陳巖宏 王義?!匚母?/p>
摘要:不同于石油、天然氣等流、塑性極強(qiáng)的地質(zhì)產(chǎn)物,由于煤儲(chǔ)層組成物質(zhì)特殊的物理性質(zhì)以及在地質(zhì)演化史中對(duì)構(gòu)造、巖漿等運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)較為明顯,因此煤儲(chǔ)層中存在著大量的孔裂隙,而孔裂隙對(duì)煤儲(chǔ)層的控氣量產(chǎn)生制約因素。文章通過對(duì)煤儲(chǔ)層的發(fā)展史進(jìn)行簡要介紹分析孔裂隙的地質(zhì)成因以及分析要素,以此為基準(zhǔn)討論它對(duì)煤層氣控氣量的影響。
關(guān)鍵詞:煤儲(chǔ)層;孔裂隙;控氣
中圖分類號(hào):P61文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1674-1145(2009)05-0167-01
經(jīng)過煤層氣事業(yè)近幾十年來的迅速發(fā)展,基礎(chǔ)理論的研究已經(jīng)進(jìn)入與成熟階段,在中國沁水盆地南部地區(qū)煤層氣已經(jīng)進(jìn)入初等商業(yè)開發(fā)階段。
一、煤儲(chǔ)層孔裂隙
(一)煤儲(chǔ)層孔裂隙系統(tǒng)
煤儲(chǔ)層是由煤基質(zhì)塊(被裂隙切割的最小基質(zhì)單元)、氣、水(油)三相物質(zhì)組成的三維地質(zhì)體,而關(guān)于煤儲(chǔ)層中孔裂隙的分類不同學(xué)者給出的分類不同,其區(qū)分主要在于二元與三元的區(qū)別,本文按照中國礦業(yè)大學(xué)三元分類:煤儲(chǔ)層系由宏觀裂隙、顯微裂隙和孔隙組成的三元孔、裂隙系統(tǒng)。
(二)煤儲(chǔ)層孔裂隙的成因
煤儲(chǔ)層孔裂隙的形成主要受控于煤層的應(yīng)力分布及其變化狀況。因此討論其成因則可以從內(nèi)外應(yīng)力結(jié)合來解釋:內(nèi)應(yīng)力,主要指的是煤化作用過程中由于垂向壓實(shí)作用以及脫水作用引起的煤基質(zhì)收縮,煤化作用中凝膠化物質(zhì)受溫度、壓實(shí)影響體積收縮產(chǎn)生的內(nèi)張力,這些內(nèi)應(yīng)力主要對(duì)煤儲(chǔ)層中孔隙以及顯微裂隙產(chǎn)生巨大促進(jìn)作用。外部應(yīng)力場的作用,在地質(zhì)發(fā)展史中煤儲(chǔ)層伴隨著板塊運(yùn)動(dòng)必然處于古構(gòu)造應(yīng)力場的作用下,而且經(jīng)過掩埋受到上覆巖層重力作用以及由于地?zé)峄蛘邘r漿運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱應(yīng)力作用、以及近代的地下水作用等產(chǎn)生的各種應(yīng)力使之產(chǎn)生以打中裂隙為主的裂縫,同時(shí)可以產(chǎn)生顯微裂隙。
二、煤儲(chǔ)層有機(jī)化學(xué)變化
煤層相對(duì)于其他的無機(jī)巖層,既在應(yīng)力的承受與分布等物理性質(zhì)上存在固相介質(zhì)的共性,又有別于它們,在地質(zhì)發(fā)展的過程中伴隨著各種外力以及熱等的作用其有機(jī)組分發(fā)生相應(yīng)的有機(jī)化學(xué)變化,產(chǎn)生大量的氣體其中受控于成煤物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì),必然會(huì)生成大量烴類物質(zhì),也就是我們常說的煤型氣,其中賦存與煤儲(chǔ)層孔裂隙中的烴類氣體定義為煤層氣。具體來言:成煤的有機(jī)質(zhì)在泥炭化階段、成巖作用、變質(zhì)作用各個(gè)階段均會(huì)產(chǎn)生大量烴類物質(zhì),特別是氣態(tài)烴,主要為甲烷。
