淺析頁巖煤層氣表面性質(zhì)與特征

吳靖哲

摘 要：煤巖表面性質(zhì)的研究有助于了解煤儲(chǔ)層物性優(yōu)勢、優(yōu)選富集高滲區(qū)域與評價(jià)單井開發(fā)潛力。本文通過對煤巖的化學(xué)組成、煤巖基本特性、以及煤巖的潤濕性結(jié)合已有的分析成果，總結(jié)影響煤巖表面潤濕性的相關(guān)因素，通過對煤巖表面潤濕性測定實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知和分析，了解煤層氣儲(chǔ)層潤濕性的特性。強(qiáng)調(diào)在環(huán)保節(jié)能的今天，煤層氣是高效潔凈能源，是能源行業(yè)中發(fā)展空間巨大的新興產(chǎn)業(yè)之一。

關(guān)鍵詞：煤頁巖層 性質(zhì)特性 環(huán)境 能源前景

中圖分類號(hào)：P618 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（a）-0081-01

1 煤巖的化學(xué)礦物組成和結(jié)構(gòu)

煤的化學(xué)組成很復(fù)雜，但歸納起來可分為有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)兩大類，以有機(jī)質(zhì)為主體。煤中的有機(jī)質(zhì)主要由碳、氫、氧、氮和有機(jī)硫等五種元素組成。其中，碳、氫、氧占有機(jī)質(zhì)的95%以上。此外，還有極少量的磷和其他元素。煤中有機(jī)質(zhì)的元素組成，隨煤化程度的變化而有規(guī)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(guān)。碳和氫是煤炭燃燒過程中產(chǎn)生熱量的重要元素，氧是助燃元素，三者構(gòu)成了有機(jī)質(zhì)的主體。煤中的無機(jī)質(zhì)主要是水分和礦物質(zhì)，它們的存在降低了煤的質(zhì)量和利用價(jià)值，其中絕大多數(shù)是煤中的有害成分。

2 煤巖基本特征

煤并非單一物質(zhì)，而是一種非常復(fù)雜的不均勻物質(zhì)。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(shù)在75%～95%之間，所以煤具有高碳物料的特征。煤巖學(xué)認(rèn)為煤是由性質(zhì)各異的有機(jī)實(shí)體——顯微組分和少量無機(jī)物組成。煤中的有機(jī)組分（顯微組分）有20多種，根據(jù)其成因特征和本性結(jié)構(gòu)可將煤顯微組分劃分為三類：殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)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(zhì)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(jié)構(gòu)及其物理化學(xué)性質(zhì)上的復(fù)雜性。總之，每種煤的顯微組分和無機(jī)物都有其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，從而控制著煤巖的全部性能。

3 煤巖表面性質(zhì)分析

煤巖表面性質(zhì)的研究有助于了解煤儲(chǔ)層物性優(yōu)勢、優(yōu)選富集高滲區(qū)域與評價(jià)單井開發(fā)潛力。通過對煤巖宏觀特性、微觀特性、化學(xué)組成以及煤巖的潤濕性同時(shí)結(jié)合已有的分析成果，從而總結(jié)出影響煤巖表面潤濕性的相關(guān)因素。通過對煤巖表面潤濕性測定實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知和分析，以及根據(jù)增產(chǎn)入井液對煤巖表面潤濕性影響實(shí)驗(yàn)，我們就可以清楚煤層氣和儲(chǔ)層之間的關(guān)系，研究得出結(jié)論對煤氣層的開采具有實(shí)際指導(dǎo)意義，從而得出高產(chǎn)措施。

（1）煤巖表面潤濕性。

煤的潤濕性是煤的一項(xiàng)很重要的物理化學(xué)性質(zhì)參數(shù)，它不僅在煤化工中應(yīng)用，而且在煤礦開采及安全中亦有重要作用，例如在煤層預(yù)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(tuán)聚法和浮選法等也都是以煤的潤濕性為依據(jù)的選煤工藝。煤表面的潤濕是一復(fù)雜過程。煤的表面結(jié)構(gòu)是影響潤濕的內(nèi)因，而表面活性物質(zhì)及其初始濃度、煤水混合系統(tǒng)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(wěn)定與瓦斯突出等方面，隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源需求的增長，煤層氣這種非常規(guī)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(jìn)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(shù)。

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(tǒng)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(fēng)排瓦斯的數(shù)量，降低了煤礦對通風(fēng)的要求，改善了礦工的安全生產(chǎn)條件。地面鉆井開采方式，國外已經(jīng)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(fā)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(fèi)用，浪費(fèi)了資源，污染了環(huán)境。

4 煤巖氣、頁巖氣發(fā)展前景

我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)都處在一個(gè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵期，煤層氣、頁巖氣等非常規(guī)能源行業(yè)面臨著巨大的發(fā)展機(jī)遇，在一個(gè)新興行業(yè)成長和壯大的階段，企業(yè)成功的關(guān)鍵在于，如何在需求逐漸擴(kuò)大，行業(yè)內(nèi)外結(jié)構(gòu)不斷變化的過程中，找到企業(yè)發(fā)展的發(fā)力點(diǎn)和關(guān)節(jié)點(diǎn)，利用企業(yè)內(nèi)外部的資源優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的快速發(fā)展。

煤層氣是高效潔凈能源，是能源行業(yè)中發(fā)展空間巨大的新興產(chǎn)業(yè)之一。根據(jù)我國《煤層氣開發(fā)利用“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，煤層氣產(chǎn)業(yè)將面臨重大發(fā)展機(jī)會(huì)，大型煤層氣企業(yè)的投資規(guī)模不斷增加，競爭更加激烈。因此，國內(nèi)優(yōu)秀的煤層氣開發(fā)企業(yè)愈來愈重視對行業(yè)市場的研究，特別是對企業(yè)發(fā)展環(huán)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(jié)能減排壓力的增大，天然氣在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整中的地位越來越重要。這也讓作為非常規(guī)天然氣的煤層氣迎來了發(fā)展良機(jī)。相關(guān)機(jī)構(gòu)紛紛繪制煤層氣的發(fā)展路線圖，中石油、中石化和中海油也均加快了在煤層氣領(lǐng)域的布局。不過，在廣闊的前景面前，我國煤層氣發(fā)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(guī)天然氣峰會(huì)上，相關(guān)專家指出，諸如開采權(quán)和礦權(quán)分離、優(yōu)惠政策難以兌現(xiàn)和補(bǔ)貼不到位等政策方面的問題，極大阻礙了我國煤層氣的發(fā)展，因此亟待改善和破除。無論是從長遠(yuǎn)預(yù)測還是從近期規(guī)劃來看，我國煤層氣的發(fā)展前景都很令人期待。

參考文獻(xiàn)

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