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(duì)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(dòng)力條件和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等因素。在地質(zhì)歷史中，上述地質(zhì)作用主要是通過(guò)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(píng)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(chǔ)集巖。一般來(lái)講，煤)認(rèn)為煤的生氣量比其保存的氣量要高8倍，也就是說(shuō)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(qiáng)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(chǔ)集才能。在地層條件下，吸附氣、游離氣和溶解氣處于一種動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程中，在到達(dá)吸附平衡后，吸附量是壓力和溫度的函數(shù)。但煤對(duì)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(huì)改變：當(dāng)壓力下降或溫度升高時(shí)，吸附氣就會(huì)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(huì)被打破而使吸附氣越來(lái)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(qiáng)，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(guò)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(chǔ)式，不需要初次運(yùn)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(duì)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(yè)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(yùn)移，有利于煤層氣的保存。煤層氣通過(guò)蓋層逸散主要有兩種方式：一是滲流運(yùn)移，一是擴(kuò)散運(yùn)移，終究以那種方式運(yùn)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(xì)封閉才能，那么氣體只以擴(kuò)散方式運(yùn)移，其運(yùn)移速度是相當(dāng)緩慢的，煤層氣逸散量可用巖石的擴(kuò)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(shí)，氣體那么以滲流的方式運(yùn)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(shí)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(shí)，逸散即告完畢，假設(shè)氣源充足，此過(guò)程那么重復(fù)進(jìn)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(méi)有游離氣，而是由于靜水壓力引起的超壓，那么只有擴(kuò)散運(yùn)移，也就是說(shuō)在沒(méi)有壓降時(shí)，吸附氣難以解

5、吸而進(jìn)展逸散；(3)假設(shè)上覆巖層是浸透層(如砂巖或裂隙性泥頁(yè)巖等)，排替壓力很小，擴(kuò)散運(yùn)移快，氣體那么會(huì)向砂巖中運(yùn)移，再加之水動(dòng)力的影響，煤中吸附氣也會(huì)從基質(zhì)中解吸出來(lái)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(qiáng)的烴源巖，那么會(huì)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(qiáng)，煤層氣只以擴(kuò)散方式運(yùn)移，逸散很慢，蓋層蓋，失去毛細(xì)封閉才能，通過(guò)試驗(yàn)證明，地層水對(duì)煤層的沖洗會(huì)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(lè)龍?zhí)督M煤組含氣量低的一個(gè)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(yùn)動(dòng)對(duì)煤層氣保存的影響地殼的升降運(yùn)動(dòng)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(tái)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(huì)使未飽和氣藏(圖3)向飽和氣藏過(guò)渡(圖3)，或使飽和氣藏到達(dá)過(guò)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(jìn)步使氣體的吸附才能進(jìn)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(yùn)動(dòng)會(huì)使地層發(fā)生斷裂，斷裂對(duì)于常規(guī)天然氣藏?zé)o疑會(huì)成為油氣散失的通道，而對(duì)于煤層氣藏，因?yàn)槊簩託馐且晕綘顟B(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(huì)通過(guò)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(dá)接近于飽和狀態(tài)(圖3)；(2)假設(shè)地層水交替強(qiáng)烈，吸附氣也會(huì)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(huì)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(huì)進(jìn)步煤層氣藏的產(chǎn)能(等，1995)，在滾動(dòng)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(shí)，應(yīng)選擇斷裂作用不非常強(qiáng)烈的地區(qū)，既有利于煤層產(chǎn)生裂隙而進(jìn)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(dòng)及其它熱運(yùn)動(dòng)也會(huì)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(píng)價(jià)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(shí)，必須綜合考慮各種因素的影響，而在整個(gè)開展過(guò)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(píng)價(jià)認(rèn)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(yuǎn)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(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)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(guò)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(duì)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(yùn)動(dòng)過(guò)程中，亦可以使煤層處于過(guò)飽和狀態(tài)從而保存了游離態(tài)的煤層氣，同時(shí)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(shí)保持地層壓力，吸附比例大，有利于煤層氣的保存。(4)地殼