煤层气的储层特点研究

李雨彤

摘 要：作为我国气体能源家族的三大成员之一，煤层气应用广泛且前景良好，其开发利用对于充分利用矿产资源，改善我国能源结构，提高环境质量等都有巨大作用。该文通过对煤层气储层特点、煤储层分布、预测及选区评价、煤储层研究方法及实验技术等方面的系统评述后认为：目前，煤储层地质特征研究和地质评价选区技术、煤层气储层工程技术和储层模拟软件系统基本被我国科研人员掌握，在煤层气储层研究方面取得了一些成果。但我国煤储层的构造复杂，多强烈变形煤层数量多，煤储层多为瘦煤和无烟煤，特点是煤层渗透率低、煤层压力低、在水压裂等强化措施下形成的常规破裂裂缝所占比例低；煤层具有较高的吸附力）的物性特征，且变质程度偏高，高煤级煤（贫煤—无烟煤）占49%，独具“中国特色”。

关键词：煤层气 储层 技术

中图分类号：P53 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（a）-0031-01

煤层气，我国气体能源家族的三大成员之一，是指形成于煤层又储集于煤层中，以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气。近20年中，煤层气在迅速崛起，是一种应用广泛的清洁、高效能源和化工原料，储存丰富，前景广阔，可以改善我国能源结构，增进环境保护，因此，在煤层气储层特点的基础上探讨其勘探开发意义重大[4]。

20世纪80年代初，我国开始煤层气的研究，而煤层气的勘探和开发始于90年代初，至2001年底已完成煤层气勘探和先导性开发试验井210余口，形成了十多个煤层气先导性开发试验井组，基本获得了地质储量。目前，煤层气的研究和勘探非常活跃[1]。

1 煤层气及其储层特点

煤层气，作为煤的一种伴生矿产资源，在煤的演变和变质过程中逐渐形成并在煤层中得到产生、聚集和转移。一般情况下，我国煤层气的储层具有以下几个基本特点。

1.1 煤层的孔隙特征

煤层是煤层气主要的生成与储集点，煤层由孔隙和裂隙两部分组成，孔隙是煤层气的主要储集场所，而裂隙则是煤层气运移的通道，孔隙与裂隙的结构共同决定了煤层气的解吸动力。

1.2 煤层的渗透性特征

一般情况下，煤储层的渗透性强度主要取决于煤层节理裂隙系统的相互贯通，我国煤层气的煤储层的渗透率是较低的。煤层的渗透率会同时受到外界压力与内部压力的双重影响，随外部压力或深度的增加而降低，同时也因内部压力的改变而改变。

1.3 煤层的构造应力与压力特征

煤层的构造应力与压力对煤层的渗透率和含气量起着决定性的作用。区域的构造应力强度越大，煤层裂隙的闭合性强，储层压力也较高，导致煤储层的渗透性低，气体间的交换与迁移缓慢，较难进行；而构造应力强度较小的区域，煤层裂隙的闭合性弱，开启性强，其储层压力较低，煤储层的渗透性较好，气体间的交换和迁移较为通畅，流动迅速。

1.4 含气饱和度低

中国聚煤区的煤层气资源量相对较低，饱和度也很低。

1.5 煤岩表面带有电荷

等电点是表面电位为零时的pH值，煤岩表面相对常规砂岩和碳酸盐岩表面带有更多的电荷，煤岩的表面电位变化是由正到负的。环境的pH的增大，表面电位减小，不同煤岩的等电点大小不同，大多数远小于7。依据此性质制造一种柔性材料，可以静电吸附到煤岩表面，用于封堵储层裂缝[2]。

2 煤层气储层的研究方法和实验技术

煤储层孔隙—裂隙系统是煤储层研究的主要内容之一，可以进行煤储层渗透性评估，一些国外发达国家在这一领域已取得了一些成果[5]，我国正在进行煤储层孔隙—裂隙系统的研究，均基于煤岩学分析，依据实际观测研究，取得早期预测信息。许多学者强调在露头、煤芯及矿井中煤储层孔隙—裂隙系统的宏观研究和室内的微观有机岩石学研究、孔隙—裂隙微区研究相结合的重要性，这有助于查明孔隙—裂隙系统的分布、类型、组合关系、几何形态、展布方向、连通性、开放性及其对煤储层吸、脱附特性和渗透率的影响。煤层气储层实验技术是煤层气勘探开发试验的关键和难点[6-7]。

北京石油勘探开发科学研究院借鉴了一些国外先进设备和技术，结合自行改造和研制，建立了煤层气实验室，初步掌握了煤层气实验技术，其中包括煤岩渗透率及气水相对渗透率、煤层气储层参数（煤层含气量、煤岩吸附等温线、煤岩孔隙度及孔隙结构）的实验测试、测井和试井分析技术等，并引进了IS-100型等温吸附仪、岩芯流动测试系统、CTDCA-1000型恒温野外含气量测试仪、HP5890气相色谱仪等煤层气储层研究仪器，目前可以全面开展煤储层含气量、等温吸附曲线、物性参数的测定，煤的工业分析及平衡水分测试、煤层特征（煤层显微组分、煤镜质组反射率等）的测试，实现了对煤芯样品进行突破压力、含气量、相渗透率、物性参数、扩散系数等几十项参数的测定。

3 结语

综上所述，我国的煤储层地质特征研究和地质评价选区技术日趋成熟，煤层气储层研究和煤层气勘探有所突破，有助于今后开拓煤层气能源新领域，建立我国煤层气工业打下基础。但适合于我国煤层气地质特征的地质理论尚属初步探索阶段，勘探开发技术的掌握尚不成熟，所取得的勘探成果是不是全面的，是局部的、试验性的，还有很多较深的科学技术问题有待回答。

参考文献

[1] 刘贻军，等.中国煤层气储层特征及开发技术探讨[J].天然气工业，2004，24（1）.

[2] 王宝俊，李敏，赵清艳，等.煤的表面电位与表面官能团间的关系[J].化工学报， 2004，55（8）：1329-1334.

[3] 胡向志，王志荣.浅谈煤层气的综合开发利用[J].中州煤炭，2009（12）.

[4] 宋岩，张新民，柳少波.中国煤层气基础研究和勘探开发技术新进展[J].天然气工业，2005（1）.

[5] 李小彦.煤储层裂隙研究方法辨析[J].中国煤田地质，1998，10（1）：30-32.

[6] 李增学.煤层气地质学[M].北京：地质出版社，2007.

[7] 桑树勋，范炳恒，秦勇，等.煤层气的封存与富集条件[J].石油与天然气地质，2009（2）：22-23.