煤层地质学范文第1篇

1合层投球水力压裂原理及影响因素

多煤层发育区的合层压裂投球技术主要是针对非均质性差异性大的储层进行的。投球的目的一方面是限制某些孔的流量，另一方面是使施工压力上升，使储层的改造相对均一。为了确定合层水力压裂的投球数，首先需对合层投球水力压裂的裂缝形态的影响因素进行分析。

1．1合层投球水力压裂原理合层投球水力压裂是基于间距较小、非均质性差异相对比较大的两层或多层煤为前提，把井筒作为一个密闭系统，通过地面高压泵把液体注入井筒，当达到煤层某些地方的破裂压力时，首先破裂进行延伸，为防止裂隙闭合，并进行加支撑剂操作来支撑裂缝。因煤储层非均质性强，岩石力学性质差异性大，势必造成在煤层某些段裂缝延伸较远，某些煤层段裂缝延伸较近，为了限制这些裂缝延伸远的继续延伸，同时使裂缝延伸近的能够进一步延伸扩展，此时投入一定数量的尼龙球（也可以是其他材料制作的球），把裂缝容易延伸的那部分孔眼堵塞，迫使施工压力和有效排量发生改变，达到改造初始裂缝延伸距离近的那部分层段的目的。因此，能否使初始裂缝延伸近的层段进一步得到改造，合理的投球数是决定因素。其压裂原理如图1所示。

1．2合层投球水力压裂裂缝形态的影响因素合层投球水力压裂是在三维空间地质体中进行的，压裂时裂缝形态的影响很多，主要影响因素有煤岩力学性质、地应力特征、围岩特征、构造地质条件、施工泵注参数等。

1．2．1煤岩力学性质及煤层段非均质性对压裂裂缝形态的影响合层投球水力压裂作用的对象主要是煤层段，水力压裂主要是靠挤聚力在煤层的弱面首先开裂。煤储层的非均质性较强，当煤层段岩石力学性质差别不大时，水力压裂时，煤层段的弱面不明显，无效孔眼很少，几乎没有，这种情况下，储层的改造相对比较均一，几乎不需要使用投球。当煤层段岩石力学性质差异较明显时，水流主要在弱面中进行流动，起不到煤层段整体改造的效果，此时，当压裂一段时间后，则需要使用投球技术封堵住一部分孔眼，即那些流量相对比较大的孔眼，因前段时间的压裂已经在弱面中加入了一定量的支撑剂，通过封堵，则可能在岩石力学性质相对较大的煤层段进行储层改造，进而达到均一改造的目的。

1．2．2地应力特征性对压裂裂缝形态的影响原始状态下，煤岩体受到垂直方向和水平方向三轴应力的作用。水力压裂时，裂缝形态不仅受到煤岩本身力学性质等方面的影响，还与三轴应力的大小和方向有关。当煤层段裂隙不发育时，可把其近似看作一均质体，压裂时，首先将在与最小应力垂直的方向上发生张裂，然后在平行于最大应力方向上进行延伸；当煤层段裂隙发育时，裂缝延伸受控于裂隙方向、煤岩强度、应力大小等的共同作用，即看裂隙的正应力与应力的大小关系，正应力若为最小应力，则将沿着裂缝延伸，正应力若不是最小应力，则将沿着原始裂隙与最大应力之间进行延伸。

1．2．3围岩特征性对压裂裂缝形态的影响围岩力学性质与煤层力学性质的差异性及应力剖面在一定程度上也影响着裂缝形态。当围岩力学性质明显高于煤层段时，压裂时很难突破顶、底板限制，压裂裂缝仅在煤层段进行延伸；当围岩力学性质与煤层段力学性质差别不大时，压裂时裂缝可能突破顶、底板的界限，在围岩中进行延伸。

1．2．4构造地质条件对压裂裂缝形态的影响褶皱构造发育的地区，一方面改变了煤岩体的裂隙发育、煤岩力学性质；另一方面可能造成应力的集中和分散，进而对压裂时裂缝产生影响。断层构造发育的地区，使断层附近的应力发生改变，煤体结构、煤岩力学性质等发生改变，这些都影响着压裂时裂缝延伸形态。

1．2．5施工泵注参数对压裂裂缝形态的影响施工泵注参数主要包括压裂规模、施工排量、砂比等。压裂规模越大，裂缝在长度、宽度及高度三维方向均有不同程度的扩展；施工排量不仅影响施工过程中的携砂能力，施工排量的增加引起净压力的增加；在一定程度上，提高砂比就意味着降低支撑剂裂缝的宽度。这些都影响着压裂时裂缝的形态。