三、煤儲(chǔ)層孔裂隙系統(tǒng)的控氣
煤層氣孔裂隙的控氣研究,從最根本上來講是為全面的分析出孔裂隙系統(tǒng)對(duì)煤層氣生氣量的貢獻(xiàn)以及因?yàn)榭琢严断到y(tǒng)的存在致使烴類氣體的逸散量的差值,最終得出煤層氣的開采資源量。
(一)煤儲(chǔ)層中烴類氣體的存在狀態(tài)
在煤層有機(jī)化學(xué)反應(yīng)階段生成的氣體中除部分逸散、運(yùn)移到圍巖外,還有相當(dāng)一部分保存在煤層中,在此意義上來說煤儲(chǔ)層既是儲(chǔ)氣層又是生氣層。再從煤層氣在儲(chǔ)層中賦存狀態(tài)來講,它們的儲(chǔ)集是分三種不同狀態(tài)的,受到地下各種壓力的影響,煤儲(chǔ)層孔裂隙系統(tǒng)中的流體均處在一定壓力場的作用下,因此根據(jù)朗格謬而方程可計(jì)算出生成的氣態(tài)甲烷會(huì)向吸附態(tài)甲烷轉(zhuǎn)變,而必然有部分游離態(tài)的甲烷存在于孔裂隙系統(tǒng)中,再細(xì)分可分為水溶態(tài)以及氣態(tài)甲烷,三種相態(tài)的甲烷構(gòu)成了煤層中全部的烴類氣體。作為首先煤儲(chǔ)層,在壓力作用下必須具備容納氣體的能力、允許氣體流動(dòng)的能力,在煤層氣的研究上主要是通過對(duì)孔裂隙的連通性及滲透性上來講的,其中孔裂隙的數(shù)目、張合程度以及孔裂隙對(duì)煤層氣的吸附狀況等都需要加以分析。
(二)煤儲(chǔ)層中孔裂隙系統(tǒng)對(duì)煤層氣開發(fā)的影響
裂隙介質(zhì)、孔隙是煤層氣的主要生儲(chǔ)場所,宏觀裂隙是煤層氣運(yùn)移的通道,顯微裂隙是溝通。因此孔裂隙的數(shù)目直接影響著煤層氣的儲(chǔ)量,其張合程度以及連通性則對(duì)煤層氣的運(yùn)輸產(chǎn)生影響,繼而影響到煤層氣開發(fā)過程中的可采資源量。再另一方面正是由于煤儲(chǔ)層中廣布的孔裂隙系統(tǒng),當(dāng)孔裂隙與外巖層孔裂隙存在連通的時(shí)候,由于壓力的差值使氣體向外界運(yùn)移、逸散。致使煤儲(chǔ)層中煤層氣的含量大為減少,但是當(dāng)外巖層的封閉狀況良好時(shí),逸散出去的煤層氣或許會(huì)形成以煤型氣為主的煤成氣天然氣氣藏,這也就印證了中國排名前十的天然氣藏絕大多數(shù)屬于煤成氣。
四、煤層氣研究方向及前景
現(xiàn)階段中國煤層氣基礎(chǔ)理論在大量吸收美國理論的基礎(chǔ)的同時(shí)結(jié)合中國特殊的地質(zhì)狀況,探索出一套屬于自己的理論體系,但是正由于中國特殊且復(fù)雜的地質(zhì)狀況,中國的煤層氣基礎(chǔ)理論體系尚不完全,因此在今后的煤層氣研究中應(yīng)繼續(xù)對(duì)煤層氣生烴演化模式進(jìn)行分析,同時(shí)再煤儲(chǔ)層中孔裂隙的滲透性以及壓力對(duì)煤儲(chǔ)層孔裂隙系統(tǒng)的張合程度的控制進(jìn)行分析,完善地質(zhì)發(fā)展史中孔裂隙系統(tǒng)的生成、演化模型,結(jié)合多種學(xué)科對(duì)煤儲(chǔ)層的物性、化學(xué)性質(zhì)的研究綜合探討。為煤層氣的開發(fā)提供更準(zhǔn)確、完善的理論指導(dǎo),相信中國煤層氣的發(fā)展會(huì)更加迅速,而煤層氣會(huì)對(duì)中國能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出重要的貢獻(xiàn)。
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