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煤层气与常规油气共采可行性探讨DD深部煤储层平衡水条件下的吸附效应



第 1 6卷 第 4期 
20 0 5年 8 月  

天 然 气 地 球 科 学 
NATURAL GAS GE) C E     ( I NCE S  

V o1 6 N O.   .1   4

A ug.  

20 5 0 

非 常规 天 然 气

: 层气   煤

煤 层 气 与 常 规 油 气 共 采 可 行 性 探 讨 
— —

深 部 煤 储 层 平 衡 水 条 件 下 的 吸 附 效 应 
秦  勇  ,宋 全 友  ,傅 雪 海 

( . 国矿 业 大 学 , 苏 徐 州 2 1 0 ; 2 中 国 石 油 大 学 , 东 东 营 2 7 0 ) 1中 江 2 0 8  . 山 5 0 0 

摘 要 : 分 析 煤 层 气与 常 规 油 气共 采 可行 性 问题 的基 础上 , 用物 理 模 拟 方 法 , 合 地 质 条件 分  在 采 结 析 , 究 了深 部 煤储 层 在 平衡 水条 件 下 的 吸 附效 应 , 初 步得 出一 些 新 的认 识 : 层 温 度 、 藏 深  研 并 地 埋 度、 煤级 等条 件 的组合 , 可能对煤 储 层平衡 水含量 发 生不 同程 度的影 响 ; 深部 地 层条件 的 具体 特征 ,  
可 能 会 导 致 深 部 煤 储 层 吸 附 性 与 浅 部 煤 储 层 有 所 不 同 ; 地 层 条 件 下 , 饱 和 吸 附 量 随 埋 藏 深 度 增  在 煤 大 而 变 化 的 趋 势 在 一 定 深 度 发 生 反 转 , 在 一 个“ 附 饱 和 临 界 深 度 ” 且 临 界 深 度 随 煤 级 的 变 化 而  存 吸 ,

有 所 不同 , 是地 热场 深部 增 温效应 与煤 储 层 自身特 性共 同作 用 的必然 结 果 ; 部较 高地 层 温度 与 这 深  
较 高 地 层 压 力 的 配 置 关 系 可 能 有 利 于 煤 层 气 的 开 采 , 在 实现 深 部 煤 层 气 资 源 与 常 规 油 气 资 源 共  存 采 的 可 能 性 ; 部 较 高 流 体 压 力 和 较 高 受 热 温 度 的 “ 重 ” 制 效 应 , 能 是 导 致 深 部 煤 储 层 吸 附性  深 双 控 可 与 浅部存 在较 大差异 的根 本原 因 。   关键 词 : 层 气 ; 煤 常规 油 气 ; 采 ; 部 煤 储 层 ; 附 效 应 共 深 吸   中 图 分 类 号 : El 2 T 2  文献标 识 码 :   A 文 章 编 号 : 6 2 1 2 ( 0 5 0 — 4 20  1 7 — 9 6 2 0 )4 0 9 — 7

0 前 言   
煤层气是我国 2 1世 纪 重要 的新 型 洁 净 能 源和  战 略 资 源 。我 国 煤 层 气 资 源 量 巨 大 , 中埋 深 在  其 10 0 20 0m 的 资源 量 占 20 0m 以浅 总资 源量    0    0    0 
的 三 分 之 二 以 上 l 。 同 时 , 国 多 数 含 油 气 盆 地 都  l  ] 我

践 问题 , 我们 不能 按 照习惯 简单 地予 以否定 或肯 定 ,   必须 以严谨 求 实 的 态度 加 以正 视 , 过科 学 论 证 来  通
说 明问题 。  

针 对 上 述 问 题 和 有 关 设 想 , 于 深 部 煤 储 层 所  鉴

受较 高 压 力和 较 高温 度 的特 殊性 , 者 以济 阳坳 陷  作
为 主 要 研 究 对 象 , 用 地 质 分 析 、 理 模 拟 、 值 模  采 物 数 拟 相 结 合 以 及 深 部 与 浅 部 对 比研 究 的 主 要 思 路 和 手  段 , 深 部 煤 层 气 成 藏 的 基 本 地 质 条 件 、 部 煤 储 层  就 深

与 煤共 生 , 地 深部 同样 也 赋存 着 丰 富 的煤 层 气 资  盆
源 。 而 , 前 的煤 层 气 地 质 研 究 基 本 上 集 中 于 盆 地  然 先 浅 部 , 乎 没 有 认 真 考 虑 过 深 部 煤 层 气 的 成 藏 条 件  几 及 开发 潜势 问题 。  