2合层投球水力压裂地质模型

通过合层投球水力压裂裂缝形态的影响因素可知，应力状态、煤岩本身、泵注参数等对压裂裂缝形态影响最大，笔者也主要基于这几方面建立合层投球水力压裂的地质模型。成煤环境的复杂性、多期性以及构造运动，导致煤层段的煤岩力学性质具有一定的差异性。当成煤过程及成煤后煤层段遭受的构造运动不强烈时，煤层段的变形不太强烈，即煤层段主要以硬煤为主，但由于受到了构造运动，煤层段岩石力学性质有一定的差异，导致一次压裂时有部分煤层段可能压不开，为了让整个煤层段几乎能全部压开，则可实施投球技术进行压裂，地质概念模型如图当煤层段形成过程、形成后遭受的构造运动强烈程度不同时，导致煤层段岩石力学性质差异性较大时，即软煤（碎粒煤和糜棱煤）和硬煤共存，第一次压裂时，大部分压裂液进入软煤，压裂效果不甚理想，为了在硬煤中进行压裂，则需要使用投球技术，此类情况的地质概念模型如图3所示。水力压裂时，裂缝可能突破顶、底板进入围岩，裂缝延伸比较复杂，笔者所建模型主要基于裂缝，仅在煤层中延伸。

3合层水力压裂投球数的确定

煤岩力学性质、地应力特征等的差异性，导致水力压裂时有效孔数不同，这些决定了在合层投球水力压裂时投球数的不同。

3．1投球数数理模型计算思路不管是软、硬煤岩互层还是力学性质差异的硬煤互层，投球数计算思路可表述为：1）根据测井资料对煤体结构进行划分，得出硬煤（原生结构煤和碎裂煤）和软煤（碎粒煤和糜棱煤）或不同硬煤厚度及应力剖面。2）根据地应力、煤岩力学特征、煤层特征、泵注参数等确定水力压裂时有效孔数量。3）同样泵注井口压力下，要使其能在硬煤中裂缝开启并延伸，同时又不能造成压裂时压力过大，无法施工，在96型射孔弹射孔条件下，根据孔眼摩阻线解图，结合水力压裂的最大排量，得出不同投球数下的施工压力。4）根据硬煤岩石力学性质、破裂压力、软煤岩石力学性质及泵注压力，确定出投球数与硬煤破裂延伸的关系。5）根据软、硬煤厚度、岩石力学性质、泵注参数等，最终确定出能在软、硬煤中都得到延伸的投球数，其计算思路如图4所示。

3．2投球数数理模型投球数建模基于以下假设：1）煤层是连续、稳定、水平的。2）水力压裂时无法突破顶、底板围岩。3）忽略压裂液在储层中流动过程时煤体颗粒对其的阻碍作用。4）忽略顶底板的影响。5）忽略压裂段上下之间的液柱压差及液体的滤失。6）软硬煤层划分以后为相对均质的。7）压裂液在各个有效孔眼中的流量相同。当硬、软煤层共存时，含有多层软硬层和只有两层软硬煤层的确定原理相同。在此，以两层进行论述。根据测井曲线，设煤厚度分别为m1、m2，孔密为16孔／m。则孔的数量为：n＝［16（m1＋m2）］（1）式中n表示射孔数，个；［］表示取整。一般情况下，煤层中的天然裂隙几乎不可能是完全联通的，要使裂缝延伸比较远，施工压力必须达到无裂缝时，新裂缝形成的极限条件，施工压力达到，对于含有软煤层时，在N满足式（13）的同时，应尽量将软煤层完全封堵。

4应用效果评价

4．1煤储层及地质概况笔者以淮北矿区芦岭矿某煤层气垂直井8＃＋9＃煤层合层投球水力压裂来检验理论的适用性。芦岭矿位于皖北宿州市东南约20km处，本区煤储层及主力可采煤层有8＃、9＃和10＃煤层。8＃和9＃因距离较近可进行合层压裂。芦岭矿某煤层气垂直井8＃和9＃煤储层基本参数如表1所示。4．2现场应用效果评价首先根据测井曲线得出8＃＋9＃煤层软煤厚度为3．5m，硬煤厚度分别为4m和4．45m；第一次压裂时施工压力为14．2MPa，结合该区地应力资料和表1数据，利用投球数计算模型，得出压裂时压裂液主要进入了软煤层以及抗张强度较小的煤层；为了把硬煤层压开，进行了理论计算，同时考虑施工极限压力35MPa，当施工压力达到极限压力时，投球数为158个，当刚好将硬煤层压开时，投球数为45个。根据软煤层厚度，当将软煤层全部封堵时，投球数为56个。所以，投球数介于45～158个之间，并且尽可能接近56个。实际中投球数为53个，现场合层施工压力曲线如图5所示。合层压裂后进行了试采气，排采半年多时间，该井产气量能维持在800m3／d左右，在含气量不到10m3／t的情况下能维持这样的产气量，在一定程度上说明了合层投球压裂具有一定的效果。

煤层地质学范文第2篇

【关键词】水文地质;煤层气;富集;煤阶

在煤层气富集成藏和煤层气开发研究中水文地质研究具有十分重要的意义，其中地下水水动力系统和水化学特征研究是分析水文地质对煤层气富集影响的重点内容。

1 地层水含量与煤层气吸附量的关系

地层水含量是水文地质研究中首要考虑的内容，在煤层中，煤对水和甲烷的吸附作用是同时存在的。由于煤孔隙表面吸着水或薄膜水分的存在，必定影响到煤对甲烷气体的吸附能力与吸附量。此地层水含量较高会在一定程度上造成煤层吸附气的降低， 不利于煤层气的富集。

