无烟煤煤层气成藏与产气机理研究.doc

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1、无烟煤煤层气成藏与产气机理研究以沁水盆地无烟煤为例饶孟余钟建华杨陆武叶建平吴建光摘要：煤层气成藏和产气必须具备6个方面的必要条件：①生气母质；②储气空间；③吸附动力；④导流通道；⑤驱动能量；⑥煤体结构。当前的气藏潜力判定条件主要包括等温吸附性质、导流性质、含气性质和吸附与驱动能量，吸附常数、渗透率、含气量以及储层压力是4个重要的代表性参数。在以4项参数为表征时，常规无烟煤作为煤层气储层存在着很人的地质缺陷，因而无法成藏和产气。而沁水无烟煤则具备良好的沉积、构造和地热作用历史配置，用当前较为成熟的屮阶煤产气理论來判定，由其4项参数所定性的气藏是典型的优质商业气藏。研究结果表明，地壳抬升造成的

2、浅埠、莫霍而上拱造成的快速热变、区域拉张应力以及特殊的汇水构造是沁水无烟煤煤层气成藏和产气的根本原因。泌水盆地而积为32000km2,全盆地发育有稳定的贫煤、无烟煤等高变质煤，煤层屮赋存有6.85XlO^n?的煤层气资源，占全国煤层气总资源量的20%。从1997年开始，该盆地，特别是盆地东南部，己逐步发展成为屮国煤层气勘探与生产试验的第一热点地区。在约4000km2的范围内，共集屮了300km二维勘探地震、500口煤出钻孔、34口煤层气参数试验井和3个小型煤层气生产试验井网。生产试验表明，该区单井平均产量可达3000-16000m3/d。如果投入规模开发，可以建成年产30〜40亿m3的煤层

3、气工业基地。不管是对国内从业人员还杲国际煤层气专家来说，如此喜人的勘探成果在儿年前屮国煤层气勘探刚刚起步时都是不可想象的。因为当时美国己经建立了基于屮阶煤煤层气藏的完整勘探开发理论，即：低阶煤和高阶煤是煤层气勘探开发的禁区，原因在于低阶煤少气、高含水；高阶煤难解吸、低渗透。但低阶煤的禁区于1998年为美国粉河盆地的褐煤煤层气商业生产所突破，高阶煤不产气的历史也由于1998年中国沁水盆地的无烟煤煤层气井的成功投产而宣告结束。笔者通过研究认为，美国关于高阶煤不能商业产气的结论从理论上讲是基本符合煤层气的客观地质规律的，而中国的高阶煤产气现象应该说是缘于屮国无烟煤煤层气在成因和保存条件上的特殊性

4、，因此，沁水盆地无烟煤煤层气的产气突破是对煤层气基础理论的一个重要1'煤层气成藏及产气的必要条件虽然在地而状态下煤层气和常规犬然气同属于流体物质，但在原始的储层条件下，煤层气由于具有吸附性质而与常规天然气有着本质的区别，因此在成藏和产气上都有着白身独特的地质和技术要求。1.1生气母质成煤的母源髙等植物以及与不同煤化阶段相对应的煤体是生成煤层甲烷的原始物质，高等植物经过生物降解形成甲烷和泥炭，泥炭乂经过成岩作用生成甲烷和煤，而煤在不同的变质阶段既是甲烷的储集层乂是形成甲烷的母体，因此，甲烷的形成和贮存是贯穿于整个成煤作用的全部历史。现代研究认为，从泥炭到褐煤、肥煤及贫煤阶段煤层甲烷发生率分别

5、为：8m3/t>230m3/t.330m3/t,而到无烟煤阶段则超400m3/to这些甲烷在适当的保存条件下部分留存于煤层中形成煤层气藏。1.2储气空间煤层是甲烷的储气物质，煤体具有典型的孔隙■裂隙双孔隙结构,平均比表面积为（7~30）X107m2/m3,常规砂岩为1.5X104m2/巨人的比表而积使其微孔隙表面吸附有大量的CH4分子，不同变质程度的煤体微孔隙结构不同，比表面积也不等，因而储气能力不同。髙阶煤有着更强的吸附能力（表1）,但煤层作为CH4的直接载体，其实际的储气能力还受所处地质与表I不同变质程度煤的用大储气能力TaHeIThem(^tjsis-stonmeaipiicityo

6、fcoalwithtlrdifTerentmetanmrphicnuiks煤类长焰煤"煤肥煤魚煤贫煤无烟煤超无烟煤Kg/%<0.65<0.9<1.2<1.7<2.5<4.0>6.0极限甲烷1.915.621.324」42.65K.11.6构造环境的影响，必须有良好的禺岩条件和有利的压力圈闭条件筹与双孔隙煤层一起共同构成煤层气的有效储气空间。1.3吸附动力煤对甲烷的吸附服从Langmuir方程v=ahp/（+bp）式屮Q为兰氏体积，m3/t；b为兰氏压力的倒数，（MPa）_1；p为气体压力，MPao从方程屮可以看出，煤层含气量主要受煤体等温吸附性质（a,方）和储层压力（p）两种参数的影响。

7、a、b是煤体的固有物理性质（不随外界条件而改变），不同变质程度的煤体具有不同的吸附常数；而储层压力p则是作用于煤体的外在力量，它随看地质环境的改变而改变。因此对一定变质程度和构造环境的煤储层而言，煤层气吸附动力就是储层压力。储层压力越人，煤体吸附的气体越多。而储层压力实际上是煤层屮的流体压力，所以煤层屮的静水压力成为煤层气最主要的吸附动力。没有足够的吸附动力，煤层气不可能成藏。对产气来说，储层压力不降低，煤层气不可能解吸