含气 性 特征 和 影 响 因素 、 部 煤 储 层 压力 及 其 变 化  深 规 律 、 部煤 储 层 渗 透性 条 件 等 开 展 了较 为 系 统 的  深
研 究口 。 j 以此 为基 础 , 一 步 就 深 部 煤 层 气 成 藏 条 件  进 和 开 发 潜 势 进 行 了探 讨 。 本 文 仅 就 其 中 关 于 深 部 煤 
层 吸附 性 的初 步研究 结 果予 以报道 。  

诚然 , 深部 煤 储 层 由于较 高 的地层 压 力 而 使 渗 
透率 恶 化 , 深部 煤层 气资 源开 采造 成极 大 困难 。   给 但

是 , 部煤 层 气地 质条件 到底 有 哪些 特征 ? 部煤层  深 深 气成藏 究 竟表现 为什 么样 的特点 ?应 该从 哪些 方 面  去研究 深 部煤层 气 的可采 潜 力? 深部 丰 富的煤 层 气 

通 过研 究 , 者 力 图开 辟煤 层气 地 质研 究 的一  作 个新 领 域 , 深部 煤 层 气 地 质理 论 研 究 方 面 有所 拓  在 展, 并期 望 有 关成 果 能 为 解 放 我 国资 源 量 巨 大 的深  部煤 层 气资 源提 供参 考依 据 。  

资源有 无 可能 与常规 石 油天然 气共 采 ? …… ?对于 
这 一 系 列 关 系 到 解 放 巨 大 煤 层 气 资 源 量 的理 论 和 实 
收 稿 日期 : 0 5 0 — 2 修 回 日期 : 0 5 0 — 0 2 0 —60 ; 2 0 —72 .  

基金项 目: 国家 “ 7 ” 划 项 目( 号 :0 2 2 1 0 ) 国 家 自然 科 学 基 金 重点 项 目( 号 :03 0 0 资助 . 93计 编 2 0CB 1  4 ; 7 编 5 14 4 )   作 者 简 介 : 勇 (9 7 )男 , 庆 市 人 , 士 , 授 , 士 生 导 师 , 要 从 事 煤 田 地 质 、 秦 15一, 重 博 教 博 主 煤层 气地 质研 究 . - i: olqn u E ma ly i i @c mt e .c   g du n


N .  o4

秦勇等: 煤层气与常-油气共采可彳一竖堕二 规 亍 些 二圣童 堡墨±    查鱼  !  

塾生 兰    

1 煤 对 甲烷 吸 附特 性 的物 理 模 拟   
1 1 模 拟 实 验 样 品  .

准 , 样 品 进 行 预 处 理 , 后 分 别 进 行 镜 质 组 反 射  对 然 率、 显微 组 分 组 成 、 业 分 析 和 密 度 的测 定 ( 1 。 工 表 )  煤 岩学 分析 由 中国 矿业 大 学 分 析测 试 中心 完成 , 工 
业分 析 和密度 测定 由华东煤 质 分析 中心 完成 。测 试  结果表明, 6件 煤 样 的 煤级 分 别 为 气 煤 、 煤 、 煤  肥 焦 和无 烟煤 , 微组 分 7  以上 由镜 质 组所 组成 。 显 0  

用 于模拟 实验 的 6件煤 样采 自济 阳坳 陷钻 孔及  坳 陷周 缘煤 矿 采 煤工 作 面 , 品 产 出层 位 分 别 为下  样 二叠 统 山西组 和下 侏 罗统坊 子组 。根 据有 关 国家标 

表 1 实 验 样 品煤 岩 组 分及 工 业 分 析 成 果   

采地 样位 心 (  品号 M—专  d 百F  A  了  ’ , 样点采层  .  样编    d   C   R 、 ’    ) d   f       d D R   D
孤 南 
庄 古  王 庄  王 庄 