2 水动力条件对煤层气富集的影响

水动力条件是水文地质对煤层气富集影响中的关键因素之一，这种影响是两方面的，既有积极的影响也有负面的影响。根据地层水的流动状态，可将地下水动力系统划分为强交替区带、弱交替区带、供水区带、滞缓区带、滞留区带及泄水区。其中，滞缓类和滞留类中都存在的一种亚类-封闭亚类所有水文条件中最适合煤层气生成及储藏的一类，同时对于勘探工作而言，这类水文条件也是非常适宜的。对中、高煤阶而言，滞流区是最常见的煤层气富集区域，这在以往大量的勘探和生产经验中已经获得了证实;而对于低煤阶而言，最佳的煤层气富集区是缓流区域。此外，强交替区带和泄水区带由于水动力较大，对煤层气产生了较强的负面影响，在这两种区域内通常少见煤层气的富集。

2.1 地下水动力条件对含气量的影响

煤层中流动的地下水动力对煤层气的含量影响很大， 流动水对煤层长期冲洗必将导致煤层气的大量散失。在平面上和剖面上，水动力条件强的地区，煤层气的含量小;相反，在水动力不活跃地区，或滞流水区域， 煤层气的含量则比较高。另外，在煤矿生产实践中，很多现象也表明：地下水活跃地区瓦斯涌出量小，反之瓦斯涌出量就大。

在特定条件下水动力系统还可促进次生生物气的生成，形成煤层气的特殊来源。其原因在于雨水携带着大量的细菌种群进入可渗透煤层中，这些菌群由于自身的代谢和降解作用而产生了大量的甲烷气体，在条件合适的前提下，这种气体可能会达到一个很高的产量。

2.2 水动力条件的控气特征

水动力条件不仅对煤层气的含量和碳同位素有影响，还是煤层气富集成藏的一个重要因素。地下水动力学条件的控气特征可概括为水力运移逸散、水力封闭与水力封堵作用，其中，水力封闭和水力封堵作用有利于煤层气保存，水力运移逸散作用则会导致煤层气的散失。

2.2.1 水力运移控气作用

水力运移逸散控气作用常见于导水性强的断层构造发育地区，通过导水断层或裂隙沟通煤层与含水层水文地质单元的补、径、排系统，含水层富水性与水动力强，含水层与煤层水力联系较好。在地下水的运动过程中，地下水携带煤层中气体运移而逸散，常形成煤层气贫瘠区。

2.2.2 水力封闭控气作用

水力封闭控气作用对煤层气富集而言是一个非常有利的条件，它多发生在构造简单、断层不甚发育的宽缓向斜或单斜中，其特点主要有：

（1）断裂构造具有阻水的性质，煤系地层上部和下部存在良好隔水层;

（2）区域水文地质条件简单，煤层直接充水，含水层多为煤系中砂岩裂隙水，含水性微弱，渗透系数低，地下水迳流缓慢甚至停滞;

（3）地下水以静水压力、重力驱动方式流动，地下水是封闭状态，煤层气受水力封闭作用而富集。

此类型是我国许多煤层气富集区的代表类型，如非常著名的沁水盆地。该地区有多个水力系统，主要受控于分水岭，其盆地南部为汇水区，呈单斜向盆地内延伸，断层不发育。下图中描述的是沁水盆地南部水文地质构造，可以明显的看出，这种地质条件条件阻止了煤层气向浅部扩散，水流趋于停滞。在浅部补给区是煤层气逸散带，含气量低;深部滞流带地下水迳流缓慢，形成煤层气的有利聚集区。

图1 沁水盆地南部煤层气水动力富集机理

2.2.3 水力封堵控气作用

水力封堵控气作用多见于不对称向斜的地质情况，也是形成煤层气富集的主要主要原因之一。在一定压力差条件下，煤层气从高压力区向低压力区渗流，或者说由深部向浅部渗流。压力降低使煤层气解吸，因此在煤层露头及浅部形成煤层气逸散带。如果含水层或煤层从露头接受补给，地下水顺层由浅部向深部运动，则煤层中向上扩散的气体将被封堵， 致使煤层气聚集富集成藏，形成煤层气富集有利区。

3 水化学特征对煤层气富集的影响

地下水的水化学特征对煤层气的生成和富集成藏都有重要影响，本文选取两种最主要的化学因素进行分析，即：

3.1 地层水pH值对煤层气的影响

在煤层气生成过程中，甲烷菌的生长需要合适的地化环境，首先是足够强的还原条件，一般Eh

3.2 地层水矿化度对煤层气富集的影响

地层水的矿化度可以作为反映煤层气运、聚、保存和富集成藏的一个重要指标，在一定矿化度条件下，地层水的循环表现为由高矿化度区向低矿化度区运动，高矿化度区往往为地层水补给区。而且地层水高矿化度还将导致水头压力增大，可以在一定程度上促进煤层气的吸附。根据实践经验的总结，矿化度同煤层气富集之间的关联主要表现为：对于高煤阶而言，较高的矿化度对煤层气的富集产生更多的正面影响，影响程度还同该区域的其他地质参数有关，而对于低煤阶而言，低矿化度则更有利于煤层气的富集。

