煤层气开发地质条件分析

高晓

摘 要：地质条件对煤层气的开发具有十分重要的借鉴意义，了解地质特点是煤层气开发的先决条件。本文主要对地质因素对煤层气的储藏影响做了简单说明，希望能为煤层气的开发提供一定的借鉴意义。

关键词：煤层气;地质;构造;断裂

1 概述

煤层气在煤基质中主要以分子间作用力或范德华力吸附状态存在，以溶解和游离态存在的量较少。若煤层气处于吸附状态，则在无外界作用力的情况下，很难解吸或散失;游离态煤层气则很容易以气相或气水相方式逸散;溶解态的煤层气逸散能力介于二者之间，在水溶的方式下可以运移。煤气层要形成煤气藏，需要具备以下条件：盖层、水文地质、构造、岩浆活动和埋深等，所以在对煤层气开发地质条件进行分析时，应先抓住这几个关键因素，然后结合其他控制因素对其进行综合评价。

2 地质条件对煤层气储藏的影响

2.1 盖层 煤气层处于饱和或过饱和状态时，容易出现游离气相，若缺少盖层的保护，则很容易逸散到外围，而游离气的逸散会造成煤层气压强降低，从而促进吸附气解吸，进而增大煤气层逸散程度。因此，若煤层气外围存在有效盖层，则可抑制以上情况的发生。盖层的影响主要表现为：①粒度。煤层气的盖层具有细粒度的碎屑岩，且碎屑岩具有良好的排替压力和储层压力，一般来说排替压力较高而储层压力较低时，其盖层有效性较高。②韧性，盖层具有一定的韧性，如泥质岩盖层等，具有韧性的盖层在构造变形过程中不容易发生裂隙。③范围，盖层的范围分布越大越有利于提升其有效性。④厚度，煤层气的扩散性能对煤层厚度提出了要求，只有厚度超出10m的盖层，才具有良好的有效性。

2.2 水文地质 具有开发价值的煤层气需要有利的水文地质条件，煤层气吸附和富集的水文地质条件通常表现为水动力封闭和地层水超压，就开采而言，具有良好的水动力条件则有利于降压解吸，这对于煤层气的开采是极为有利的。地下水对煤层气的控制作用主要表现为以下四个方面。

2.2.1 侵占作用。侵占作用是指地下水占据煤层孔隙空间，从而影响了煤层气的存在状态。煤层气在煤层中以吸附状态为主，因此水体的侵占作用对煤层气存在状态的影响较小。

2.2.2 封闭作用。静态水体是一种密闭介质，可与煤层气在煤层孔隙中形成稳定的气-液两相界面，从而抑制游离态煤层气的逸散。水力封闭作用通常发生在水体深部，主要通过压力传递封闭作用，阻止吸附态煤层气向游离态转化，使煤层气得到储集。

2.2.3 运移作用。地下水处于动态时，可对煤层气起到运移作用。这种运移作用主要是通过两种方式来实现的，一种是流动的水体有利于煤层气的降压解吸，煤层气由吸附态转为游离态，可在煤层空裂隙中流动;第二种是溶解于地下水体中的煤层气可随水体一起运移。运移作用多发生在导水性较强的断层构造发育地区。煤层气开采中应重点考虑第一层的运移作用，防止煤层气的流失浪费。

2.2.4 封堵作用。煤层气扩散方向为由下而上，而地下水由上而下的渗透则可起到封堵作用，促进煤层气的聚集。水体的这种作用主要存在于不对称向斜或单斜中。

2.3 构造条件 在自然状态下，煤层气会由浓度高的部位向浓度低的部位扩散、运移，而褶皱会形成封闭的储集场所，断层也会截断煤层的接触关系，非渗透性的岩石与之一起阻止或减缓了煤层气的运移。

2.3.1 构造升降运动对煤层气的影响。构造升降运行对地层的温度、压强具有直接影响，而温度或压强的改变就会打破煤层气原有的吸附平衡，从而影响煤层气的储集。一般情况下，深层煤区的含气量较多，除与煤层深度大有利于煤层气的生成外，还与构造抬升、有效地层厚度变薄，不利于煤气层富集有关。

2.3.2 褶皱对煤层气的影响。褶皱对煤层气同时具有聚集和释放的作用。岩层褶皱区煤层裂隙和孔隙比较密实，对下层煤层气的逸散起到了良好的阻止作用;另一方面，褶皱区的岩层在斜下层弯矩作用下，会在张力的拉伸下变薄，从而产生断裂或褶皱面，这就扩张了煤层中的孔隙，煤层气储集空间的扩大对吸附态煤层气的解吸起到了促进作用。

2.3.3 断裂对煤层气的影响。断裂对煤层气的储集影响较为复杂，这主要是由于断裂类型不同，对煤层的完整性、封闭条件、煤体结构、孔渗性的影响不同。一般正断层的封闭性较差，属于开放性断裂;而逆断层的封闭性较好，为压扭型断裂;断裂规模大，持续时间较长的煤层多为高渗层，对煤层气的储集不利，这是因为断裂较宽，而充填较少，周边裂隙的发育促进了煤层气的逸散;相反，断裂规模小，持续时间短的煤层则有利于煤层气的储集。断裂构造为岩浆岩的侵入提供了通道，岩浆岩侵入后形成岩床，减少了煤层气的储集量。

2.3.4 岩浆岩对煤层气的影响。岩浆岩的侵入伴随着高温烘烤和高压挤压，这对煤层气的生产、运移和赋存具有直接影响。岩浆岩对煤层气储集的影响主要表现在以下三个方面：首先，成气方面。岩浆岩是高温高压，且富含挥发性组分的硅酸盐熔融体，岩浆侵入煤层，在接触变质和区域热力变质双重作用下，煤层分子组成发生改变，主要表现在芳香族稠环的缩合度提高，而烷基的侧链和含氧官能团则在高温高压的作用下发生脱落，形成小分子的气态烃，增加煤层气的含量。其次，储运方面。高温高压岩浆的侵入，提高了煤层的孔隙和裂隙度，提高了煤层的渗透性和储运能力。岩浆的侵入增大了煤层孔隙，扩展了煤层气的储藏空间，使大量煤层气储集在接近岩浆周围的煤层孔隙中;另外岩浆的温度高，压力大，且富含的挥发性组分在热力烘烤的作用下更易释放气体，造成岩浆周围煤层的气压明显高于其他地区，这种高压作用在裂隙上，会扩展裂隙的开口和延伸程度，有利于气体的转移。而岩浆温度降低后，周围气压减小，大量煤层气回流，集中在岩浆岩周圍的裂隙中。最后，圈闭作用。岩浆侵入煤层阻止煤层气的移动通道，从而对煤层气起到圈闭作用。岩浆在侵入煤层过程中，受侵入环境的影响，会形成裂隙不发育的封闭遮挡物;另外岩浆还能与构造、地下水等因素相结合，形成对煤层气藏的复合圈闭。

3 总结

地质条件对煤层气形成的影响是复杂的，如盖层、水文、构造等都会对煤层气的储集产生影响，做好地质条件的研究工作，对于煤层气的开发具有十分重要的指导意义。

参考文献：

[1]徐宏杰.贵州省薄—中厚煤层群煤层气开发地质理论与技术[D].中国矿业大学，2012.

[2]赵柯.煤层气开发的地质因素分析[J].科技资讯，2014（29）：68.

[3]郭明辉.地质构造对煤层气井产能的控制研究[J].内蒙古煤炭经济，2014（05）：159+171.