煤层气概述总结 开发煤层气的意义
一、中国煤层的含气性
1、中国煤层的含气量
中国幅员辽阔，各煤田煤层含气性千差万别。根据中国实际情况和煤层气勘探开发的需要，将中国煤层含气量划分为贫气（<4m3/t）、含气（4~8 m3/t）和富气（>8 m3/t）三个品级。在中国，煤层含气量≥4 m3/t的煤炭资源含气量分布于4~27.1 m3/t之间，平均为9.76 m3/t。除滇藏煤层气聚气区以外的其它四个煤层气聚气区煤层含气量如表1所示。根据中国煤田地质总局第三次煤田预测结果，中国垂深2000m以浅探明和预测煤炭资源量5.57万亿吨，煤层含气量≥4 m3/t的煤炭资源量约1.13万亿吨，占全部煤炭资源量的20%左右；就含气量≥4 m3/t的煤炭资源百分比而言，华南聚气区最高，华北、东北聚气区次之，西北聚气区最低。全国煤层含气量4~8 m3/t的煤炭资源3148亿吨，占全国煤炭资源总量的5.6%；就含气量4~8 m3/t煤炭资源百分比而言，华南聚气区最高，华北、东北聚气区次之，西北聚气区最低。全国煤层含气量>8 m3/t的煤炭资源8131亿吨，占全国煤炭资源总量的14.4%；就含气量>8 m3/t煤炭资源百分比而言，华南聚气区最高，华北、东北聚气区次之，西北聚气区最低。就聚气区而言，煤层平均含气量以华南聚气区最高，其次为东北聚气区和华北聚气区，西北聚气区最低。
全国华北聚气区 华南聚气区 东北聚气区 西北聚气区
煤炭资源量（万亿吨） 5.57 2.81 0.38 0.39 1.98
含气量≥4 m3/t煤炭资源（亿吨）/百分比 11280(20) 8031(29) 2646(70) 325(8) 278(1)
含气量4~8 m3/t煤炭资源（亿吨）/百分比 3149(5.6) 2265(8) 707(19) 69(1.7) 108(0.4)
含气量>8 m3/t煤炭资源（亿吨）百分比 8131(14.4) 5766(21) 1939(51) 256(6.3) 170(0.6)
平均含气量（m3/t） 9.76 9.3 11.4 9.4 6.0
2、中国煤层气的理论含气饱和度
在中国，含气量≥4 m3/t各聚气区里，平均含气饱和度20%~91%，全国平均含气饱和度45%。就各聚气区而言，东北聚气区含气饱和度最高，其次是华南聚气区，再其次是华北聚气区，西北聚气区最低。
3、中国煤层气的甲烷浓度
在中国，含气量≥4 m3/t各聚气区里，煤层气甲烷浓度在90%左右，氮气浓度约为8%，二氧化碳浓度约为2%，重烃浓度极低。以聚气区为单位，各聚气区煤层气甲烷浓度变化不大。
4、中国煤层气资源丰度
在中国，含气量≥4 m3/t各聚气区里，煤层气资源丰度为0.06 亿m3/km2~8.77 亿m3 /km2，平均1.15亿m3/km2。根据中国实际情况，可将煤层气资源丰度分为<0.5亿m3//km2、0.5~1.5亿m3/km2、>1.5亿m3/km2三个等级，中国主要煤层气聚气区的煤层气资源丰度如表3。就全国而言，丰度0.5~1.5亿m3/km2的煤炭资源比例最高。因煤层总厚度大的原因，西北聚气区煤层气资源丰度远远大于其它聚气区。
全国华北聚气区 华南聚气区 东北聚气区 西北聚气区
含气量≥4 m3/t煤炭总资源量（亿吨） 11280 8031 2646 325 277
煤层气资源丰度<0.5亿m3//km2的煤炭资源（亿吨）/百分比 732(6) 264(3) 459(17) 6(2) 3(1)
煤层气资源丰度0.5～1.5亿m3/km2的煤炭资源（亿吨）/百分比 5848(52) 4863(61) 690(26) 223(69) 72(26)
煤层气资源丰度>1.5亿m3/km2的煤炭资源（亿吨）/百分比 4700(42) 2904(36) 1497(57) 96(29) 203(73)
平均丰度（亿m3/km2） 1.16 1.24 0.95 1.63 3.19
二、中国煤储层特征
1、中国煤储层吸附解吸特征
（1）、煤储层吸附特征：在镜质组反射率小于6%时，干燥煤样吸附常数a值变化于11.11~55.79 cm3/g之间；水分校正后吸附常数a′值变化于8.40~30.02cm3/g之间，中国煤层吸附常数在不同的聚气区和不同的聚煤时代差别不大，但随煤级变化的趋势明显。当镜质组最大反射率在0.5%~1.0%和大于4.0%时，a值呈降低趋势；当镜质组最大反射率在1.1%~4.0%之间时，a值呈增高趋势，并在镜质组最大反射率1.1%和3.5%~4.0%附近达到平均最小值和平均最大值。当镜质组最大反射率在0.5%~4.0%，水分校正后吸附常数a′值则一直呈增高的趋势。