山西 组
山 西组 山西 组 山 西组 

0 8  .6
0 8  .8 0 9  .5 12  .3

1O  . O
13  . 9 15  . 4 O 7  . O 13  . 6 18  . 0

2 . 7 5 8 
2 . 3 3 9  4 7  . 7 l . 4 5 2  l . 8   4  7 5 7  . 2

2 .6   8 1
2 . 4 7 3  1 . 5 0 4  2 . 6 7 5  2 . 6 0 9  3 . O O 4 

5 .   2 39
5 . O 4 5  8 9  3. 6 6 . 7 O 9  6 3  4. 4 6 . 4 4 4  14  . 2 1 3  . 2 1 3  . 4

1 5  . 4
1 5  . 2 1 4  . O 1 4  . O 1 5  . O 13  . 7 5 3  . 3 3 6  . 5 4 2  . 9

坊 子  坊 子 

坊子 组  坊 子组 

13  .8 25  .7

注 : 、 V、 C 分 别 为 水 分 、 分 、 发 分 、 定碳 ;d d d f 别 为 空 气 干 燥 基 、 M A、 F 灰 挥 固 a 、 、a 分 干燥 基 、 无水 无 灰基 ; ARD、 RD 分 别 为 视 密 度 、 密 度 。 T 真  

1 2 不 同温度 等温 吸 附模 拟 实验 方法  . 模拟实 验方 案 。模 拟 温度 分 别 为 3  4  0 C、 0C和  5  最 高模 拟 压 力为 1  a 可 模 拟 到埋 藏 深 度  0 C, 2MP , 12)~ 15 0m 的地层 温压 条件 。在进 行 等温 吸附   ( (  0  ] 实验 之前 , 首先 要使 样 品达到 平衡 水条 件 , 并测定 不  同 温度 下 的平 衡水 含 量 , 目的 是较 为 客 观 地 反映 地  层 条件下 煤储 层 的含水状 况 。   模拟 实验 仪器 。实验 仪器 为中 国矿 业 大学分 析  测试 中心 的 高 压 等温 吸 附 仪 ( 国 Ra e  d e公  美 vn Rig 司 生 产 ) 包 括 安 装 在 恒 温水 浴 上 的 4个 等 温 实 验  , 缸, 温度控 制精 度 为 ±0 2C。每 个实 验缸 的压 力分  .  别 由 高 精 密 压 力 传 感 器 单 独 监 控 , 度 为  精
± 3 5  P 。 试 过 程 由 计 算 机 管 理 , 同 时 问 的 温  . 1k a 测 不

完成。  

平衡 水 含量测 定 。将样 品称 重 ( 1 0g , 约 0  ) 精确 
到 0 2mg 把 预 湿 煤 样 或 自然 煤 样 放 入 装 有 过 饱 和  .  。 K。O S  溶 液 的 恒 温 箱 中 , 溶 液 可 以 使 相 对 湿 度 保  该 持 在 9  ~ 9  之 问 。 8h后 , 样 被 全 部 湿 润 , 6/ 9 6 7/ 9 6 4  煤 问 

隔一定 时 间称 重一 次 , 直到恒 重 为止 。   实 验 过 程 中 , 先 用 高 纯 甲 烷 ( 烷 纯 度  首 甲 9 . 9 ) 洗 基 准 缸 。在 每 一 压 力 点 的早 期 , 9 9  清 以  0 O  的 问 隔 收集 数 据 , 期则 以 0 1mi . 1S 晚 .   n的 间 隔 
收 集 , 到 3  n内 压 力 变 化 小 于 0 7k a为 止 。 直 0mi .  P  

从 0 1  a 共 进行 6个 压力 点 的测试 , 压力 点  ~ 2MP , 每 的 吸附平 衡 时 间大于 1  。 2h  6件煤 样 的 甲烷 等温 吸 附 曲线 见图 1 模 拟实 验  ,
结 果 汇 总 于 表 2  。

度 和压 力 数据 采 集使 用 高 速 1 6位模 拟 数 字 转换 器 

表 2 煤 样 在 不 同 温 度 下 的 平 衡 水 等 温 吸 附模 拟 实 验 结 果 

孤 南  庄 古 
王 庄 

0 8  .6 08  .8
0 9  .5 1 2  .3 1 3  .8 2 5  .7

气 煤  气 煤 
肥 煤  焦 煤  焦 煤  无 烟 煤 

28  .5 28  .1
5 1  .4 5 9  .4 3 8  .5 6 6  .7

49  

0 翻  .
0.47  

王 庄  坊 子  坊 子 

0 2  . 4 0 2  . 6 0 5 .7  

注 : …  为 镜 质 组 最 大 反 射 率 , ; 为 平 衡 水 含 量 , ; 水 无 灰 基 朗格 缪 尔 体 积 , / ;).f 无 水无 灰 基 朗格 缪 尔 压 力 , a  R   M    无 mst,1 为 . d MP 。

