浅谈煤层气藏保存条件
出处：论文网
时间：2006-09-04
【摘要】本文主要论述了保存条件对于煤层气藏的作用及其重要意义，保存条件主要指盖层的封盖能力、水动力条件和构造运动等因素。在地质历史中，上述地质作用主要是通过改变地层的温压条件而改变吸附与解吸和吸附与溶解之间的平衡，挖制地层中的煤层气赋存形式，从而影响煤层气的保存。文中最后以大城地区为例综合评述了煤层气藏的保存条件及受各种因素的影响程度。
煤层气藏与常规天然气藏不同：煤既是气源岩，又是储集岩。一般来讲，煤
的生气量很大，从长焰煤开始，累积生气量都在50ｍ?３／ｔ以上，Dｅｃｋｅ
ｒ（１９８７)认为煤的生气量比其保存的气量要高8～１０倍，也就是说煤的生
气量远远超过现今各煤层的实际含气量(一般为5～２０ｍ?３／ｔ)，这主要是
由于煤岩自身的吸附能力和保存条件的不同造成的。
１ 较强的吸附能力是煤层气富集的前提
煤层气以溶解气、游离气和吸附气三种方式赋存于煤层的双孔隙系统中：割
理系统和微孔隙系统。割理孔隙度一般都较小且被水充满，溶解气、游离气较少
，煤层气主要以吸附状态存在于煤的基质微孔中，吸附气占总含气量的90～９５
％以上，正是由于煤的这种吸附特性决定了煤的储集能力。
在地层条件下，吸附气、游离气和溶解气处于一种动态平衡过程中，在达到
吸附平衡后，吸附量是压力和温度的函数。但煤对气体的吸附属于物理吸附，吸
附与解吸是可逆的，当温度和压力条件改变后，吸附量也会改变：当压力下降或
温度升高时，吸附气就会解吸，转化为游离气。同样，在地层水交替作用下，原
有的平衡条件也会被打破而使吸附气越来越少。由于吸附气的活性较游离气和溶
解气弱得多，更易保存，因此煤的吸附能力越强，吸附量越大，越有利于煤层气
的保存。各种地质作用就是通过改变吸附与解吸及吸附与溶解的关系而影响煤层
气的保存。
２ 良好的封盖条件是煤层气保存的重要因素
煤层气属于自生自储式，不需要初次运移，这就要求自生气开始，就需要有
良好的封盖条件才能使煤层气得以保存。盖层对于煤层气藏的作用主要是维持吸
附与解吸的平衡，减少游离气的逸散和减弱交替地层水的影响。泥页岩、盐岩、
膏岩及致密碳酸盐岩等，如其透气性差，就可以形成良好的封盖层而有效地阻止
煤层气的垂向运移，有利于煤层气的保存。
煤层气通过盖层逸散主要有两种方式：一是渗流运移，一是扩散运移，究竟
以那种方式运移主要由上覆岩层的封盖性能控制：(1)上覆岩层如果是超致密层
，即良好的盖层，其排替压力大于煤层中流体剩余压力(图1ａ)，具有良好的毛
细封闭能力，则气体只以扩散方式运移，其运移速度是相当缓慢的，煤层气逸散
量可用岩石的扩散系数等参数估算；(2)当煤层中剩余压力大于上覆盖层排替压
力时，气体则以渗流的方式运移(图1ｂ)，气体逸散速度与气体的有效渗透率及
剩余压差有关，剩余压差越大或气体的有效渗透率越高，则逸散越快，此时主要
是游离气体逸散，当煤中压力小于盖层的排替压力时，逸散即告结束，如果气源
充足，此过程则重复进行，如超压很高则有可能产生微裂缝而使气体呈间歇式散
失；如果煤层中没有游离气，而是由于静水压力引起的超压，则只有扩散运移，
也就是说在没有压降时，吸附气难以解吸而进行逸散；(3)如果上覆岩层是渗透
层(如砂岩或裂隙性泥页岩等)，排替压力很小，扩散运移快，气体则会向砂岩中
运移，再加之水动力的影响，煤中吸附气也会从基质中解吸出来转移到渗透层中
去(图1ｃ)；(4)如果上覆岩层是具有生气能力强的烃源岩，则会阻止煤层甲烷气
向上逸散，甚至会向煤层中输入天然气(图1ｄ)。总之，盖层的质量越好，封盖
能力越强，煤层气只以扩散方式运移，逸散很慢，盖层盖，失去毛细封闭能力，
气体则以渗流方式运移，逸散速度快。
煤层气藏与常规天然气藏不同：煤既是气源岩，又是储集岩。一般来讲，煤
的生气量很大，从长焰煤开始，累积生气量都在50ｍ?３／ｔ以上，Dｅｃｋｅ
ｒ（１９８７)认为煤的生气量比其保存的气量要高8～１０倍，也就是说煤的生
气量远远超过现今各煤层的实际含气量(一般为5～２０ｍ?３／ｔ)，这主要是
由于煤岩自身的吸附能力和保存条件的不同造成的。
１ 较强的吸附能力是煤层气富集的前提
煤层气以溶解气、游离气和吸附气三种方式赋存于煤层的双孔隙系统中：割
理系统和微孔隙系统。割理孔隙度一般都较小且被水充满，溶解气、游离气较少
