鄂爾多斯盆地韓城地區煤層氣儲層特征

常筱忱（西安石油大學， 陜西 西安 710065）

鄂爾多斯盆地韓城地區煤層氣儲層特征

常筱忱（西安石油大學， 陜西 西安 710065）

煤層氣是自生自儲的非常規天然氣資源，與其他成藏要素相比，非常規油氣儲層的貢獻更大。煤層氣儲層的形成環境、孔隙類型、控制因素和形成機理均有其獨特的特點。通過分析煤層氣儲層特征，進一步了解儲層特征對氣體賦存形式和氣藏開采的影響。

煤層氣；儲層特征；韓城地區；鄂爾多斯盆地

煤層氣曾被當作煤礦開采過程中一種危險有害氣體，除了排放以外，一直沒有加以利用。近20年來，隨著科學技術的進步和世界對新能源需求的增加，人類認識到煤層氣在改善煤礦安全、保護生態環境和清潔能源等方面意義重大，世界產煤國家紛紛加大了煤層氣的勘探開發利用。中國煤層氣資源豐富，分布廣泛。根據煤炭科學研究總院西安分院的估算結果，中國煤層氣資源總量可達30×1012～35×1012m3。雖然煤層氣資源潛力巨大，但煤層氣勘探及開發尚處于起步階段，因此加深對煤儲層特征的認識，進一步分析儲層特征對氣體賦存形式和氣藏開采的影響，可對未來的勘探開發提供一定依據。

1 煤層氣組成

（1）生物成因氣 生物成因氣是由各類微生物的一系列復雜作用導致有機質發生降解而形成的。在煤化作用的早期，通過微生物對有機質的分解形成早期生物成因氣，即原生生物成因氣，由于其埋藏淺，在煤層中保存甚少。在煤層后期抬升階段，正構烷烴和其他有機化合物成為次生生物成因氣，其在煤層中普遍存在，對煤層氣的成分有較大影響。煤層中存留的生物成因氣大部分屬于次生生物成因氣。

（2）熱成因氣 熱成因氣是指隨著煤化作用的進行，伴隨溫度升高，煤分子結構與成分的變化而形成的烴類氣體。熱成因氣的形成存在熱降解作用及熱裂解作用2個階段。早期熱成因氣形成于煤變質作用初期，相當于烴源巖演化的低成熟階段，Ro為0.5%～0.8%；晚期熱成因氣形成于煤變質的大部分時期，相當于烴源巖演化的成熟階段（Ro為0.8%～1.3%）、高成熟階段（Ro為1.3%～2.5%）和過熟階段（Ro＞2.5%）。晚期的熱成因氣屬于典型的濕氣，生成氣體中CH4的比例急劇增高，CO2的比例急劇下降，并有重烴和液態烴生成，熱成因氣干燥系數接近1。

2 韓城地區煤層氣儲層性質

（1）煤儲層物性特征 煤儲層的物性主要指孔隙度和滲透率，與常規天然氣相比，煤層氣主要以吸附形式存在于煤中有機顯微組分表面，游離氣所占比例較少，孔隙度對于評價煤儲層的意義不大。煤層氣以“解吸—擴散—滲流”的方式產出，滲透率是衡量煤儲層滲流能力的重要參數。在同等開發條件下，滲透率越高，氣井產能越大。

根據試井解釋資料和測井解釋成果統計了3套煤層的物性特征，孔隙度為1.56%～15.22%，3、5號煤層的孔隙度為2%～5%，11號煤孔隙度均大于3%；滲透率為0.006×10-3～2.570×10-3μm2。對比3套煤層，11號煤層物性最好，3號煤層略好于5號煤層。

（2）儲層裂隙系統特征 煤層氣的吸附及擴散、滲透能力都與煤儲集層的孔隙度，孔隙結構、形態和連通性及裂隙發育密切相關。孔隙是煤層氣的主要儲集場所和擴散滲流通道，顯微裂隙構成煤層氣的層流及紊流、混合滲透區間并溝通宏觀裂隙。

韓城地區煤體結構以構造煤為主，多以碎粒煤形式出現，其次是糜棱煤和碎裂煤，其結構松軟，強度低，滲透性差。由于煤巖較脆，在鉆井和取心過程中容易發生變形和破碎，很難通過巖心資料獲得真實的裂隙特征。研究過程中收集了前人通過露頭及相關資料，以此描述韓城地區裂隙發育特征。裂縫觀測結果表明，該區裂縫優勢走向為NE向，縱向上以3、11號煤層裂隙最為發育，5號煤層次之。

3 結語

①孔隙是煤層氣的儲集空間及運移通道。煤層中的孔隙可分為原生孔隙和次生孔隙。孔隙的表面積越大，其煤層氣儲量越大（還與基質等其他物理性質有關），而與其孔隙度的大小并無多大聯系。

②通過對韓城地區煤層氣基質的物性分析得出，游離氣所占比例較少，孔隙度對煤儲層評價的意義不大。而滲透率是衡量儲層滲透能力的重要參數，對基質吸附煤層氣影響巨大。煤層滲透率的影響因素主要有煤化程度、煤的變質程度、地質構造運動、孔滲性、顯微組分的影響、礦物含量的影響、煤體結構的影響和孔隙系統對煤儲層的影響。儲集量高的煤層的滲透率均集在0.01×10-3～0.10×10-3μm2，因煤層氣主要吸附在基質孔隙的表面，是煤層氣儲積主要方式，其基質的滲透率與含氣量有很大關系。

③煤層氣的運移通道是煤層中的裂隙和節理，宏觀裂隙是煤層構造變形的產物，常以各種角度與煤層層理面相交，高度可達數米，可出現在煤層任何部位，不受煤巖分層或條帶限制。小裂隙和微裂隙是構造應力場的影響外，通常是煤化作用過程中形成的內生節理。顯微裂隙密度及其展布異性就決定了煤層儲氣性和滲透性分布的差異。如果說孔隙是煤層氣的主要儲集場所和擴散滲流通道，顯微裂隙則構成煤層氣的層流及紊流、混合滲透區間并溝通宏觀裂隙。

④韓城地區目前處于瘦煤—貧煤階段，割理比較發育，但由于受到構造作用影響，原生的煤體結構遭到破壞，主要以碎粒煤為主，其次是糜棱煤和碎裂煤，其結構松軟，強度低，滲透性差。

［1］張衛東，王瑞和.煤層氣開發概論［M］.北京：石油工業出版，2013：36-70.