对煤层气储集的意义 煤层气藏特性

如前所述，当岩浆侵入引起煤的变质程度的范围在R_o<4.2％时，侵入将对煤的孔裂隙发育带来积极的影响。根据笔者的统计结果，由岩浆侵入而增加的孔隙空间主要为热变气孔，其孔径在0.1～10μm之间。该类热变气孔，主要是煤热变过程中的脱挥发分作用而形成。与正常热变质煤中的气孔不同，该类气孔多呈爆炸状，具备锯齿状裂口，气孔常成群、成排、定向分布，形成气孔群（图3.24a）。也有一些气孔呈蜂窝状分布（图3.24b，c，d），这样的气孔的孔隙结构较复杂，方向性较差。

图3.24 天然焦和热变煤中的气孔特征

对于煤层气储集来说，既要考虑在中、大孔中的游离气，更要考虑吸附在微小孔中的吸附气。因此，评价岩浆侵入对煤储集能力的影响需要结合具体的地质模式进行仔细分析。如在孟庄矿，岩浆侵入热形成的热变气孔和裂隙可为煤储层提供大量的游离气储存空间，但同时较强的热变质作用也降低了煤的吸附能力，可导致吸附气比例大量降低，总体上可能会降低煤的储集能力。相反在朱庄矿，因岩浆侵入而引起的热变气孔和缩聚裂隙非常少，但侵入热显著改善了煤的吸附能力，也可增加煤层气的储集能力。又如，在红菱矿，岩浆侵入作用轻微降低了煤的吸附能力，但同时又较好的改善了煤的中大孔和裂隙。这种情况下对储集能力的改造作用就比较复杂。

此外，煤层气储集能力还取决于侵入前后煤层气的储集条件，特别是温度和压力具有非常重要的关系。气体的吸附能力随着压力增高而增高，随着温度增高而降低。在两者的综合作用下，更是呈现非常复杂的关系。在某种情况下，虽然岩浆热作用能够生成大量的气体，同时改造后的孔隙也大大提升了储集能力，但由于温度过高等环境因素的影响也可能使气体不能在煤储层中保留下来，而有可能运移至周围相对低温的、高渗的围岩储层中。虽然，国内外已有众多关于气含量在岩浆接触附近显著增高的报道（GurbaandWeber，2001；Cooperet al.，2007；Saghafiet al.，2008）。但是，笔者认为只有在距离侵入体一定的距离范围（如1～2个岩体宽度）之外，同时又能间接受到岩浆热变质影响的区域才可能形成煤层气富集区，如我国东北的红阳煤田（图3.15）和阜新煤田都属于这种情况。

总之，岩浆侵入对煤层气储集的影响主要取决于：①不同的侵入模型和类型；②侵入后煤的变质程度；③侵入区的围岩特征以其他水文、构造地质条件等。也就是说，煤层气的富集不仅取决于储层对气体的储集能力，还取决于储层及围岩对煤层气的圈闭能力，需要结合具体地质条件进行具体分析。下文将就两种典型的岩浆侵入控藏模式进行仔细分析。

（一）煤的生、储气特性
煤是一种以腐植型干酪根为主的有机质，当这种有机质位于中位沼泽和高位沼泽时，处于氧化环境，在喜氧细菌的分解作用下，开始腐烂分解，在此种环境下，尽管有机质十分丰富，但生成的气体以氧化物为主，且均逸散到大气中。当有机质进入隔氧层后，在厌氧细菌的作用下，氧气减少到零，氧化作用结束，形成还原的地球化学环境，此时有机质被大量保存堆积形成泥炭层。在此期间由于生物化学和菌解作用，生成少量气体。泥炭到褐煤主要为细菌分解和发酵作用，生成生物甲烷，其生成机制为：

全国煤层气资源评价

当煤层上覆地层厚度不断地加大，温度和压力也随之增加，煤变质作用开始，煤层气生成量不断增加，其中以肥煤、焦煤和贫煤级段生气量最大（图3-17），阶段生气量高达50～80m3/t。

图3-17 煤的成烃模式和有关演化特征

煤在演化过程中生成的大量气体，一部分离开煤层，逸散在大气或地层中，或在合适的部位聚集成藏，即常规意义上的煤成气藏；另一部分存留在煤层中，这部分气体即煤层气。因此，煤层既是煤层气的源岩，又是煤层气的储集层。
煤层作为储集层，有其明显特性（表3-5），煤储层是一种具有双重孔隙结构的裂隙—孔隙型储层（图3-18）。煤基质中的孔隙和割理是煤中孔隙体积的主要部分，是吸附气体的主要空间；煤中天然裂隙（割理）系统的孔隙度很小，却是煤中流体（气体和水）渗流的主要通道。煤基质中的孔隙十分发育，这种孔隙的内表面积高达每克煤100～400m2以上，单位重量煤的内表面积的大小与煤变质程度、煤中无机矿物的含量及煤的显微煤岩组分有关，一般说来，煤变质程度越高（图3-19）、无机矿物含量越低、镜质组含量越高，煤的内表面积越大。煤基质孔隙内表面上的分子引力一部分指向煤的内部，已达到饱和，另一部分指向孔隙空间，没有饱和，这部分未饱和的分子引力就在煤中微孔内表面产生吸附场，将甲烷分子吸附在微孔隙的内表面上。煤层气在煤层中的大量储集就是靠这种吸附作用，因此，煤层气又称为吸附气。在煤层的割理和外生裂隙中还存在游离气和溶解气，但其量有限，仅为煤中吸附气、游离气和溶解气总量的10%～20%。
表3-5 常规砂岩储层和煤储层的比较



