层气开发企业愈来愈重视对行业市场的研究，特别是对企业发展环境和需求趋势变化的深入研究随着我国能源需求的增长和节能减排压力的增大，天然气在能源结构调整中的地位越来越重要。这也让作为非常规天然气的煤层气迎来了发展良机。相关机构纷纷绘制煤层气的发展路线图，中石油、中石化和中海油也均加快了在煤层气领域的布局。不过，在广阔的前景面前，我国煤层气发展中的政策羁绊也日益凸显。在日前召开的2012年中国非常规天然气峰会上，相关专家指出，诸如开采权和矿权分离、优惠政策难以兑现和补贴不到位等政策方面的问题，极大阻碍了我国煤层气的发展，因此亟待改善和破除。无论是从长远预测还是从近期规划来看，我国煤层气的发展前景都很令人期待。

参考文献

[1] 张遂安，曹立虎.页岩气与煤层气吸附特征对比实验研究赵金[J].天然气地球科学，2013（1）.