煤層氣開發(fā)地質(zhì)條件分析

高曉

摘 要：地質(zhì)條件對煤層氣的開發(fā)具有十分重要的借鑒意義，了解地質(zhì)特點(diǎn)是煤層氣開發(fā)的先決條件。本文主要對地質(zhì)因素對煤層氣的儲藏影響做了簡單說明，希望能為煤層氣的開發(fā)提供一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：煤層氣;地質(zhì);構(gòu)造;斷裂

1 概述

煤層氣在煤基質(zhì)中主要以分子間作用力或范德華力吸附狀態(tài)存在，以溶解和游離態(tài)存在的量較少。若煤層氣處于吸附狀態(tài)，則在無外界作用力的情況下，很難解吸或散失;游離態(tài)煤層氣則很容易以氣相或氣水相方式逸散;溶解態(tài)的煤層氣逸散能力介于二者之間，在水溶的方式下可以運(yùn)移。煤氣層要形成煤氣藏，需要具備以下條件：蓋層、水文地質(zhì)、構(gòu)造、巖漿活動和埋深等，所以在對煤層氣開發(fā)地質(zhì)條件進(jìn)行分析時，應(yīng)先抓住這幾個關(guān)鍵因素，然后結(jié)合其他控制因素對其進(jìn)行綜合評價。

2 地質(zhì)條件對煤層氣儲藏的影響

2.1 蓋層 煤氣層處于飽和或過飽和狀態(tài)時，容易出現(xiàn)游離氣相，若缺少蓋層的保護(hù)，則很容易逸散到外圍，而游離氣的逸散會造成煤層氣壓強(qiáng)降低，從而促進(jìn)吸附氣解吸，進(jìn)而增大煤氣層逸散程度。因此，若煤層氣外圍存在有效蓋層，則可抑制以上情況的發(fā)生。蓋層的影響主要表現(xiàn)為：①粒度。煤層氣的蓋層具有細(xì)粒度的碎屑巖，且碎屑巖具有良好的排替壓力和儲層壓力，一般來說排替壓力較高而儲層壓力較低時，其蓋層有效性較高。②韌性，蓋層具有一定的韌性，如泥質(zhì)巖蓋層等，具有韌性的蓋層在構(gòu)造變形過程中不容易發(fā)生裂隙。③范圍，蓋層的范圍分布越大越有利于提升其有效性。④厚度，煤層氣的擴(kuò)散性能對煤層厚度提出了要求，只有厚度超出10m的蓋層，才具有良好的有效性。

2.2 水文地質(zhì) 具有開發(fā)價值的煤層氣需要有利的水文地質(zhì)條件，煤層氣吸附和富集的水文地質(zhì)條件通常表現(xiàn)為水動力封閉和地層水超壓，就開采而言，具有良好的水動力條件則有利于降壓解吸，這對于煤層氣的開采是極為有利的。地下水對煤層氣的控制作用主要表現(xiàn)為以下四個方面。

2.2.1 侵占作用。侵占作用是指地下水占據(jù)煤層孔隙空間，從而影響了煤層氣的存在狀態(tài)。煤層氣在煤層中以吸附狀態(tài)為主，因此水體的侵占作用對煤層氣存在狀態(tài)的影響較小。

2.2.2 封閉作用。靜態(tài)水體是一種密閉介質(zhì)，可與煤層氣在煤層孔隙中形成穩(wěn)定的氣-液兩相界面，從而抑制游離態(tài)煤層氣的逸散。水力封閉作用通常發(fā)生在水體深部，主要通過壓力傳遞封閉作用，阻止吸附態(tài)煤層氣向游離態(tài)轉(zhuǎn)化，使煤層氣得到儲集。

2.2.3 運(yùn)移作用。地下水處于動態(tài)時，可對煤層氣起到運(yùn)移作用。這種運(yùn)移作用主要是通過兩種方式來實(shí)現(xiàn)的，一種是流動的水體有利于煤層氣的降壓解吸，煤層氣由吸附態(tài)轉(zhuǎn)為游離態(tài)，可在煤層空裂隙中流動;第二種是溶解于地下水體中的煤層氣可隨水體一起運(yùn)移。運(yùn)移作用多發(fā)生在導(dǎo)水性較強(qiáng)的斷層構(gòu)造發(fā)育地區(qū)。煤層氣開采中應(yīng)重點(diǎn)考慮第一層的運(yùn)移作用，防止煤層氣的流失浪費(fèi)。

2.2.4 封堵作用。煤層氣擴(kuò)散方向?yàn)橛上露?，而地下水由上而下的滲透則可起到封堵作用，促進(jìn)煤層氣的聚集。水體的這種作用主要存在于不對稱向斜或單斜中。