2 模 拟 实 验 结果 分析   
2 1 平衡水 含量 与煤 级和 温度 之 间的关 系 .    实 验 结果 显 示 , 样 平衡 水 含 量 随煤 级 和 温 度  煤 呈现 出规律 性 的变化 趋 势 ( 2 。煤级增 高 , 图 ) 平衡 水 

含 量 呈 增 高一 降 低一 增 高 的 3阶段 “ 状 ” 化 , 波 演 在  肥 煤 阶段 R   =0 9  ~ 1 2  达 到 最 大 值 , . 0/ 9 5 .0 在  。   瘦 煤 一贫 煤 阶段 R  … 一 1 7  ~ 2 5  达 到最 小  .0 .0 值 , 与煤 中 内在水分 含 量 的演化 规律一 致  这 在煤级 相 同的前 提下 , 模拟 温 度升 高 , 样平 衡  煤

44 9 



然  气





科  学 

V0 . 6 I1 

m 9 8 7 6 S  4 3 2 ● 0 

,  

_ l 

暑  
{  

暑  
、  

P( P ) M a 

|( P   pM a)

L 

暑   、 v 
{  

暑  
{ 

|f P ) pM a 

e 


E  

暑   、 v 
{  

PMP ) ( a 

P( P ) M a 

图 1 不 同模 拟 温 度 下煤 样 的 平衡 水 等 温 吸 附 曲线 

水 含量 有 降低 的趋 势 , 在 3 ~4   但 0 O C阶 段 降低 的 趋  势 十 分 明显 , 4 ~5   在 0 0C阶段 却基 本 保 持 恒定 。 由   此表明: 同煤级 条件 下 , 深部 煤储 层 中平衡 水 含量 要  低 于浅 部煤 储层 , 到达 一定 埋 藏深 度后 , 但 煤储 层 的  平 衡 水 含量 可 能 不再 增 加 , 温 度 因 素可 能 不 再 对  或
煤 储层 平 衡水 含量 发生 影响 。  

同时 , 在平衡 水 含量 最 大 值 阶段 ( 肥煤 ) 以及 在 
进 入 无 烟 煤 阶段 (   尺 > 2 5   ) 后 , 度 对 平 衡  .O 之 温 水 含 量 的 影 响 较 为 显 著 , 在 平 衡 水 含 量 最 小 值 阶  而 段 ( 煤 一 贫 煤 ) 及 较 低 煤 级 阶 段 ( 焰 煤 一 气  瘦 以 长

煤 ) 温度 对平 衡水 含 量 的影 响 却较 为微 弱 。 ,   2 2 温压 条 件和煤 级 对煤样 等 温 吸附特 性 的影 响  .
圈 2 煤 样 平 衡 水 含 量 与 煤 级 之 间的 关 系 

首先 , 度升高 , 温 同一煤 样 ( 级 ) 朗格缪 尔 体  煤 的

N .  o4

秦勇等: 煤层气与常规油气共采可行性探讨——深 

堡墨±  

鱼 =   ! =  

生  兰  

积 ( ,明显 减 小 ; 级 增 高 ,  。 ) 煤 同一 温 度 条 件 下 煤 样 

总 体 来 看 , 3 ~4   在 0 0C区 间 , 减 系 数 为 0 1 ~  衰 .1
0 2 , 均 为 0 1 ; 4 ~ 5  .9 平 .8在 0 0C区 间 , 减 系 数 为  衰

的朗格 缪 尔体 积规律 性增 高 ( 3 ) 图 a 。为 了进一 步定  量 地 反 映 温度 与 朗格 缪 尔 体 积 变 化 幅 度 之 间 的关 
系 , 文将 温 度 每升 高 1 朗格 缪 尔 体积 减 小 的数  本   C, 量定 义为 朗格 缪尔 体积 衰减 系数 ( ,m。( ac / g?C) 。 ) 

0 0 ~0 1 , 均 为 0 0 。也 就 是 说 , .3 .5 平 .9 温度 每 升 高  1  煤 样 吸 附量 衰 减 速率 比上 一 个 等 间距 温 度 段  0C, 约减 小一 半 。进一 步来 看 , 级 不 同 , 煤 朗格 缪 尔体 积 

R 。


(   %)

R。… (   %)