4 结语

综上所述，煤层气从生成到富集的整个过程都受到了地下水文地质条件的影响，因此，该方面的研究对于煤层气的勘探和开发都有着重要的意义，目前我国在此领域同国际先进水平相比仍比较落后，是煤矿及伴生资源综合高效利用的短板所在。本文针对地下水文地质的不同条件同煤层气富集之间的关联进行较为深入的研究和对比分析，以期提高我国煤炭资源综合利用的水平。

参考文献：

[1]刘阳华，曹立刚，赵晓华，等.煤层气与地下水的赋存及运动特征对比[J].中国煤田地质，2002（2）.

[2]王勃，李谨，张敏.煤层气成藏地层水化学特征研究[J].石油天然气学报，2007（5）.

[3]刘洪林，李景明，王红岩，等.水文地质条件对低煤阶煤层气成藏的控制作用[J] .天然气工业，2008（7）.

煤层地质学范文第3篇

1物性特征

煤岩作为煤层气的源岩和储层,是孔隙和割理-微 裂隙双重孔隙介质。由于煤层气在储层中要经过吸附、 解吸、渗流、扩散等过程才能被采出,因此,与常规的砂 岩储层相比,煤层气储层的储集性能除了受到孔隙度 和渗透率的影响外,还受到割理、外生裂隙、微裂隙的 影响。煤岩的孔渗性是衡量储层储集和流通性能的重 要特征。 目前国内通常引用前苏联学者霍多特的煤岩孔隙 度分类方法,即将煤中孔隙分为大孔、中孔、小孔(过渡 孔)、微孔4类。煤岩既有大量的微孔,又有显微裂隙和 宏观裂隙,可以简化为“双重孔隙”结构模型或“三元裂 隙-孔隙”结构模型[4]。 煤储层的孔隙性包括孔隙度、孔隙结构、孔径分 布、孔隙连通性等,受煤阶、煤岩组成、煤层结构等因素 影响很大。煤层气的吸附及扩散、渗透能力都与煤储层 的孔隙性密切相关。煤储层的总孔隙空间由气体液体 能进入的有效孔隙空间和完全封闭的孤立孔隙空间 (“死孔”)构成[4]。煤层气主要储存于早煤基质孔隙中, 在宏观裂隙或者外生裂隙中运移,而显微裂隙(割理或 内生裂隙)能沟通孔隙和宏观裂隙,改善储层连通性, 孔隙是煤层气的主要储集空间和扩散渗流通道[3]。 煤层的渗透率主要取决于其压实程度及裂隙系统 的发育程度,而裂隙系统又受构造作用的控制,它是衡 量可采性的重要指标。一般随煤层埋深和热演化程度 的加深,煤层孔隙半径变小,渗透性变差,当煤层的割 理发育且相对开启时,渗透性变好[5]。煤基质收缩膨胀 或有效应力变化导致的煤基质自调节效应,造成煤储 层渗透率在煤层气排采过程中呈规律性变化[6-7];影响 渗透率的另一个重要因素就是喉道,具有很明显的“短 板效应”,无论总孔隙度有多大,喉道的大小和形状决 定了煤岩的渗透率。 割理是连通孔隙和宏观裂隙的桥梁[3],也是煤储 层中普遍发育的裂隙系统(见图1),更是决定渗透率 和煤层气开发的一个关键因素。割理的发育受控于煤 岩组分和不同煤岩类型的分层情况[8]。Law等认为割 理的频率从褐煤到烟煤再到无烟煤,呈先增大再减小 的趋势[9],中等变质的煤层内割理最发育。Levine认为 煤储层的渗透率与割理宽度的立方成正比,与割理的 间距成反比[10]。

