淺談煤層氣藏保存條件

1、淺談煤層氣藏保存條件【摘要】本文主要闡述了保存條件對于煤層氣藏的作用及其重要意義，保存條件主要指蓋層的封蓋才能、水動力條件和構(gòu)造運動等因素。在地質(zhì)歷史中，上述地質(zhì)作用主要是通過改變地層的溫壓條件而改變吸附與解吸和吸附與溶解之間的平衡，挖制地層中的煤層氣賦存形式，從而影響煤層氣的保存。文中最后以大城地區(qū)為例綜合評述了煤層氣藏的保存條件及受各種因素的影響程度。煤層氣藏與常規(guī)天然氣藏不同：煤既是氣源巖，又是儲集巖。一般來講，煤)認為煤的生氣量比其保存的氣量要高8倍，也就是說煤的生由于煤巖自身的吸附才能和保存條件的不同造成的。較強的吸附才能是煤層氣富集的前提煤層氣以溶解氣、游離氣和吸附氣三種方式賦存于

2、煤層的雙孔隙系統(tǒng)中：割理系統(tǒng)和微孔隙系統(tǒng)。割理孔隙度一般都較小且被水充滿，溶解氣、游離氣較少，煤層氣主要以吸附狀態(tài)存在于煤的基質(zhì)微孔中，吸附氣占總含氣量的90以上，正是由于煤的這種吸附特性決定了煤的儲集才能。在地層條件下，吸附氣、游離氣和溶解氣處于一種動態(tài)平衡過程中，在到達吸附平衡后，吸附量是壓力和溫度的函數(shù)。但煤對氣體的吸附屬于物理吸附，吸附與解吸是可逆的，當(dāng)溫度和壓力條件改變后，吸附量也會改變：當(dāng)壓力下降或溫度升高時，吸附氣就會解吸，轉(zhuǎn)化為游離氣。同樣，在地層水交替作用下，原有的平衡條件也會被打破而使吸附氣越來越少。由于吸附氣的活性較游離氣和溶解氣弱得多，更易保存，因此煤的吸附才能越強，吸

3、附量越大，越有利于煤層氣的保存。各種地質(zhì)作用就是通過改變吸附與解吸及吸附與溶解的關(guān)系而影響煤層氣的保存。良好的封蓋條件是煤層氣保存的重要因素煤層氣屬于自生自儲式，不需要初次運移，這就要求自生氣開始，就需要有良好的封蓋條件才能使煤層氣得以保存。蓋層對于煤層氣藏的作用主要是維持吸附與解吸的平衡，減少游離氣的逸散和減弱交替地層水的影響。泥頁巖、鹽巖、膏巖及致密碳酸鹽巖等，如其透氣性差，就可以形成良好的封蓋層而有效地阻止煤層氣的垂向運移，有利于煤層氣的保存。煤層氣通過蓋層逸散主要有兩種方式：一是滲流運移，一是擴散運移，終究以那種方式運移主要由上覆巖層的封蓋性能控制：(1)上覆巖層假設(shè)是超致密層，即良好

4、的蓋層，其排替壓力大于煤層中流體剩余壓力(圖1)，具有良好的毛細封閉才能，那么氣體只以擴散方式運移，其運移速度是相當(dāng)緩慢的，煤層氣逸散量可用巖石的擴散系數(shù)等參數(shù)估算；(2)當(dāng)煤層中剩余壓力大于上覆蓋層排替壓力時，氣體那么以滲流的方式運移(圖1)，氣體逸散速度與氣體的有效浸透率及剩余壓差有關(guān)，剩余壓差越大或氣體的有效浸透率越高，那么逸散越快，此時主要是游離氣體逸散，當(dāng)煤中壓力小于蓋層的排替壓力時，逸散即告完畢，假設(shè)氣源充足，此過程那么重復(fù)進展，如超壓很高那么有可能產(chǎn)生微裂縫而使氣體呈間歇式散失；假設(shè)煤層中沒有游離氣，而是由于靜水壓力引起的超壓，那么只有擴散運移，也就是說在沒有壓降時，吸附氣難以解

5、吸而進展逸散；(3)假設(shè)上覆巖層是浸透層(如砂巖或裂隙性泥頁巖等)，排替壓力很小，擴散運移快，氣體那么會向砂巖中運移，再加之水動力的影響，煤中吸附氣也會從基質(zhì)中解吸出來轉(zhuǎn)移到浸透層中去(圖1)；(4)假設(shè)上覆巖層是具有生氣才能強的烴源巖，那么會阻止煤層甲烷氣向上逸散，甚至?xí)蛎簩又休斎胩烊粴?圖1)?？傊?，蓋層的質(zhì)量越好，封蓋才能越強，煤層氣只以擴散方式運移，逸散很慢，蓋層蓋，失去毛細封閉才能，通過試驗證明，地層水對煤層的沖洗會使煤巖吸附量下降，使飽和的煤層變成欠飽和煤層。被帶走的氣量與沖洗的水量成正比(圖2)。萍樂龍?zhí)督M煤組含氣量低的一個原因就是受地層水沖洗造成的，而圣胡安盆地煤層氣主要富集