图 3 不 同模 拟 温 度 下煤 样 朗 格 缪 尔 吸 附 常 数 与 煤 级 之 间 关 系 

衰 减 系 数 有 所 差 异 ( 4 。衰 减 系 数 与 煤 级 之 间 关   图 ) 系 与 平 衡 水 含 量 一 煤 级 / 度 关 系 ( 1 在 总 体 趋  温 图 )

第二 , 同一 温 度条 件 下 , 级 增 高 , 煤 朗格 缪 尔 压  力 ( L) 有 增 高一 降 低一 增 高 的三 阶 段 “ 状 ” P 具 波 演 
化 趋势 ( 3 ) 图 b 。但 是 , 同一 煤 样 的 朗 格 缪 尔 压 力 与  温 度 之 间 关 系 因 煤 级 不 同 而 有 所 变 化 , 中 煤 级 煤  在

势上 相似 , 即随煤 级增 高 , 衰减 系数 同样存 在增 高一  降 低一增 高 的 3阶段 “ 状 ” 化 规 律 ( 4 , 明  波 演 图 )表
朗格 缪 尔体积 和平 衡水 含量 均受 煤级 所决 定 的煤结  构演 化 特征 的控制 [ 。然 而 , 一 步分 析 , 8 ] 进 衰减 系数 
与 煤级 之 间关 系在 两 方 面 与平 衡 水 含 量一 煤 级/ 温  度关 系有所 不 同 : 是 衰减 系 数 最 大值 出现 的肥 煤  一 与 焦 煤 之 间 的 过 渡 阶 段 (   一 1 2 % 左 右 ) 略 滞  R … .0 ,

早 期 阶段 ( 气煤 ) 温度 升 高 而 依 次减 小 , 高 煤  如 随 在
级 阶 段 彻 底 反 转 , 中 煤 级 煤 中 期 阶 段 ( 煤 和 焦  在 肥

煤 ) 在 过渡 现象 。 存 朗格 缪 尔压 力 的数值 意 义是 等温  吸 附 曲线 低 压段 切 线 的斜 率 , 物理 意 义 上 表示 被 吸  附气 体 在压 力降 低过 程 中解 吸的难 易程 度 。 因此 , 上  述 实验结 果 暗示 : 随埋 藏 深度 加大 , 煤储 层 中煤层 气  的解 吸能 力在 中煤 级煤 早 期 阶段 逐 渐 降低 , 高 煤  在 级煤 阶段 却 逐渐增 高 。 同时 , 朗格 缪 尔压 力 随煤级 增  高而 显 现 出来 的演化规 律 与平衡 水 含量 及 朗格缪 尔  体 积衰 减 系数 一 致 , 明 它们 均 受 控 于 同样 的煤 物  表
质组 成 的地质 一地 球化 学 因素 。   第 三 , 力加 大 , 样 对 甲烷 的 吸附 量 增 加 , 压 煤 但  吸 附 量 在 较 低 压 力 段 呈 线 性 急 速 增 大 , 较 高 压 力  在

后 于平 衡 水最 高 含量 出现 的 煤级 位 置 ; 是 在无 烟  二
煤 阶 段 ,0 4  3  ̄ 0C区 间 与 4 ~ 5  0 0C区 间 的 衰 减 系 数  

差异 很 小 , 可能 暗 示 高煤 级 煤 阶 段 温度 对 吸 附 能力 
的影 响 大为减 弱 。  

段 吸附 增 量趋 向于 减 小 , 当压 力 增 大 高 一 定程 度 后 
吸 附 趋 于 饱 和 , 附 量 不 再 增 加 ( 1 。 因 此 , 部  吸 图 ) 深

煤储 层 压 力对 煤 的 吸 附性 影 响 不 大 , 一定 埋 藏 深  在
度 下 将 会 出 现 吸 附 饱 和 现 象 , 达 到 “ 附 饱 和 临 界  或 吸 深 度 ” 后 述 )  ( 。

3 深 部 煤 储 层饱 和 吸 附 量 变化 规 律   
R0…

(   %)

煤储 层 的含 气 性 特征 , 了与 煤 本身 的 吸附 特  除 性有 关 外 , 还在 极 大 程 度上 受 控 于地 层 条 件 下煤 储 

图 4 煤 样 朗格 缪 尔体 积 衰 减 系 数 与 温 度 和 煤 级 之 间关 系 

46 9 



然  气





科  学 

Vo. 6 11 

∞∞㈣ ∞∞∞加∞ ∞   ㈣猢    
层 的温度与 压力 条件 。 于上 述模 拟实 验结 果 , 合  基 结 济 阳坳 陷 的相关 地 质 条 件 , 进一 步 就 深 部煤 储 层 饱 
和 吸 附量 的变化 规律 进行 探讨 。   3 1 济 阳坳 陷深部 地层 的温 度压 力条 件  . 