2储集状态特征

煤层气以游离态、吸附态、溶解态3种基本形态保 存在煤岩之中,其中以吸附态为主。这3种形态处于动 态变化之中,取决于煤层的变质程度、埋深和赋存环境 等[11]。煤层的含气性是决定煤层气产能及开发潜力的 重要因素,受煤层的生气、储气及保存条件的控制,而 所有影响这些条件的地质因素都会影响煤层的含气性 分布[12]。 煤的吸附与解吸特性是决定煤层含气性的重要因 素之一,也是目前研究的重点[7]。温度和压力是影响煤 层气吸附/解吸特征最为敏感的因素。煤层气解吸阶段 性、解吸效率、解吸量受控于微孔与小孔的发育程度和 分布规律。钟玲文认为,压力在吸附/解吸过程中起主 导作用[13]。 煤储层的埋深是影响煤层气含气量的一个重要因 素。罗宪指出影响煤层气赋集的地质因素中以埋藏深 度最为显要[14],权巨涛在磁西勘查区钻探过程中也有 类似的发现[5]。我国深部煤层气(埋深大于1 000 m)具 有十分可观的资源前景[15-17],虽然与浅部的煤储层特 点有相似之处,但是处在高温高压的环境中,深部煤储 层则有很多不同。国内对煤储层的孔隙结构、渗透性、 吸附/解吸特征、煤岩结构、高应力状态下煤岩形变等 的研究报道很少。 水动力条件是决定煤层气能否保存下来的关键因 素。在微渗滤作用下,矿物结晶水、吸着水、薄膜水和毛 细水等非流动水在煤层顶底板上形成网络状的渗滤 水,对煤层气起到一定保护作用;处于逆断层中停滞的 水,阻止煤层气向上运移,起到了水动力封堵作用。水 动力封堵作用有可能形成异常高压,桑浩田认为异常 高压形成机制可分为水动力封闭性和自闭性2类[18]。 由水动力封闭形成的煤层气藏的渗透性一般比较好, 在现有的经济和技术水平下可以进行开采。 区域构造应力条件是影响割理裂隙发育的客观条件。唐鹏程认为古构造应力场控制割理延伸方向[8]。在 外力作用下,煤的原生结构将遭受破坏而形成构造煤 (破裂煤、碎粒煤和糜棱煤),原生结构的破坏会对煤储 层的孔渗性产生2种不同的结果,一是煤岩破碎增大 煤储层的孔隙性,二是导通煤系地层之间的含水层,产 生矿物充填堵塞孔隙。

3煤岩学特征

煤的变质程度对煤层气储层的影响呈现出一定的 规律性。陈振宏等从煤岩化学结构和物理结构上,解释 了不同煤阶的煤储层对煤层气的吸附/解吸作用差异 的原因[19]。许多学者在煤变质作用程度对煤层孔隙度 的控制作用上一致认为[20],随着煤阶的升高,煤的孔隙 度呈现高—低—高的变化规律。 但是,对于煤的变质作用对吸附和解吸的认识存 在分歧。张群等认为在Ro为0.54%~4.25%时,煤的吸 附能力随煤阶增高呈增高的趋势[21];Laxminarayana等 则认为二者是一个“U”型的关系[22],即在中挥发分烟 煤阶段,煤的吸附能力取极小值。苏现波等研究认为, 随煤阶的增高煤的吸附能力经历4个阶段[23]。傅雪海 认为中国煤储集层吸附时间的长短,似与煤阶没有特 定关系[24]。李小彦认为解吸样品吸附时间的变化与煤 阶没有明显的关系[25]。钟玲文等在实验中发现,煤镜质 体组分体积分数大于60%时的吸附量与煤化程度的 关系[13]为:在Ro为0.5%~1.2%时,吸附量随着煤化程 度增高而减小;当Ro为1.2%~4.0%时,吸附量随着变 质程度增加而增加;Ro大于4.0%之后,吸附量随着变 质程度的增加急剧变小,直至很少吸附或基本不吸附。 此外,对于吸附/解吸速率与煤岩类型的关系,国 内外学者有着不同的认识,刘洪林等认为从光亮煤到 暗淡煤[26],吸附时间明显增大。Gamson[27],Crosdale[28], Laxminarayana等[22]认为暗淡煤解吸要比光亮煤解吸 得快,而也有学者[29-30]认为吸附时间与煤岩类型关系 甚小。 我国大部分高煤阶煤的形成都与构造热事件有 关,高煤阶煤储层具有明显的改造作用[31-32]。

4岩浆的烘 烤作用使煤大量地生烃、排烃,同时在煤岩中形成很多 气孔,有机质的挥发也增加了储层的孔隙度;煤岩基质 收缩也产生了大量的收缩裂隙;构造和岩浆的动力挤 压作用产生外生裂隙叠加到割理系统中,大大改善了 储层的孔隙性和渗透性。尤其是靠近侵入体的天然焦, 柱状节理密集发育,增大了煤层气储藏空间。 煤岩完全燃烧后残余的成分为灰分,主要来源于 煤岩的矿物质。刘洪林认为可以通过附近砂岩和煤割 理的填充物的形态和类型来区分判断构造的期次和流 体性质[32]。 煤岩的非均质性是影响勘探选区、生产井布置、压 裂、排采的难题。李梦溪通过沉积环境研究指出[33],泥 炭坪形成的煤层的非均质性最弱,三角洲较弱,河流相 最强。赵贤正等从区域构造方面对沁水盆地的非均质 性进行研究[34],指出高煤阶煤热演化仅是煤层含气性、 渗透性及流体压力的基础,后期构造改造是导致沁水 南部高煤阶煤储层非均质性的根本原因。 煤岩组分不仅影响煤层的生烃能力,也是影响煤 层气储层含气性的内在因素。甘华军等研究认为[35],在 高惰性组、低镜质组含量时,惰质组对煤储层孔隙度的 控制作用更为明显,孔隙度变化与变质程度 关系不是 很大;而在高镜质组、低惰质组含量时,煤储层的孔隙 特征与变质程度呈规律性变化。煤的基质孔隙与割理- 裂隙受煤岩的显微组分影响[36]。 4实验方法 目前在煤层气储层研究中运用比较广泛的实验方 法主要有:压汞法、低温液氮吸附法、镜质组反射率、扫 描电镜、核磁共振、测井、地震反演等,并取得了一定的 成果[37-39]。 利用孔隙度测试和压汞实验,不仅可以确定煤样 的孔隙含量和不同孔径段的孔隙在总孔隙中所占的百 分比,而且利用进汞、退汞曲线形态和退汞效率可以确 定各孔径段孔隙之间的连通性[3-4,20]。 地震反演技术在煤储层研究上也取得了许多进 展。目前,常用于煤层气渗透性预测的地震技术主要有 叠前方位AVO反演和地震反射层的曲率属性分析。 煤层气储层研究中运用层序地层学划分层序,预 测储层分布、赋存规律,解释储层渗透性变化[38]。地质 强度指标与渗透性有很好的相关性,可以用来估算煤 储层的渗透性。数学建模技术可以对含气性、渗透率等 进行预测[39]。

