鄂尔多斯盆地韩城地区煤层气储层特征

常筱忱（西安石油大学， 陕西 西安 710065）

鄂尔多斯盆地韩城地区煤层气储层特征

常筱忱（西安石油大学， 陕西 西安 710065）

煤层气是自生自储的非常规天然气资源，与其他成藏要素相比，非常规油气储层的贡献更大。煤层气储层的形成环境、孔隙类型、控制因素和形成机理均有其独特的特点。通过分析煤层气储层特征，进一步了解储层特征对气体赋存形式和气藏开采的影响。

煤层气；储层特征；韩城地区；鄂尔多斯盆地

煤层气曾被当作煤矿开采过程中一种危险有害气体，除了排放以外，一直没有加以利用。近20年来，随着科学技术的进步和世界对新能源需求的增加，人类认识到煤层气在改善煤矿安全、保护生态环境和清洁能源等方面意义重大，世界产煤国家纷纷加大了煤层气的勘探开发利用。中国煤层气资源丰富，分布广泛。根据煤炭科学研究总院西安分院的估算结果，中国煤层气资源总量可达30×1012～35×1012m3。虽然煤层气资源潜力巨大，但煤层气勘探及开发尚处于起步阶段，因此加深对煤储层特征的认识，进一步分析储层特征对气体赋存形式和气藏开采的影响，可对未来的勘探开发提供一定依据。

1 煤层气组成

（1）生物成因气 生物成因气是由各类微生物的一系列复杂作用导致有机质发生降解而形成的。在煤化作用的早期，通过微生物对有机质的分解形成早期生物成因气，即原生生物成因气，由于其埋藏浅，在煤层中保存甚少。在煤层后期抬升阶段，正构烷烃和其他有机化合物成为次生生物成因气，其在煤层中普遍存在，对煤层气的成分有较大影响。煤层中存留的生物成因气大部分属于次生生物成因气。

（2）热成因气 热成因气是指随着煤化作用的进行，伴随温度升高，煤分子结构与成分的变化而形成的烃类气体。热成因气的形成存在热降解作用及热裂解作用2个阶段。早期热成因气形成于煤变质作用初期，相当于烃源岩演化的低成熟阶段，Ro为0.5%～0.8%；晚期热成因气形成于煤变质的大部分时期，相当于烃源岩演化的成熟阶段（Ro为0.8%～1.3%）、高成熟阶段（Ro为1.3%～2.5%）和过熟阶段（Ro＞2.5%）。晚期的热成因气属于典型的湿气，生成气体中CH4的比例急剧增高，CO2的比例急剧下降，并有重烃和液态烃生成，热成因气干燥系数接近1。

2 韩城地区煤层气储层性质

（1）煤储层物性特征 煤储层的物性主要指孔隙度和渗透率，与常规天然气相比，煤层气主要以吸附形式存在于煤中有机显微组分表面，游离气所占比例较少，孔隙度对于评价煤储层的意义不大。煤层气以“解吸—扩散—渗流”的方式产出，渗透率是衡量煤储层渗流能力的重要参数。在同等开发条件下，渗透率越高，气井产能越大。

根据试井解释资料和测井解释成果统计了3套煤层的物性特征，孔隙度为1.56%～15.22%，3、5号煤层的孔隙度为2%～5%，11号煤孔隙度均大于3%；渗透率为0.006×10-3～2.570×10-3μm2。对比3套煤层，11号煤层物性最好，3号煤层略好于5号煤层。

（2）储层裂隙系统特征 煤层气的吸附及扩散、渗透能力都与煤储集层的孔隙度，孔隙结构、形态和连通性及裂隙发育密切相关。孔隙是煤层气的主要储集场所和扩散渗流通道，显微裂隙构成煤层气的层流及紊流、混合渗透区间并沟通宏观裂隙。

韩城地区煤体结构以构造煤为主，多以碎粒煤形式出现，其次是糜棱煤和碎裂煤，其结构松软，强度低，渗透性差。由于煤岩较脆，在钻井和取心过程中容易发生变形和破碎，很难通过岩心资料获得真实的裂隙特征。研究过程中收集了前人通过露头及相关资料，以此描述韩城地区裂隙发育特征。裂缝观测结果表明，该区裂缝优势走向为NE向，纵向上以3、11号煤层裂隙最为发育，5号煤层次之。

3 结语

①孔隙是煤层气的储集空间及运移通道。煤层中的孔隙可分为原生孔隙和次生孔隙。孔隙的表面积越大，其煤层气储量越大（还与基质等其他物理性质有关），而与其孔隙度的大小并无多大联系。

②通过对韩城地区煤层气基质的物性分析得出，游离气所占比例较少，孔隙度对煤储层评价的意义不大。而渗透率是衡量储层渗透能力的重要参数，对基质吸附煤层气影响巨大。煤层渗透率的影响因素主要有煤化程度、煤的变质程度、地质构造运动、孔渗性、显微组分的影响、矿物含量的影响、煤体结构的影响和孔隙系统对煤储层的影响。储集量高的煤层的渗透率均集在0.01×10-3～0.10×10-3μm2，因煤层气主要吸附在基质孔隙的表面，是煤层气储积主要方式，其基质的渗透率与含气量有很大关系。

③煤层气的运移通道是煤层中的裂隙和节理，宏观裂隙是煤层构造变形的产物，常以各种角度与煤层层理面相交，高度可达数米，可出现在煤层任何部位，不受煤岩分层或条带限制。小裂隙和微裂隙是构造应力场的影响外，通常是煤化作用过程中形成的内生节理。显微裂隙密度及其展布异性就决定了煤层储气性和渗透性分布的差异。如果说孔隙是煤层气的主要储集场所和扩散渗流通道，显微裂隙则构成煤层气的层流及紊流、混合渗透区间并沟通宏观裂隙。

④韩城地区目前处于瘦煤—贫煤阶段，割理比较发育，但由于受到构造作用影响，原生的煤体结构遭到破坏，主要以碎粒煤为主，其次是糜棱煤和碎裂煤，其结构松软，强度低，渗透性差。

［1］张卫东，王瑞和.煤层气开发概论［M］.北京：石油工业出版，2013：36-70.