中国煤的b值变化于0.027~0.670之间，在中国的华南全部、华北的大部和东北部分地区b值均小于0.25；华北的部分和东北大部分地区b值大于0.25。当b值小于0.25时，其值随煤级增高而增大，并在贫煤阶段达到最大值；当b值大于0.25时，其与煤级的关系不明显。在中国煤储层的两个吸附常数之间存在着一定的相关关系，当a′值小于15 cm3/g时，其b值多小于0.25；当a′值大于15 cm3/g时，其b值分布范围比较宽。
（2）、煤储层解吸特征：中国煤层气的解吸率变化比较大，煤层甲烷解吸率为21.95~58.1%，一般在30%左右；煤层气解吸率小于65%，一般在50%左右。中国煤层气解吸率大小主要与煤层埋藏深度等因素有关，但不同地区和不同聚煤时代煤层气解吸率相差很大。中国煤储层吸附时间的资料不多，现有资料显示吸附时间多集中在数小时至5天之内。中国煤储层吸附时间一般较短，煤层气解吸速率较快，若为水饱和煤储层，煤层气井能很快达到较高产量。
（3）、中国煤层气临界解吸压力和理论采收率：近几年来，中国施工的煤层气井实测了含气量、储层压力、等温吸附曲线等资料，从而计算出煤层实测含气饱和度和临界解吸压力。现有的资料显示，中国煤层气解吸压力分布于0.50~6.51MPa之间，值得指出的是，这个值比实际普遍偏低。根据中国部分煤层气井试井资料计算，煤层气可采率变化于8.9%~74.5%之间，平均值为35%，理论最大采收率变化于6.7%~76.5%之间，平均值为27%。煤层气的采收率不仅取决煤储层的含气性、吸附解吸特征和煤储层原始压力系统，而且相当程度上受控于煤层气钻井、完井、增产和开采工艺，完善煤层气工艺是提高煤层气采收率的关键环节。
2、中国煤储层渗透性
煤层气井的试井渗透率是评价煤储层渗透性最有效的数据。目前，在中国的华北、东北、华南等煤层气聚气区共施工了100余口煤层气井，积累了数十个煤层气渗透率的数据。现有数据表明，中国煤储层渗透率变化于0.002~16.17md之间，平均约1.27md。其中渗透率<0.10 md的层次约占35%，0.10~1.00 md的层次约占37%，>1.00 md的层次约占28%。
根据现有的煤层气渗透率资料，中国煤层气渗透率具有一定的区域分布规律。总体而言，华北聚气区渗透率较高，东北聚气区渗透率次之，华南聚气区渗透率最低。在华北聚气区，鄂尔多斯东缘、渭北、沁水盆地等聚气带是该聚气区内渗透率相对较高的地区，从渗透率角度而言，这些聚气带是中国进行煤层气勘探开发的首选地带。
3、中国煤储层的压力特征
中国煤储层压力数据同样来源于近几年施工的煤层气井。总体上看，煤储层压力与煤层埋深密切相关，煤层埋深增加，储层压力随之增高，两者之间具有显著的线性相关关系。中国煤储层压力梯度最低为2.24KPa/m，最高达17.28KPa/m。从21个目标区64层次实测资料来看：处于欠压状态（压力梯度<9.30KPa/m）的煤储层有29层，占总测试层次数的45％；处于正常压力状态（压力梯度为9.30-10.30KPa/m）的煤储层有14层，占总层次数的22％；处于高压异常状态（压力梯度10.30-14.70KPa/m）的煤储层有17层，占总层次数的27％；处于超压状态（压力梯度>14.70KPa/m）的煤储层有4层，占总测试层次数的6％。
三、中国煤层气资源分布
1、中国煤层气资源量
中国煤田地质总局（1998）对全国进行了煤层气资源评价。统计计算获得，全国煤层甲烷含量大于4m3/t、埋藏深度2000m以浅的煤层气资源总量为143369.44×108m3。其中>8m3/t的富甲烷煤层的煤层气资源量占86.8%，4~8m3/t含甲烷煤层的占13.2%；埋深1500m以浅的煤层气资源量占64.56%，埋深在1500~2000m之间的占35.44%。
2、中国各聚气区煤层气资源分布
中国的煤层气资源主要分布于华北聚气区和华南聚气区，前者煤层气资源量为95228′108m3，占全国煤层气资源量的66.6%；后者煤层气资源量41277′108m3，占全国煤层气资源的28.7%。
全国华北聚气区 华南聚气区 东北聚气区 西北聚气区
总资源量 143369 95528 41277 4223 2341
富甲烷资源量 124440 81940 37035 3770 1695
含甲烷资源量 18929 13588 4242 453 646
1500 m以浅资源量 92561 53113 34951 2877 1620
1500~2000m资源量 50808 42415 6326 1346 721
3.中国各省区煤层气资源分布状况
