淺析頁巖煤層氣表面性質與特征

吳靖哲

摘 要：煤巖表面性質的研究有助于了解煤儲層物性優勢、優選富集高滲區域與評價單井開發潛力。本文通過對煤巖的化學組成、煤巖基本特性、以及煤巖的潤濕性結合已有的分析成果，總結影響煤巖表面潤濕性的相關因素，通過對煤巖表面潤濕性測定實驗的認知和分析，了解煤層氣儲層潤濕性的特性。強調在環保節能的今天，煤層氣是高效潔凈能源，是能源行業中發展空間巨大的新興產業之一。

關鍵詞：煤頁巖層 性質特性 環境 能源前景

中圖分類號：P618 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0081-01

1 煤巖的化學礦物組成和結構

煤的化學組成很復雜，但歸納起來可分為有機質和無機質兩大類，以有機質為主體。煤中的有機質主要由碳、氫、氧、氮和有機硫等五種元素組成。其中，碳、氫、氧占有機質的95%以上。此外，還有極少量的磷和其他元素。煤中有機質的元素組成，隨煤化程度的變化而有規律地變化。一般來講，煤化程度越深，碳的含量越高，氫和氧的含量越低，氮的含量也稍有降低。唯有硫的含量則與煤的成因類型有關。碳和氫是煤炭燃燒過程中產生熱量的重要元素，氧是助燃元素，三者構成了有機質的主體。煤中的無機質主要是水分和礦物質，它們的存在降低了煤的質量和利用價值，其中絕大多數是煤中的有害成分。

2 煤巖基本特征

煤并非單一物質，而是一種非常復雜的不均勻物質。從煤的元素組成上看，它含有C，H，O，N，S等元素，其中C含量大于50%，多數在75%～95%之間，所以煤具有高碳物料的特征。煤巖學認為煤是由性質各異的有機實體——顯微組分和少量無機物組成。煤中的有機組分（顯微組分）有20多種，根據其成因特征和本性結構可將煤顯微組分劃分為三類：殼質組、鏡質組和惰質組。各組又以不同的組合形式形成不同的顯微煤巖類型，如微鏡煤、微惰煤、微殼質煤、微亮煤、微鏡惰煤、微暗煤、微三合煤等。煤巖顯微組分在煤中以單組分、雙組分、和三組分形式存在，正是由于這些顯微組分的不同組合而造成了煤在結構及其物理化學性質上的復雜性。總之，每種煤的顯微組分和無機物都有其獨特的物理和化學性質，從而控制著煤巖的全部性能。

3 煤巖表面性質分析

煤巖表面性質的研究有助于了解煤儲層物性優勢、優選富集高滲區域與評價單井開發潛力。通過對煤巖宏觀特性、微觀特性、化學組成以及煤巖的潤濕性同時結合已有的分析成果，從而總結出影響煤巖表面潤濕性的相關因素。通過對煤巖表面潤濕性測定實驗的認知和分析，以及根據增產入井液對煤巖表面潤濕性影響實驗，我們就可以清楚煤層氣和儲層之間的關系，研究得出結論對煤氣層的開采具有實際指導意義，從而得出高產措施。

（1）煤巖表面潤濕性。

煤的潤濕性是煤的一項很重要的物理化學性質參數，它不僅在煤化工中應用，而且在煤礦開采及安全中亦有重要作用，例如在煤層預注水防塵中，煤潤濕性的大小在很大程度上影響著其注水效果；煤的水潤濕性研究對提高防降塵效果有重要意義；油團聚法和浮選法等也都是以煤的潤濕性為依據的選煤工藝。煤表面的潤濕是一復雜過程。煤的表面結構是影響潤濕的內因，而表面活性物質及其初始濃度、煤水混合系統的pH等因素則明顯影響著煤表面的潤濕行。

（2）煤巖流變特性。

煤巖流變特性研究均是探討煤礦開采中的圍巖穩定與瓦斯突出等方面，隨著國民經濟發展對能源需求的增長，煤層氣這種非常規天然氣的利用越來越受到重視，煤層氣的開采是通過鉆井進入煤層氣富集的煤巖體中，并通過煤巖裂隙滲透與井孔抽采。

（3）煤巖層的開采技術。

煤層氣的開采一般有兩種方式：一是地面鉆井開采；二是井下瓦斯抽放系統抽出，地面鉆井開采的煤層氣和抽放瓦斯都是可以利用的，通過地面開采和抽放后可以大大減少風排瓦斯的數量，降低了煤礦對通風的要求，改善了礦工的安全生產條件。地面鉆井開采方式，國外已經使用，我國有些煤層透氣性較差，地面開采有一定困難，但若積極開發每年至少可采出50億立方米；由于過去除了供暖外沒有找到合理的利用手段，未能充分利用，所以，抽放瓦斯絕大部分仍然排入大氣，花去了費用，浪費了資源，污染了環境。

4 煤巖氣、頁巖氣發展前景

我國經濟結構和能源結構都處在一個轉型的關鍵期，煤層氣、頁巖氣等非常規能源行業面臨著巨大的發展機遇，在一個新興行業成長和壯大的階段，企業成功的關鍵在于，如何在需求逐漸擴大，行業內外結構不斷變化的過程中，找到企業發展的發力點和關節點，利用企業內外部的資源優勢，實現企業的快速發展。

煤層氣是高效潔凈能源，是能源行業中發展空間巨大的新興產業之一。根據我國《煤層氣開發利用“十二五”發展規劃》，煤層氣產業將面臨重大發展機會，大型煤層氣企業的投資規模不斷增加，競爭更加激烈。因此，國內優秀的煤層氣開發企業愈來愈重視對行業市場的研究，特別是對企業發展環境和需求趨勢變化的深入研究隨著我國能源需求的增長和節能減排壓力的增大，天然氣在能源結構調整中的地位越來越重要。這也讓作為非常規天然氣的煤層氣迎來了發展良機。相關機構紛紛繪制煤層氣的發展路線圖，中石油、中石化和中海油也均加快了在煤層氣領域的布局。不過，在廣闊的前景面前，我國煤層氣發展中的政策羈絆也日益凸顯。在日前召開的2012年中國非常規天然氣峰會上，相關專家指出，諸如開采權和礦權分離、優惠政策難以兌現和補貼不到位等政策方面的問題，極大阻礙了我國煤層氣的發展，因此亟待改善和破除。無論是從長遠預測還是從近期規劃來看，我國煤層氣的發展前景都很令人期待。

參考文獻

[1] 張遂安，曹立虎.頁巖氣與煤層氣吸附特征對比實驗研究趙金[J].天然氣地球科學，2013（1）.