图3-18 煤的双重孔隙系统


图3-19 煤的内表面积与煤级的关系

（二）煤层气的保存
在恒温条件下，煤对甲烷的吸附量可用兰氏方程（Langmuir）描述，该方程如下：

全国煤层气资源评价

式中：G——吸附量，cm3/g
p——压力，MPa
a——兰氏体积，即最大吸附量，cm3/g
b— —吸附平衡常数，MPa-1。
该方程表明，对某一煤层来说，其含气量与压力为正相关关系，即压力越大，煤层对甲烷的吸附能力越强，含气量就越高（图3-20），相反，压力越低，吸附能力越弱，甲烷越倾向于解吸，含气量就越低。由此可见，煤层气的保存和逸散与煤储层压力的变化有直接关系。对具有生、储能力的煤层而言，地层压力是煤层气得以保存的必要条件。这里的压力在地质上指的是煤层水文等势面之下的水柱高度，即地层压力，煤层含气量与地层压力的正相关关系已被地质实际证实（图3-21）。许多常规油气钻井和煤层气井的地层测试资料表明，埋深加大，地层压力随之增高，因此，进一步可以说煤层埋深是煤层气得以保存的必要条件。

图3-20 柳林勘查试验区8煤层等温吸附曲线

（三）煤层气藏概念
由上述可知，煤层气的生成、储集和保存有别于常规天然气，这就使两者在成藏条件上有很大差异。对煤层气藏的定义有不同观点，美国通常在煤层气勘探中把整个煤层气有利目标区笼统称为一个煤层气藏，在开发当中甚至把气田的某一层位定义为一个气藏。我国学者把煤层气藏定义为在压力（主要是水压）作用下“圈闭”着一定数量气体的煤岩体。这一定义容易把煤层气藏与煤田的概念混淆。
本次研究认为，煤层气藏是指在地层压力作用下煤层内一定数量甲烷气的聚集。这一概念，一是强调地层压力对煤层气储集和保存的重要意义；二是强调煤层是煤层气的储集体；三是强调煤层气应具有一定规模；四是强调煤层气成分以甲烷为主；五是强调煤层气藏是煤层气的聚集，而不是煤体本身。煤层气藏边界为边界断层、煤层尖灭线、煤层气风化带下限、含气量下限、埋深上下限等等。煤层气藏是进行煤层气勘探和开发的基本地质单元。煤层气藏概念中没有特别强调煤层气的可采性，因为同一煤层气藏可采性的好坏与经济、技术等条件有关，是随时间、条件的改变而变化的一项综合参数，而强调的是地质客观情况，不论经济技术条件如何变化，其固有的地质属性保持不变，如埋深、煤厚、煤级、含气量等。

图3-21 美国拉顿（Raton）盆地含气量与水文等势面之下深度关系

煤层气是近一二十年在世界上崛起的新型洁净气态能源，以表面吸附的形式赋存于煤体中，在煤矿又称矿井瓦斯，为高纯度甲烷（CH4），发热量达8000大卡以上，每1000立方米煤层气相当于1吨燃油或1.25吨标煤。同时，煤层气又是一种重要的化工基础原料。开发煤层气，早日形成我国独立的煤层气产业，符合我国可持续发展能源战略的要求。首先，开发煤层气可增加洁净能源，改善能源结构；第二，可大大减少煤炭中的甲烷排放量，实现能源开发与环境治理同步，保护人类生存环境；第三，有利于防治煤矿瓦斯灾害，从根本上解决煤矿瓦斯爆炸事故问题。开发煤层气的意义重大，而制定煤层气资源储量规范也就必然摆上重要的位置，政府部门需要依据规范对煤层气资源储量进行宏观管理，企业需要国家认可的资源储量进行煤层气开发立项，因此煤层气资源储量规范的制定是煤层气勘查开发的实际需要。另外，也是煤层气自身特殊的地质规律和开发特点的需要。煤层气是自生自储，主要以吸附状态赋存于煤矿体中，普遍处于低压状态，其产出必须经过排水降压的过程，单井初期产量低，但生产周期长，这些特点决定了煤层气在勘查开发方式和储量计算方法上与固态的煤和气态的常规天然气有着显著的不同，无法套用其他矿产的储量规范。

15637977460：煤层气富集成藏条件
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15637977460：煤层气藏
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15637977460：煤层气储层
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15637977460：煤层气形成与分布
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15637977460：煤层气藏形成条件
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