煤层气资源大于10000′108m3的省份有山西省、贵州省、陕西省等四省的煤层气资源量为94021.76′108m3，占全国煤层气资源量的65.6%。山西、贵州等10省煤层气资源量合计13.80万亿m3，占全国煤层气资源总量的96%。
开发煤层气的意义~
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一、可以减少瓦斯气体直接排放到大气中，控制了温室气体的排放，保护了人类赖以生存的大气层。
二、通过排采煤层气。可以降低吨煤瓦斯含量和瓦斯压力，降低煤与瓦斯突出，减少矿难。
三、煤层气是新能源，可以有效缓解国际能源紧张的趋势，有利于地区的和平与发展。
四、煤层气为清洁能源，可以降低废气对大气的污染。
煤层气是腐殖煤在热演化变质过程中的产物，以甲烷为主，又称煤层甲烷或煤层瓦斯。它主要以吸附状态赋存于煤的基质表面，在煤层割理和裂隙及煤层水中还存在有少量的游离气和溶解气。
(一)概述
煤层气藏(Coalbed Gas Reservoir)主要是指煤层中甲烷相对富集具有工业开采价值的层段或部位。20世纪70年代以来美国最早将煤层气作为一种非常规的天然气资源进行勘探和开发，先后在圣胡安(San Juan)、黑勇士(Black Warrior)、拉顿(Raton)等盆地获得成功，并在90年代得到迅猛发展，1998年美国煤层气产量达到350×108m3。我国拥有丰富的煤资源，截至1996年底全国探明的煤炭储量约9.8×1012t;以埋深浅于1500m的煤层测算，我国煤层气的资源量约为27×1012m3。可见，煤层气是我国最具潜力的后备资源。我国自20世纪90年代初开始进行煤层气勘探以来，已取得了一批重要的勘探资料和成果，特别是1998年发现了第一个大型的沁水煤层气田，它的发现预示着我国煤层气勘探已进入大发展的新时期。
(二)煤层气藏的成藏条件
在成藏要素和作用中除盖层条件外，煤层气藏的生气层、储气层和圈闭都是煤层本身，同时甲烷的生、运、聚作用也都发生在煤层之中。因此既要求煤层有很高的生气潜力，又要求煤层具有很强的储集吸附能力，还要求一定的渗透率以利于煤层甲烷的运移和排放等，只有当煤层本身兼有以上各种性能和作用时，才可能形成煤层气藏。因此，并非有煤层存在就有煤层气藏。
煤岩的变质程度(煤阶)或煤级、显微组分和灰分是影响煤岩含气量、吸附能力和渗透率好坏的关键因素(图7－28)。煤的含气量一般是随煤阶的增加而增加，低煤阶的含气量一般为2.5～7m3/t，高煤阶的含气量可达25m3/t以上。在显微组分中镜质组含量越高，生气量越大、吸附量越多、煤层割理越发育、渗透性也越好，而易于开采。煤的灰分含量越低，煤质越好、甲烷吸附量越高。综合以上三个方面可以认为:中等变质程度的气煤—焦煤镜质组含量大于80%，灰分含量小于20%。吸附气量大于15m3/t的煤层，最有利于煤层气藏的形成。虽然贫煤—无烟煤的产气量很高，但在较长的变质过程中气大多散失难于保存，只有当区域热变质和保存条件好时，才可以是有利成藏的煤层。
煤层气藏的形成还需要良好的区域地质条件是:①煤层有适宜的区域性产状，连续分布面积大于200km2，总厚度大于10m，埋藏深度小于1500m，一般是在含煤盆地的斜坡带上，这样的煤层不仅含气量高而且还能保持一定的孔渗物性便于开采，且离开上倾方向的甲烷风化带。②煤岩的热变质环境最好是岩浆热变质区域，煤岩的演化可在较高温度(400～500℃)和较低压力条件下进行，使煤层既具有较高含气量又能保持较好的岩石物性。③构造变动要适中，这样煤层既可产生构造裂缝使煤岩的渗透率大于0.5×10－3μm2，又不会因强烈变动造成煤层气大量散失。④区域性的水动力条件最好是具异常高压的封闭性承压环境，煤层在较高的压力下不仅有更高的吸附量，而且还能避免强循环水对煤层气藏的破坏。⑤煤层上下顶底面需要有区域性的有效盖层，以减少甲烷的分子扩散或沿裂隙渗漏到邻近岩层而散失。
图7－28 煤级划分及主要指标(据张群等，2001)
图7－29 中国煤层气藏类型模式图(据高瑞祺等，2001)
根据这些成藏条件，结合我国实际情况，可将煤层气藏划分为承压水封堵、压力封闭、顶板微渗滤水封堵和构造封闭等四种类型 ( 图 7 －29) ，其中以承压水封堵型气藏最为优越，我国沁水盆地环状斜坡带上的石炭、二叠系煤层就属这种类型。
总之，煤层中生成的甲烷，在一定的地质条件下可以形成煤层气藏，而煤岩在热演化的地史过程中又会有部分甲烷散失到邻近岩石中，但只要不是散失到地表，就有可能成为常规气藏的气源。可见，无论是对非常规的煤层气藏，还是对常规气藏来说，煤都是重要的气源岩。
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