煤储 层 压力 是指 地层 条件 下作 用 于煤孔 隙 一裂 
隙壁 上 的流 体 压力 , 接 决 定 着煤 层 中 甲烷 等气 体  直 的吸 附和解 吸效 应 。 据煤层 气 井试 井资 料分 析 , 国  我 华 北 石 炭一 二 叠 系煤 储 层 大 多处 于 欠 压状 态 , 储  煤
层 平 均 压 力 梯 度 为 0 7  P / O  L 。 这 一 梯 度  . 2M a 1 O l 按 m  j
∞ ∞ 9  % ∞ 2       5   4   5   3 
7  

% 1  %   3  

计 算 , 深 10 0m 处 的储层 压 力约 为 7 2MP。由 埋  0  .    此 可 知 , 部煤储 层 压力 一般 大于 这一 数值 。 阳坳  深 济 陷地处 华北 , 含煤 地层 主要 为石 炭一 二 叠系 , 深部 煤  储 层 压力 总体上 应符 合上 述统 计规 律 。   大 量 油 气钻 孔 测 温 资料 显 示 , 阳 坳 陷现 代 平  济
均 地 温 梯 度 为 3 2  1 0m , 具 有 随 深 度 加 大 而  。8 C/ 0   但
图 5 济 阳 坳 陷 现 代 地 温 与 深 度 之 间 的 关 系 

3 2 深 部 煤 储 层 饱 和 吸 附 量 预 测  .

基 于 上 述 物理 模 拟 实 验 成果 , 合济 阳坳 陷 现  结 代 地 温梯 度 状 况 , 用华 北 地 区上古 生界 煤 储 层平  采 均压力梯度, 根据 Ma o v r等_ 建 立 的 方 程组 , 初  】 叼 可 步 估算 出济 阳坳 陷 不 同深度 不 同煤 级 条件 下煤 储层  的饱 和 吸 附 量 ( 3 。 表 ) 由于 济 阳坳 陷上 古 生 界 煤 中 

略微 减小 的分 布趋势 ( 5 。与全球 大 地热 场相 比 , 图 )   济 阳坳 陷现 代平 均 地 温梯 度 略 微偏 高 , 仍 属 于 正  但 常地 温场 的范 畴。 。 。   。 ]

表 3 深 部 煤 储 层 饱 和 吸 附量 预 测 结 果 
埋 藏 深度  煤 储 层 压 力  煤 储 层 温 度 
( ) m   ( Pa) M  
3 6  。 0 5 7  . 6 7 2  . 0 8 6  。 4 1 。 9 2 0  l 。 9 5 0  1 。 8 6 9  l . 2 8 4 

饱 和 吸 附 量 (     I )

(C )  

气 煤 
7 1  。 2
7.67  

肥 煤 

焦煤 
1 1  O。 8 1 .8 04  
11.79  

瘦 煤 

贫 煤 

( , : 0 8  ) ( R。… 。 6 R  … : 0 9   ) ( … 眦 = 1 8 ) ( . 5 R ,3   R 

= 1 80 ) ( .   R  m 一 2。   ) 0  

8 9  。 2
9。46   9.05  

1 1  2。 4 1 。 3 2 7 
11.51   11 ,36  

8 8  。 2 8 6  . 8 8 5  . 9
8.47  

1 . 7 1 2  1 .1   1 5

2 . 7 1 8 

有 机 质 成 熟 度 变 化 于 R ) 一 0 8/ 2 5 之  ( .   .  ~ .  9 6 间 _ , 有大 面积 的无 烟煤 发 育 , 本 次估 算 的煤 级  9没 ] 故 范 围仅针 对 气煤一 贫煤 。如果 能够得 到 含气量 饱 和 

度 及其 随 埋 藏深 度 的 变化 规 律 , 可 以进 一 步 对 深  则
部煤 储层 含气 量进 行 预测 。   估 算结 果 显 示 , 阳坳 陷深 部 煤储 层 饱 和吸 附  济
量具 有与 浅部 明显 不 同的分 布规 律 :  

