煤儲層特征

1.煤儲層孔隙特征及發(fā)育機制煤儲層是由孔隙、裂隙組成的雙重結(jié)構(gòu)孔隙系統(tǒng)（Kulander et al.，1993；Laubach et al.，1998）。煤層被理想化為由一系列裂隙切割成規(guī)則的含微孔隙的基質(zhì)塊體，煤中的基質(zhì)孔隙，是吸附態(tài)和游離態(tài)煤層氣的主要儲集場所，氣體的吸附量與煤的孔隙發(fā)育程度和孔隙結(jié)構(gòu)特征有關(guān)。煤基質(zhì)孔隙孔徑小，數(shù)量多，是孔內(nèi)表面積的主要貢獻者，為煤層氣的儲集提供了充足的空間，煤儲層的裂隙系統(tǒng)是煤中流體滲透的主要通道。煤基質(zhì)的孔徑分類，有兩種劃分方案：第一種是Ходот（1966）的分類方案，該方案是在工業(yè)吸附劑的基礎(chǔ)上提出的，主要依據(jù)孔徑與氣體分子相互作用的特征按孔徑大小將煤孔隙分成大孔（＞1000nm）、中孔（100～1000nm）、小孔（10～100nm）、微孔（＜10nm）；第二種方案是國際理論應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會1972年提出的分類方案，按孔徑大小將煤孔隙分成大孔（＞50nm）、中孔（2～50nm）、微孔（0.8～2nm）和亞微孔（＜0.8nm）。目前煤炭研究部門多采用第一種分類方案，而煤層氣研究為了側(cè)重納米孔隙多采用第二種分類方案。煤的孔徑分布與煤的變質(zhì)程度密切相關(guān)，褐煤（Ro≤0.5%）的孔徑大小分布較為均勻，其中9×103～9×104nm的大孔和2～10nm的中孔明顯占多數(shù)，具有較高的孔隙度，分布范圍為5%～25%。高變質(zhì)煤，如瘦煤、無煙煤（Ro＞2.5%），微孔占大多數(shù)，中孔、大孔僅占10%左右，孔隙度較低，一般小于10%，多小于6%。高煤階煤巖中次生孔隙發(fā)育，能夠形成中孔和微孔，使得高階煤的孔隙度增加（圖 11-4）。Bustin 等（1998）所進行的CO2等溫吸附實驗顯示，隨煤級增高，煤樣的微孔孔容和表面積先減后增，在煙煤階段出現(xiàn)最小值（圖11-5）。圖11-4 阜新盆地低煤階煤（左）與沁水盆地高煤階煤（右）掃描電鏡下孔隙結(jié)構(gòu)對比2.煤儲層裂隙系統(tǒng)與滲透率煤儲層裂隙的分類主要考慮裂隙大?。ㄒζG斌等，2007）、裂隙成因、裂隙的形態(tài)等。目前采用得較多的是綜合形態(tài)和成因的分類方案（蘇現(xiàn)波，1998），即將裂隙劃分為內(nèi)生裂隙（割理）、外生裂隙和繼承性裂隙3類。內(nèi)生裂隙發(fā)育與煤巖組分和煤化程度密切相關(guān)，一般只發(fā)育在鏡煤和亮煤分層中，不切穿上下分層。一般認為，內(nèi)生裂隙是煤中凝膠化物質(zhì)在煤化作用過程中受溫度、壓力的影響，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，體積收縮，引起內(nèi)張力而形成的，部分受到構(gòu)造應(yīng)力作用的影響。中變質(zhì)階段煤的內(nèi)生裂隙最發(fā)育，低變質(zhì)煙煤和高變質(zhì)無煙煤階段逐漸減少。內(nèi)生裂隙可以分為兩組大致相互垂直的主內(nèi)生裂隙（面割理）和次內(nèi)生裂隙（端割理）。外生裂隙是指煤層在較強的構(gòu)造應(yīng)力下產(chǎn)生的裂隙，按成因可分為剪性外生裂隙、張性外生裂隙和劈理。繼承性裂隙兼有內(nèi)生裂隙和外生裂隙的雙重性質(zhì)，屬過渡類型。圖11-5 不同Ro煤儲層孔隙度（據(jù)Rodrigues et al.，2002）煤裂隙的發(fā)育程度及地應(yīng)力雙重作用控制了滲透率的大小。含煤盆地煤儲層的滲透率變化較大，一般隨深度增加而呈指數(shù)遞減（圖11-6，圖11-7）。近地表煤儲層滲透率可達1000×10-3μm2，600～1000m滲透率降到0.1×10-3μm2左右，再往深部遞減速度減小。不同盆地、同一盆地不同區(qū)塊滲透率變化趨勢不同（Law，1993）。美國圣胡安盆地1A區(qū)塊、1B區(qū)塊＋1C區(qū)塊、2區(qū)塊、3區(qū)塊煤儲層滲透率分別為（15～60）×10-3μm2、（10～35）×10-3μm2、（5～25）×10-3μm2、＜5×10-3μm2，滲透率呈減小的趨勢；美國粉河盆地主力煤層 Fort Union 組滲透率較大，分布在（35～1000）×10-3μm2之間（Ayers，2002）。中國沁水盆地高變質(zhì)煤滲透率，相對于其他盆地偏低，分布范圍為（0.01～5.75）×10-3μm2；鄂爾多斯盆地東緣煤儲層滲透率分布范圍為（0.02～85）×10-3μm2。圖11-6 煤儲層滲透率隨深度的變化圖11-7 實驗室模擬不同圍壓條件下煤儲層滲透率變化
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。