，煤层气主要以吸附状态存在于煤的基质微孔中，吸附气占总含气量的90～９５
％以上，正是由于煤的这种吸附特性决定了煤的储集能力。
在地层条件下，吸附气、游离气和溶解气处于一种动态平衡过程中，在达到
吸附平衡后，吸附量是压力和温度的函数。但煤对气体的吸附属于物理吸附，吸
附与解吸是可逆的，当温度和压力条件改变后，吸附量也会改变：当压力下降或
温度升高时，吸附气就会解吸，转化为游离气。同样，在地层水交替作用下，原
有的平衡条件也会被打破而使吸附气越来越少。由于吸附气的活性较游离气和溶
解气弱得多，更易保存，因此煤的吸附能力越强，吸附量越大，越有利于煤层气
的保存。各种地质作用就是通过改变吸附与解吸及吸附与溶解的关系而影响煤层
气的保存。
２ 良好的封盖条件是煤层气保存的重要因素
煤层气属于自生自储式，不需要初次运移，这就要求自生气开始，就需要有
良好的封盖条件才能使煤层气得以保存。盖层对于煤层气藏的作用主要是维持吸
附与解吸的平衡，减少游离气的逸散和减弱交替地层水的影响。泥页岩、盐岩、
膏岩及致密碳酸盐岩等，如其透气性差，就可以形成良好的封盖层而有效地阻止
煤层气的垂向运移，有利于煤层气的保存。
煤层气通过盖层逸散主要有两种方式：一是渗流运移，一是扩散运移，究竟
以那种方式运移主要由上覆岩层的封盖性能控制：(1)上覆岩层如果是超致密层
，即良好的盖层，其排替压力大于煤层中流体剩余压力(图1ａ)，具有良好的毛
细封闭能力，则气体只以扩散方式运移，其运移速度是相当缓慢的，煤层气逸散
量可用岩石的扩散系数等参数估算；(2)当煤层中剩余压力大于上覆盖层排替压
力时，气体则以渗流的方式运移(图1ｂ)，气体逸散速度与气体的有效渗透率及
剩余压差有关，剩余压差越大或气体的有效渗透率越高，则逸散越快，此时主要
是游离气体逸散，当煤中压力小于盖层的排替压力时，逸散即告结束，如果气源
充足，此过程则重复进行，如超压很高则有可能产生微裂缝而使气体呈间歇式散
失；如果煤层中没有游离气，而是由于静水压力引起的超压，则只有扩散运移，
也就是说在没有压降时，吸附气难以解吸而进行逸散；(3)如果上覆岩层是渗透
层(如砂岩或裂隙性泥页岩等)，排替压力很小，扩散运移快，气体则会向砂岩中
运移，再加之水动力的影响，煤中吸附气也会从基质中解吸出来转移到渗透层中
去(图1ｃ)；(4)如果上覆岩层是具有生气能力强的烃源岩，则会阻止煤层甲烷气
向上逸散，甚至会向煤层中输入天然气(图1ｄ)。总之，盖层的质量越好，封盖
能力越强，煤层气只以扩散方式运移，逸散很慢，盖层盖，失去毛细封闭能力，
气体则以渗流方式运移，逸散速度快。
著名的圣胡安盆地煤层气资源量达1?4×１０??１２?ｍ?３，这与水果 地组煤层之上巨厚的柯特兰页岩的封盖有直接的关系。萍乐含煤区中龙潭组B煤 组之上为泻湖海湾环境形成的泥页岩，厚82?2ｍ，岩性致密，区域分布稳定， 是良好的盖层，煤层含气量最高达25?3ｃｍ?３／ｇ，平均达10ｃｍ?３／ｇ ，C煤组之上的长兴灰岩岩溶裂隙发育，地下水活跃，封盖性很差，其含气量仅 达0?02～１?０ｃｍ?３／ｇ，平均为0?38ｃｍ?３／ｇ，由此可见，对于煤 层气藏，煤层气的富集必需具有良好的封盖层。 ３ 地层水弱交替区或交替水阻滞区有利于煤层气的保存 除了需要良好的盖层之外，煤层气藏的形成还需要有一个较稳定的水动力条 件，它直接影响着地层液体压力分布及流体的运移，由此改变吸附气与溶解气和 游离气间原有的平衡，从而影响到煤层气的保存。 水动力影响煤层气的保存主要表现在以下几种类型：(1)如果煤层顶部岩层 为渗透层，且地层水交替强烈，由于煤岩基质(吸附气赋存的微孔隙)和地层水中 存在较大的浓度梯度，煤岩中甲烷气则不断地被交替地层水带走而难以保存在煤 层中；(2)如果地层水处于阻滞状态，且渗透层自身具有良好的保存条件，煤层 气则可能会在渗透层中聚集形成煤成气藏；(3)如果煤层具较好的渗透性，且出 露地表接受地层水补给，上下没有良好的盖层，煤层气则会随着地层水的运移而 散失；(4)如果存在良好的顶底板条件，则会在向斜轴部或单斜底部形成超压区 ，有利于煤层气的保存，在煤层渗透性较差，水动力较弱时，煤层气则会由煤层 低部位向高部位运移，如具有封闭能力，则可能在上倾方向聚集成藏。
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