第一, 无论 煤级 如 何 , 和 吸附量 随埋 藏 深度 增  饱
大 均 不 是 始 终 表 现 为 增 大 的趋 势 , 是 在 一 定 深 度  而

发 生转折 ( 6 。具体 来 说 , 图 ) 在转 折 深度 以浅 , 和  饱 吸 附量 随埋 藏 深 度增 大 而 逐 渐 升 高 ; 一旦 超 过 转 折  深度 , 和吸 附量却 随埋 藏深 度增 大 而逐 渐降低 。 饱 本  文将 这 一转 折 深 度 , 义 为“ 定 吸附 饱 和l 临界深 度 ( 简  称临 界深 度 ) 。显 而易 见 , ” 临界 深度 的存 在 , 地层  是 条件 下煤 储层 吸 附性 的主控 因素 之一 一 地热 场 深 
图 6 煤 储 层 饱 和 吸 附量 与 埋 深 的 关 系 

部 增温 作用 的必 然结 果 。  

第 二 , 级不 同 , 煤 临界 深度 所指 示 的煤 储层 埋藏  深 度有 所 不 同 , 随煤 级 而 呈 现 出较 有 规 律 的变 化  并

N. 。4  

秦勇等: 煤层气与常规油气共采可行?堡 二     二

鉴堡墨±塑 鱼  !竺  

些 兰!     

特 征 ( 6 。从 气 煤 、 煤 到 焦 煤 , 界 深 度 逐 渐 增  图 ) 肥 临 大 , 12 0m 左 右 增 至 15 0m 左 右 。 从 焦 煤 、 从  0    0  贫  煤 到 瘦 煤 , 界 深 度 逐 渐 减 小 , 15 0m 左 右 降 至  临 从   0  8 0I左 右 。也 就 是 说 , 界 深 度 在 焦 煤 阶 段 达 到 最  0  I T 临 大 值 。 界 深 度 与 煤 级 之 间 的 这 一 相 关 关 系 , 前 述  临 与

第一 , 常规 石 油 天然 气 的开 发 是一 种 非 常 有效  的地 层 降压 方 式 , 压 面 积 广 , 卸 降压 漏 斗 半 径 大 , 涉  及层 位 多 , 这种 大面 积 的 卸压 作 用 有 可 能 为盆 地 内   共生 煤层 气 的解 吸产 出创 造更 为经 济高 效 的排采 地 
质条 件 。  

的 朗格 缪 尔体 积 衰 减 系数 / 级 之 间 的关 系 高 度一  煤 致 , 与平 衡 水 含 量/ 级 关 系 具有 相 似 之 处 , 三  也 煤 但 者之 间关 系 的控 制机理 , 有待 于进 一步 探讨 研究 。 还  

第二, 深部 煤 储 层 的 含 气性 和 渗 透 性尽 管 受 到  地 温温度 、 藏深 度等 不 利 因素的 限制 , 深部存 在  埋 但 较 高 的流体 压力 、 为致 密 的盖层 岩性 、 对滞 流封  较 相
闭 的 水 动 力 等 条 件 , 些 条 件 之 间 的 有 利 配 置 , 能  这 可 有 利 于 深 部 煤 层 气 的 保 存 。 时 , 高 的 地 层 能 势 和  同 较 受 热 温 度 为 开 采 过 程 中煤 层 气 的 解 吸 运 移 提 供 了 有 

4 深部 煤 层 气 与 油 气 共 采 可 行 性 探 讨   
我 国拥 有 中新 生 代 含油 气 盆 地 3 0余 个 , 地  7 盆
总 面 积 占 全 国 面 积 7  左 右 , 中 多 数 大 中 型 盆 地  4/ 9 6 其

利 条 件 , 质上 有 利 于 深部 煤 层 气 资 源 的 开采 。其  实 中 , 高 流 体压 力 和较 高 受 热 温度 的“ 重 ” 制效  较 双 控
应 , 是 深 部 煤 储 层 含 气 性 与 浅 部 存 在 较 大 差 异 的  则
根 本原 因。  

均 为煤 油气 共生 盆地 , 深部 煤层 气 资源量 巨大 。 就  仅 渤 海湾 盆地 内的济 阳坳 陷而言 , 积就 达到 3 5 面 . 4万  k   m 。根 据 油气 钻 孔 、 维地 震 等 资料 , 地 内普 遍  三 盆
赋 存 石 炭 二 叠 纪 含 煤 地 层 , 层 累 计 厚 度 一 般 在 1  煤 0