6、在地層水阻滯區(qū)，致使煤層氣保存良好。構(gòu)造運動對煤層氣保存的影響地殼的升降運動可以改變地層的溫壓條件，打破煤層中原有的平衡條件，使吸附氣與游離氣互相轉(zhuǎn)化，從而影響煤層氣的保存：(1)假設(shè)地殼臺升并遭受剝蝕，那么地層壓力和溫度都降低，煤中氣體的吸附才能降低，就會使未飽和氣藏(圖3)向飽和氣藏過渡(圖3)，或使飽和氣藏到達過飽和而出現(xiàn)游離氣(圖3)。(2)相反，地殼下降承受沉積，由于壓力和溫度的進步使氣體的吸附才能進步，游離氣那么向吸附氣轉(zhuǎn)化，有利于煤層氣的保存。斷裂運動會使地層發(fā)生斷裂，斷裂對于常規(guī)天然氣藏?zé)o疑會成為油氣散失的通道，而對于煤層氣藏，因為煤層氣是以吸附狀態(tài)賦存于煤巖中的，斷裂作用就有

7、所不同：(1)處于飽和區(qū)(圖3)，煤層中的游離氣就會通過斷層逸散，在地層水交替較弱條件下，即使斷層是開啟的，煤層氣也不一定就大量散失，并可最終到達接近于飽和狀態(tài)(圖3)；(2)假設(shè)地層水交替強烈，吸附氣也會逸散，致使煤層成為欠飽和氣藏(圖3)；(3)假設(shè)斷裂作用使蓋層產(chǎn)生裂隙，那么會降低封蓋才能而不利于煤層氣的保存。在斷裂不破壞蓋層封蓋性能條件下而使煤層產(chǎn)生裂隙，那么會進步煤層氣藏的產(chǎn)能(等，1995)，在滾動背斜、牽引背斜、斷階附近或褶曲的軸部等都發(fā)現(xiàn)了此類高產(chǎn)能氣井(圖4)。由此在煤層氣藏選區(qū)時，應(yīng)選擇斷裂作用不非常強烈的地區(qū)，既有利于煤層產(chǎn)生裂隙而進步煤層的浸透率，又不致于破壞蓋層的封蓋

8、才能。巖漿活動及其它熱運動也會改變煤層氣的平衡條件，從而影響煤層氣的保存條件。大城地區(qū)煤層氣保存條件綜合評價煤層氣的保存是多種因素共同作用的結(jié)果，在研究保存條件時，必須綜合考慮各種因素的影響，而在整個開展過程中不同的因素在不同的歷史階段起著不同的作用。大城凸起為一古老的復(fù)式背斜構(gòu)造，石炭二疊系含煤層厚150，力分析如下：(1)煤層區(qū)域蓋層為下石盒子組砂泥巖互層段，累積厚度50水弱交替區(qū)，至西北文安地區(qū)為地層水交替阻滯區(qū)(趙寶中，1993)，形成良好的水壓封閉煤層氣藏；(4)由于地殼抬升遭受剝蝕、壓力下降使吸附才能降低后，煤層氣解吸后在背斜高部位大1、大6井區(qū)散失較多，主體部位有良好的封蓋條件而

9、保存較好(圖5)。經(jīng)綜合評價認為：大城背斜主體部位泥巖沉積區(qū)與地?zé)岙惓^(qū)的結(jié)合處遠離地層，蓋層條件好，地層水交替弱，煤層氣保存良好，煤層可能處于吸附飽和狀態(tài)，是煤層氣開發(fā)的有利區(qū)帶(圖6中區(qū))，同時考慮到經(jīng)濟原因，埋深小于1400的區(qū)為本區(qū)的有利區(qū)帶；區(qū)埋深在2000以內(nèi)，煤層氣保存良好，只是埋深大，開發(fā)難度大；區(qū)埋深超過2000難于開發(fā)，或位于砂巖沉積區(qū)煤層氣保存差，不利于煤層氣的開發(fā)。小結(jié)(1)煤對氣體的吸附才能越高，吸附量越大，越有力于煤層氣的保存，易于形成高含氣量煤層氣藏；(2)蓋層的作用主要是阻止游離氣的散失，即使是在構(gòu)造運動過程中，亦可以使煤層處于過飽和狀態(tài)從而保存了游離態(tài)的煤層氣，同時阻止煤層氣受地層水交替作用的影響。(3)處于弱地層水交替區(qū)或地層水阻滯區(qū)中，煤層氣散失少，同時保持地層壓力，吸附比例大，有利于煤層氣的保存。(4)地殼