2.3 構(gòu)造條件 在自然狀態(tài)下，煤層氣會由濃度高的部位向濃度低的部位擴(kuò)散、運(yùn)移，而褶皺會形成封閉的儲集場所，斷層也會截斷煤層的接觸關(guān)系，非滲透性的巖石與之一起阻止或減緩了煤層氣的運(yùn)移。

2.3.1 構(gòu)造升降運(yùn)動對煤層氣的影響。構(gòu)造升降運(yùn)行對地層的溫度、壓強(qiáng)具有直接影響，而溫度或壓強(qiáng)的改變就會打破煤層氣原有的吸附平衡，從而影響煤層氣的儲集。一般情況下，深層煤區(qū)的含氣量較多，除與煤層深度大有利于煤層氣的生成外，還與構(gòu)造抬升、有效地層厚度變薄，不利于煤氣層富集有關(guān)。

2.3.2 褶皺對煤層氣的影響。褶皺對煤層氣同時具有聚集和釋放的作用。巖層褶皺區(qū)煤層裂隙和孔隙比較密實(shí)，對下層煤層氣的逸散起到了良好的阻止作用;另一方面，褶皺區(qū)的巖層在斜下層彎矩作用下，會在張力的拉伸下變薄，從而產(chǎn)生斷裂或褶皺面，這就擴(kuò)張了煤層中的孔隙，煤層氣儲集空間的擴(kuò)大對吸附態(tài)煤層氣的解吸起到了促進(jìn)作用。

2.3.3 斷裂對煤層氣的影響。斷裂對煤層氣的儲集影響較為復(fù)雜，這主要是由于斷裂類型不同，對煤層的完整性、封閉條件、煤體結(jié)構(gòu)、孔滲性的影響不同。一般正斷層的封閉性較差，屬于開放性斷裂;而逆斷層的封閉性較好，為壓扭型斷裂;斷裂規(guī)模大，持續(xù)時間較長的煤層多為高滲層，對煤層氣的儲集不利，這是因?yàn)閿嗔演^寬，而充填較少，周邊裂隙的發(fā)育促進(jìn)了煤層氣的逸散;相反，斷裂規(guī)模小，持續(xù)時間短的煤層則有利于煤層氣的儲集。斷裂構(gòu)造為巖漿巖的侵入提供了通道，巖漿巖侵入后形成巖床，減少了煤層氣的儲集量。

2.3.4 巖漿巖對煤層氣的影響。巖漿巖的侵入伴隨著高溫烘烤和高壓擠壓，這對煤層氣的生產(chǎn)、運(yùn)移和賦存具有直接影響。巖漿巖對煤層氣儲集的影響主要表現(xiàn)在以下三個方面：首先，成氣方面。巖漿巖是高溫高壓，且富含揮發(fā)性組分的硅酸鹽熔融體，巖漿侵入煤層，在接觸變質(zhì)和區(qū)域熱力變質(zhì)雙重作用下，煤層分子組成發(fā)生改變，主要表現(xiàn)在芳香族稠環(huán)的縮合度提高，而烷基的側(cè)鏈和含氧官能團(tuán)則在高溫高壓的作用下發(fā)生脫落，形成小分子的氣態(tài)烴，增加煤層氣的含量。其次，儲運(yùn)方面。高溫高壓巖漿的侵入，提高了煤層的孔隙和裂隙度，提高了煤層的滲透性和儲運(yùn)能力。巖漿的侵入增大了煤層孔隙，擴(kuò)展了煤層氣的儲藏空間，使大量煤層氣儲集在接近巖漿周圍的煤層孔隙中;另外巖漿的溫度高，壓力大，且富含的揮發(fā)性組分在熱力烘烤的作用下更易釋放氣體，造成巖漿周圍煤層的氣壓明顯高于其他地區(qū)，這種高壓作用在裂隙上，會擴(kuò)展裂隙的開口和延伸程度，有利于氣體的轉(zhuǎn)移。而巖漿溫度降低后，周圍氣壓減小，大量煤層氣回流，集中在巖漿巖周圍的裂隙中。最后，圈閉作用。巖漿侵入煤層阻止煤層氣的移動通道，從而對煤層氣起到圈閉作用。巖漿在侵入煤層過程中，受侵入環(huán)境的影響，會形成裂隙不發(fā)育的封閉遮擋物;另外巖漿還能與構(gòu)造、地下水等因素相結(jié)合，形成對煤層氣藏的復(fù)合圈閉。

3 總結(jié)

地質(zhì)條件對煤層氣形成的影響是復(fù)雜的，如蓋層、水文、構(gòu)造等都會對煤層氣的儲集產(chǎn)生影響，做好地質(zhì)條件的研究工作，對于煤層氣的開發(fā)具有十分重要的指導(dǎo)意義。

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