煤层地质学范文第4篇

[关键词]煤层气 地质控制因素 聚集类型

[中图分类号] P618.11 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-7-484-1

0前言

煤层气是一种自生自储型的非常规天然气，主要以吸附状态赋存于煤层孔隙的表面。研究表明，煤层气赋存受地质构造、煤层埋深、煤层厚度、气成含气量、渗透率等地质因素的影响。本文主要研究影响其赋存的两大地质控制因素，即地质构造与水动力特征。在地质控制因素综合影响下，形成了5种聚焦类型，以下将一一进行表述。

1煤层气赋存的两大地质控制因素

1.1 构造对煤层气赋存的控制

1.1.1构造演化

（1）构造演化控制煤层上覆盖层厚度。煤层沉积埋藏后，能否形成煤层气藏，主要取决于后期构造演化条件。上覆盖层有效厚度是地质构造发展史留下的最直接的证据，在煤层气勘探选区中承担着重要的作用。它不仅通过控制煤层的压力而影响煤层气的吸附量，而且控制着游离气的散失;而构造演化控制着成藏过程中上覆盖层厚度的变化。

（2）构造的回返抬升对煤层气富集的控制。现今埋深相同的煤层，其经历的回返抬升的时间早晚和长短不同，煤层气的富集程度也不同。抬升回返时间晚且短，煤层气散失的时间就短，对煤层气藏的保存有利。

1.1.2构造形态

不同形态的地质构造，地质构造的不同部位，不同力学性质和封闭情况形成了有利于煤层气赋存或逸散的不同条件。封闭性地质构造有利于煤层气赋存，开放性地质构造有利于煤层气逸散排放。

（1）褶皱。在褶皱的不同部位，围岩的封闭能力有较大差别。在背斜轴部，节理以张性为主，围岩封闭能力明显减弱;但如果背斜闭合而完整且盖层不透气，则为良好的储存煤层气储集场所，在其轴部煤层内往往聚集高压气，形成“气顶”。在向斜轴部，节理以压性或压扭性为主，围岩封存能力较强。理论研究和实践亦表明，向斜为煤层气富集的主要构造形态[28]。

（2）断层。断层保存煤层气的能力随断裂性质的不同而具有显著的差异。压性、压扭性断层因其受到较大压应力作用，煤层及围岩结构致密，透气性差，沿断层和垂直断层面方向上的煤层气运移都相对困难，对煤层中煤层气的保存有利;张性断层则相反，煤层及围岩结构松散，透气性好，易于煤层气逸散。

1.2 水动力特征对煤层气赋存的控制

煤储层和顶板含水层构成一个完整的地下水系统，在高储层压力、高含水层势能的地区，煤层气富集;而在地下水排泄区，储层压力和含水层势能降低，煤层气逸散。从现有资料分析，可将水文地质控气作用概括为3种特征：

（1）水力运移逸散作用。在导水性强的断层构造发育区，这种作用较常见，导水断层或裂隙沟通了煤层与含水层。地下水的流动促进了煤层气的解吸，使煤层气由吸附状态转化为游离状态，溶解于地下水中运移散失。

（2）水力封闭控气作用。我国很多井田断裂不甚发育，构造特征表现为宽缓向斜或单斜，而且断裂构造主要为不导水性断裂，这些井田常发生水力封闭控气作用，特别是一些发育有挤压、逆掩性质的边界断层的井田。水力封闭控气作用中一般发生在深部，地下水通过压力传递作用，使煤层气吸附于煤中，煤层气相对富集而不发生运移，煤层含气量较高。在华北

地区这种水力封闭作用分布广泛，具有普遍意义。

（3）水力封堵控气作用。水力封堵控气特征常见于不对称向斜或单斜中，由于压力差的存在使得煤层气由深部向浅部渗流。压力降低使煤层气解吸，煤层露头及浅部成为煤层气逸散带。如果含水层或煤层从露头接受补给，地下水顺层由浅部向深部流动，则煤层气向上扩散被阻碍，致使煤层气聚集。第1种作用导致煤层气的运移、散失，后2种作用有利于煤层气的保存、富集。

