高阶煤含气及可采性影响因素分析

祁彦

摘 要：煤层气是指赋存在煤层中以甲烷为主要成分，以吸附在煤基质颗粒表面为主并部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体。煤储层的含气性是指煤层本身在目前地质条件下储集煤层气的能力和数量，由煤层气的生产、保存条件和地质控制因素决定。煤层含气性是评价煤层气勘探开发前景的决定因素之一，是煤层气远景评价和选区的重要基础。沁水盆地南部为本次研究区，作为当前煤层气储量最丰富的区域，从煤储层埋深、煤厚、变质程度、灰分产率、显微组分和渗透率等方面讨论了煤层气含气性、可采性的影响因素。

关键词：煤层气；甲烷；沁水盆地；地层温度

中图分类号：TD823 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.09.120

1 煤储层埋深和煤厚

煤储层埋深直接影响着煤储层的地层压力、地层温度、煤层气的吸附量和临界解吸压力等。因此，煤储层的埋深对煤层气的保存、富集和开采技术条件有着非常重要的意义。

研究区煤储层埋深：3号煤储层为130～1 060 m，平均约516 m，最薄点位于研究区西南角，约为130 m，最厚点位于研究区东北部，约为1 060 m；15号煤储层埋深为205～1 150 m，平均约610 m，最薄点位于研究区西南角，约为205 m，最厚点位于研究区东北部，约为1 150 m。

根据以往的研究资料证实，通常情况下，煤层所受压力是埋藏深度的函数，随着煤层埋藏深度的增加，一方面，煤层所受的压力、静水压力、地应力，储层压力、有利含气量都会增加；另一方面，随着煤层埋藏深度的增加，储层温度会越高，吸附量越小。因此，在一定的深度范围内，煤层含气量将随煤层埋藏深度的增加而增大，该规律在本区表现较为明显。同一层煤在本区的埋藏深度由南西向北东逐渐加大，煤层的含气量也逐渐增大，东部埋深大于西部，东部的含气量大于西部。西南部3号煤储层的埋深约为290 m，含气量约为3 m3/t，而东北部3号煤储层的埋深为950 m，含气量约为20 m3/t，埋深增加了660 m，含气量增加了17.00 m3/t。经过统计，3号煤储层的含气量梯度为2.0 m3/100 m左右，15号煤储层的含气量梯度为1.5 m3/100 m左右。

煤层厚度与含气量有直接的因果关系——煤层越厚，供气能力越强，产量越大。美国主要开采煤层气盆地单井累积厚度为6～91 m，比如美国圣胡安盆地，煤层气高产区煤层累积厚度主要分布在9～30 m之间。因煤层气主要是吸附在煤层中，只有少部分游离在煤层中，所以，在同一区域、同一层煤中，在吸附力和围岩相同的情况下，厚煤层要比薄煤层吸附得多；在同一区域、同一煤层中，割理、裂隙发育相同的情况下，厚煤层中的空间更大，因此，厚煤层中要比薄煤层中游离的煤层气多。比如MB-007井，3号煤储层纯煤厚3.6 m，含气量约为3 m3/t；MB-017井，3号煤煤储层纯煤厚5.4 m，含气量约为17 m3/t。MB-017井煤厚是MB-007井的1.5倍，而含气量是5.7倍。因此，厚煤带也是含气量高的部位。

2 煤变质程度

3号和15号煤储层的变质程度均为无烟煤，属高变质阶段，此阶段煤对甲烷的吸附量高。煤级直接影响煤中的含气量和煤储层中孔隙—裂隙的发育状况。煤级太低，往往含气量低，不利于煤层气藏的形成；中煤阶煤较有利煤层气藏的形成；高煤阶煤对煤层气富集成藏有利有弊，如果变质程度太高，煤层已失去储层气能力，则基本不吸附煤层气，孔隙度降低，储气能力有限，无法形成煤层气藏。此外，由于构造运动影响和基质收缩会产生一定量的裂隙，这对煤层渗透性有很大改善，如果构造环境稳定、煤层封闭条件好，则有可能形成煤层气藏。经过多年的研究和资料证明，沁水煤田的煤层气藏就是在这种条件下形成的。

3 灰分产率

灰分是煤燃烧后的残渣，在煤层其他条件相同的情况下，该参数可直接反映煤层含气量。煤层气在煤中主要以吸附状态存储于煤中，煤中的灰分主要来源于煤中的无机物，而无机物质表面与甲烷之间没有亲合力，因此，无机物质不吸附甲烷气体。由于煤中无机物质含量增高，势必会代替有机物质占据的空间，从而缩小有机物质吸附气体的总表面积。因此，在同一煤阶的煤层中，其煤层气的含量随着灰分产率的增加而减小，即灰分含量越低，煤层气含气量相对越高。

4 煤显微组分含量

煤的含气量与煤本身的煤岩特征有很大的关系，研究区内的3号和15号煤储层变质程度高，煤中内在水分少，煤的疏水性大，接触角大，煤层中的水在气的驱使下进入煤储层的大裂隙系统。在良好的封闭条件下，这些煤层水被保存在煤层气藏内的大裂隙中。

不同的成煤环境会生成不同的显微组分，不同的显微组分含不同类型和级别的孔隙，比如镜质组中的基质镜质体多含一些小孔或微孔，因此，煤的显微特征对煤层气的吸附有较大的影响。

5 煤储层渗透率

煤层的渗透率取决于煤中裂隙系统的发育程度，煤层渗透率直接决定着煤层气的运移和产出。一直以来，人们都认为煤层的渗透率是影响煤层气产出的重要因素之一，这是因为煤层气的产出要经历从煤层中解吸出来的过程，煤层气的解吸量是煤层压力的函数，而煤层气的储层压力与渗透率有关，同时，也与煤层的孔隙度有关，与孔隙度是正相关关系，总趋势为孔隙度越大，渗率越高，但也不完全是直线形式的关系。

煤层渗透率也与地层最小主应力有关，应力松驰地区的渗透率高，随深度增加的变化幅度不大，储层产气量也较高；高应力地区的渗透率较低。

煤储层渗透率对煤层气井的产量起着决定性作用。渗透率过低，煤储层卸压速率和煤层气解吸速率将会过低，导致压降漏斗（抽排）范围有限。渗透率过高，表明渗流通道发育，一方面，当气藏边界有充足的压力补给时，会形成稳定流，即气藏中各点压力不随时间改变，如果此时井底压力尚未降至临界解吸压力以下，则气藏无法产气；另一方面，会导致产水量过大，使煤储层泄压困难，不但需增加排水设备，还需花费很大的精力进行水处理，也不利于煤层气井的生产。