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走进低煤阶煤层气

2017-12-14 16:01:04 来源:中国矿业报 作者:袁远

煤层气的特点

煤层气俗称“瓦斯”,是由煤生成并赋存在煤层或含煤岩系中的烃类气体,这种烃类气体与天然气类似,主要成分是甲烷,成分较简单。煤层气的开发利用具有一举多得的功效:地下抽采可以有效减少瓦斯事故,具有安全效应;燃烧后几乎没有污染物,有效减排温室气体,具有环保效应;因此煤层气成为近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。

低煤阶与高煤阶煤层气藏储层特征对比表

什么是低煤阶煤层气

煤阶代表了煤化作用中能达到的成熟度的级别,是衡量煤变质程度的重要参数之一,煤阶是随着埋深而增加的温度改变的。当泥岩沉积被掩埋,并随着温度和压力的增加而转变成煤时,它的物理和化学性质发生了深刻的变化,“煤阶”这一概念即是用来将这一转变步骤细分成几个阶段,并且定义各个阶段相关的属性。随着煤埋藏深度的增加,煤阶在褐煤、烟煤到无烟煤之间不断变化,煤处于哪种煤阶是很重要的,一般较低煤阶的煤层将产生并保存较少的煤层气,而较高煤阶的煤层渗透率较低。一种叫做镜质体反射率测定的简单又准确的技术最常被用来确定煤阶,这种测量方法是通过确定从煤层样品中反射出来的入射光线的多少来进行的。镜质体反射率随着煤的成熟度的增加而有规则地增大,并且同煤的成分无关,我们常用镜质组反射率2%为界来区分中煤阶和高煤阶,用恒温无灰基高位发热量24KJ/kg为界来区分低煤阶和中煤阶。类似于人类的年龄,低阶煤因为年龄小、较不成熟,正处于向高阶煤发展的阶段。低煤阶煤层气就是赋存与这类低变质煤层(如褐煤、长焰煤、不粘煤)及其含煤岩系中的甲烷气体。

煤阶划分图

低煤阶煤层气的特点

煤层气开采是否具有商业价值,取决于产气率的大小、是否具有竞争力的市场价格和规模性的产量。因此,无论采取地下抽采还是地面钻采工艺,都需要有一定的气含量作为基础,并且需要依靠煤体结构、水文地质条件、煤储层本身的渗透性和解吸能力。一般来讲,低煤阶煤层气相较于高煤阶煤层气具有高渗透性与高孔隙度的优点,如果气体是汽车,那么低阶煤为气体提供了更通畅的道路通行。

(1)煤层的含气性,煤吸附甲烷的能力随煤阶的增加而呈现三段式变化,第一阶段:镜质体反射率Ro<1.3%时,煤层吸附的甲烷体积随着煤化程度的加深而增加;第二阶段:Ro在1.3%~4%时,煤层吸附的甲烷体积基本上维持同一水平,达到最大值;第三阶段:Ro>4%时,煤层吸附的甲烷体积随着煤化程度的增加而有所下降。统计结果显示,高煤阶煤层气藏含气量一般高于15立方米/吨,低煤阶煤层气藏含气量多在10立方米/吨以下。

(2)煤储层的孔隙性与渗透性主要受控于煤阶,其他影响因素只是在煤阶背景上的叠加,对于孔隙性演化的总趋势难以造成实质性的改变。煤储层的渗透性是影响甲烷分子在裂隙孔隙中渗流过程的一个重要因素,一般用渗透率来描述渗透性,渗透率作为衡量多孔介质允许流体通过能力的一项指标,是影响煤层气生产量高低的一个关键参数。一般来说,低煤阶煤层气藏的渗透率与孔隙度大于高煤阶煤层气藏。

我国低煤阶煤层气前景分析

巨大的资源赋存量决定了我国煤层气资源开采前景远大。随着美国和加拿大等国低煤阶煤层气商业开发的成功以及国内煤层气勘探开发工作的推进,低煤阶煤层气资源受到了越来越多的关注,有望成为新的研究热点和煤层气勘探开发新领域。我国煤层气资源量为36.8×1012m3,低阶煤煤层气资源量为16×1012m3,占总资源量的40%以上,其主要分布在整个西北聚气区和东北聚气区,以及华北聚气区鄂尔多斯盆地的侏罗纪与白垩纪煤层,主要包括鄂尔多斯、二连、准噶尔、吐哈、三塘湖、塔里木(含天山)、柴达木、海拉尔、三江-穆棱和阜新盆地,具有含煤盆地规模大、煤层层数多、单层及累计厚度大的特点,勘探开发前景广阔。

我国不同煤阶煤层气资源分布图

我国中高煤阶煤层气具有低渗透率、高非均质性和难脱附的特点,这些问题造成了单价产量低、经济效益较差的普遍情况,限制了常规开采技术的应用。而我国低煤阶煤层气资源量大,渗透率与解吸能力等条件明显优于中高煤阶煤层气,整体资源条件良好。珲春等地区的煤层气生产试验井已获得煤层气工业气流,准南阜康小井网工程成功产气,保德10亿产能建设,均显示了低阶煤层气良好的开发前景,未来我国煤层气勘探将呈现向低阶煤储层扩展的趋势,勘探开发前景广阔。□

(作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心)

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