2中国煤层气的主要聚集类型

从当前已经开展工作的煤层气区煤层气分布特点看，主要有以下5种聚集类型：

（1）区域含煤区构造高点是高产富集有利部位。处于盆地后期构造抬升部位，次生割理发育，渗透性好，煤层埋藏相对较浅，压实作用较弱;在上覆有利盖层条件下，滞水环境中煤层割理裂隙尚未矿化，煤层气藏未被水打开;两翼是烃类供给的指向区，易形成高渗透率、高含气量、高饱和度的高产富集区。

（2）直接盖层稳定分布的上斜坡煤层气高产条件优越。煤层后期埋藏浅，抬升幅度大，次生割理发育，压实作用弱，渗透性好，发育区域分布稳定的直接盖层，处于滞水封闭环境，煤层割理尚未被方解石等矿化充填，甲烷风化带宽度窄，处于承压水封闭状态;下倾部位有充足的烃类补给，具备形成高渗透率、高含气量、高饱和度的有利条件，如沁水盆地南部、宁武盆地南部。

（3）封闭条件好的浅层，低煤阶、厚煤层有利于煤层气富集。尽管煤层煤阶低，生气量和含气量低，但巨厚煤层弥补了低含气特点，只要有好的盖层条件，阻止上覆水沿煤层割理形成动力流，上倾部位压实作用减小，煤层吸附饱和度高，可形成高渗透率、高饱和度气藏。

（4）断裂活动次生割理发育区是煤层气聚集有利场所。尽管煤层埋藏深，但在局部构造高部位断层活动使得煤层次生割理发育，渗透性好，存在高渗透带，游离气与吸附气并存，如准噶尔盆地五彩湾地区。

（5）凹中隆构造的火山岩活动区有利于煤层气高产。区域火山岩侵入煤层，加剧了煤层的生气作用;火山岩墙又起到了有利的遮挡作用。后期火山岩体冷却，导致煤体收缩，有利于次生割理形成，渗透性变好;火山岩直接接触带多变成天然焦，不利于煤层气富集;在有利的直接盖层条件下，甚至后期构造抬升，煤层变浅，形成高产富集有利区块，如辽宁阜新盆地刘家区块。

3结语

（1）构造演化及其特征和水动力条件是现今煤层气赋存的主要控制因素。构造演化控制着煤层气生成、聚集、产出过程的每一环节;煤层水含有一定量的溶解气，同时控制着煤储层的压力。水的流动将直接影响煤层气的吸附解吸程度。

（2）受地质控制因素的影响，我国主要有5 种类型的煤层气富集：区域含煤区构造高点、直接盖层稳定分布的上斜坡区、凹中隆构造的火山岩活动区、浅层封闭条件好的低煤阶与厚煤层发育区、断裂活动次生割理发育区。

参考文献

[1]孟召平，田永东，李国富. 煤层气开发地质学理论与方法[M].北京：科学出版社，2010.

煤层地质学范文第5篇

【关键词】地质构造 煤与瓦斯突出 出水机理 安全回采率

一、引言

地质构造主要通过影响煤层中瓦斯的保存条件和软分层的发育来控制煤与瓦斯突出发生的条件。在煤炭形成的漫长地质时期，煤层受到沉积作用、煤化作用和构造运动等影响，在煤体内部产生大量的裂隙、孔隙、褶皱和断层等构造类型。煤层的自燃主要经过氧化放热、蓄热散热和蔓延扩展等环节，裂隙、孔隙、褶皱和断层通过影响各个环节的发展，从而影响煤层的自燃。构造应力是控制矿区采动损害的一个不容忽视的因素。

二、地质构造对煤层自燃的影响

（一）煤层中的裂隙主要是内生裂隙和外生裂隙。

内生裂隙：煤层在煤化作用过程中因成煤物质结构、构造等的变化而产生的裂隙，一般面平且直，一般不切入到其它煤层中。

外生裂隙：煤层形成后，由于区域构造变动而在煤层中发育的裂缝。通常成组出现，方向性明显，裂隙面较平直，延伸远，可切入其它煤层，甚至煤的顶底板岩层。

裂隙影响煤层的供氧条件，它们的存在可以增大煤氧接触面积， 从而导致煤层自燃初期的低温氧化阶段顺利进行。

（二）孔隙对煤层自燃的影响

煤层中的孔隙主要是原生孔隙和次生孔隙。

原生孔隙：煤层在沉积时，沉积物颗粒之间生成粒间孔和植物各组织内部的胞腔， 共同组成煤层的原生孔隙。

次生孔隙：煤层在煤化作用过程中，原生矿物结晶溶蚀而形成的孔隙，因淋滤、溶蚀等作用形成的粒间孔隙，以及煤化作用过程中因甲烷等气体的逸出而留下的孔隙等，共同组成煤层的次生孔隙。

一般来说， 煤中的孔隙越多，氧气越容易进入，煤氧接触面积越大，越容易氧化升温直至自燃。煤的孔隙会随着煤化作用加深而不断减少，煤级较高的煤中原生孔隙基本消失，这就可以解释变质程度低的煤比变质程度高的煤更容易自燃，就是因为变质程度低的煤孔隙度要大于变质程度高的煤，从而使氧气更容易进入到煤层中，增大了煤氧接触的面积。

（三）褶皱对煤层自燃的影响

褶皱通过控制煤层氧化释放出的热量的运移方向和聚集状况来影响煤层的自燃。在背斜位置，煤层低温氧化释放出的热量就会运移到背斜的核部，如果核部的煤层顶板是渗透性较差的泥岩、页岩，那么核部处就会集聚大量的热量，从而使煤体温度升高，继而发生自燃。

在向斜位置，煤层中集聚的热量向上扩散，一般不会在核部周围发生自燃。另外，倒转褶皱可以使煤层厚度变大，有利于热量的集聚，并且增加了燃烧物质的数量，容易诱发大规模的煤层自燃。

（四）断层对煤层自燃的影响

在没有受到采动影响的煤层中，断层的数量、规模、性质和走向对煤层通气供氧影响很大，直接影响到煤层的自燃。煤层自燃后，火焰蔓延的方向受断层的性质和断距大小的影响。在正断层位置，煤层被断开，阻止了火焰向煤层深部蔓延。当火焰蔓延到正断层处时，由于煤层已经被断层切断，火焰在此结束蔓延趋势。当正断层完全切断煤层时，断层位置成为天然的防火墙。在逆断层附近，一旦断距较小，就会使煤层发生重复，煤层厚度增大，而厚度又是煤层自燃的一个必不可少的条件，所以煤层自燃会在逆断层处发展和蔓延。当有多个煤层且间距较小时，断层的存在则会引起不同煤层之间的煤火相互贯通，燃烧煤层可导致不同层的煤燃烧。

另外，由于断层的存在，使得在选择开采方法时必须采取工作面过断层的种种措施，从而严重影响采煤和掘进的速度，给采空区中遗煤的自燃争取了时间，加大了自燃的几率。

总之，地质构造对煤层自燃的影响很大。裂隙、孔隙、褶皱和断层的数量、规模影响煤层的供氧条件，它们的存在可以增大煤氧接触面积，从而导致煤层自燃初期的低温氧化阶段顺利进行；裂隙和断层也是煤火燃烧过程中物质和能量的喷出通道；断层的性质可决定煤火是否继续向煤层深部发展；褶皱可控制煤低温氧化释放出的热量聚集，如果背斜核部有封闭性好、导热性差的煤层顶板，那么此处是煤层聚热增温的良好场所，也是易于自燃的地方。

三、构造应力对矿区采动损害的影响

矿区采动损害，是因煤炭井工开采对覆岩和地表地质环境造成的损害。从构造地质学的观点来看，矿区采动损害是在地壳构造运动产生的应力作用、岩体本身重力以及地下开采活动联合影响下发生的主采煤层上覆岩、土体的一种特殊的表生构造现象。

对于一个具体的煤矿区来说，要么处于挤压构造应力场，要么处于拉张构造应力场。挤压与拉张是煤矿区常见的两种最基本的构造应力状态。

由于构造应力的作用，可以改变采动影响下的岩层移动方向和移动量的大小，同时也影响井下巷道的变形破坏模式。如果煤矿区处于挤压构造应力场中，在煤层未开采之前，侧向挤压应力早己存在，它使煤层覆岩有向上弯曲的趋势；在煤层被采出后，覆岩重力首先克服侧向力造成的向上的弯矩，剩余的垂向力才引起煤层顶板向下弯曲变形。同时，由于侧向挤压构造应力的存在，使岩体所受围压升高，必将使岩体的力学强度增加，从而减小煤层开采对覆岩的损害。

另一方面，由于岩石的抗拉强度最低，在受拉张应力作用后，很容易产生张节理，使岩层的连续性遭到破坏，失去内聚力；拉张应力的作用可以抵消一部分因重力作用在岩层中产生的水平关联应力，从而使岩块受到的侧向夹持力减小甚至消失，很容易在重力作用下失稳沉降，即使拉张应力不足以使岩层破断，也会使岩体的围压降低，从而导致岩体强度的下降。为了保护煤矿区地质环境，煤炭资源开发活动必须要有一个度，要把开采强度限制在煤矿区地质环境可以承受的范围之内。

四、结论

在煤矿的开采活动中，探明地质构造的类型和规模是保障安全生产的第一步。时刻注意地质构造的变化，预防煤矿重大事故的发生。关于地质构造对煤矿安全生产的研究，今后将主要集中在以下几个方面：地质构造对煤与瓦斯突出影响的定量化分析；地质构造对煤层自燃的定量化分析；地质构造对矿区采动损害的定量化分析。

参考文献：

[1]尉茂河. 煤层自燃的内外因分析及其预防对策 [J]. 煤矿安全，1998，（2）.