第三 , 在较 高 的地层 压力 条件 下 , 深部 煤储 层 与  其 围岩 之 间岩 石 力学 特性 的 差 异可 能 加 大 , 而 为  从 选择 性 地 改 善煤 储 层 裂 隙 系 统提 供 了 更 大 的可 能  性 。 一 问题 , 这 也是 今后 深部 煤层 气 开发所 应 重点研 
究 的方 向之一 。  

2  之 间 , 0m 在某 些地 带 可大 于 3   如 判 参 1 0m( 井 
参 照 济 阳坳 陷 周 缘 黄 河 北 、 博 、 丘 等 煤 田煤  淄 章

为 3 .  。 4 1m) 

储 层 的 含 气 性 特 征 [.]考 虑 本 区 上 古 生 界 主 要 为  11 , 12 气 煤 和 肥 煤 的煤 级 状 况 , 合 本 文 对 深 部 煤 储 层 饱  结

和吸 附量 的 预 测 结 果 ( 3 , 较 为 保 守 的基 本 估  表 )取 算参数 , 即深部 平均 含气 量 9I。t煤 的平 均 密度为   I , T/
1 4g c , 层 平 均 厚 度 为 1  , 煤 面 积 为 3万  .  /m。煤 0m 含

5 结 论   
通 过 上 述 研 究 , 者 得 出如 下 初 步 认 识 : 作   ( )地 层 温 度 、 藏 深 度 、 级 等 条 件 的 组 合 , 1 埋 煤  
可 能 对 煤 储 层 平 衡 水 含 量 发 生 不 同 程 度 的 影 响 。 煤 

k , 济 阳坳 陷 的煤 层 气 资源 量 至少 在 3 7 m。则 . 8万亿 

m。 以上 , 中绝大 部分 赋存 于 埋 深大 于 10 0m 的  其   0 
盆地 深 部 , 层 气 平 均 资 源 丰 度 约 为 1 2 煤 . 6亿 m。  / k , m。略高 于全 国煤 层 气平 均 资源 丰度 ( . 1 m。  12 亿 /
k ) 平。 m。水   在 济 阳 坳 陷 内 部 及 周 缘 煤 田 , 有 较 好 的 煤 储  均

级 增 高 , 中平 衡 水 含 量 呈 现 出 增 高一 降 低 一 增 高 煤   的 3阶 段 “ 状 ” 化 趋 势 。 同煤 级 条 件 下 , 储 层  波 演 在 煤 埋 藏 达 到 一 定 深 度 后 , 度 因 素 对 平 衡 水 含 量 的 影  温 响 可 能 将 会 极 度 减 弱 。 同 埋 藏 深 度 条 件 下 , 层 温  在 地 度 对 肥 煤 和 无 烟 煤 阶段 煤 储 层 中平 衡 水 含 量 的 影 响  较 为 显 著 , 瘦 煤 一 贫 煤 以及 长 焰 煤 一 气 煤 阶 段 煤  对 储层 中平衡 水含 量 的影响 却较 为微 弱 。   ( )深 部 地 层 条 件 的 特 征 , 能 会 导 致 深 部 煤  2 可

层 含 气性 和煤层 气可 采性 显 示 l 。例 如 , 于 惠 民    】 位
凹 陷 南 斜 坡 齐 广 断 层 上 升 盘 的 济 古 1号 井 , 在  6 2m见 石 炭 二 叠 纪 含 煤 地 层 , 煤 4层 , 没 有 采  0  见 在

取 任 何完 井工 艺 措施 的情 况下 日产煤 层 气 1 5m。 1  。  
再 如 , 黄 河 北 煤 田埋 深 6 ( 8 0I 的 煤 储 层 中 , 在 () 0   I )~ T   钻 孔 煤 芯 直 接 法 测 定 的 含 气 量 一 般 超 过 8I / ,   I t最  T  
高 可 达 1 . 9I。 t  6 6  I 。 T/

储层 吸 附性 与浅 部煤储 层 有 所不 同 。在 模拟 实验 温 
度 范 围 内 , 度 每 增 高 1  朗 格 缪 尔 体 积 平 均 衰  温 0C, 减 系数 减 小 5  。相 同 温 度 条 件 下 , 格 缪 尔 压 力 0/ 9 6 朗   随 煤 级 增 高 呈 现 出 增 高 一 降 低 一 增 高 的 3阶 段 “ 波  状 ” 化 趋 势 , 不 同 煤 级 煤 样 的 朗 格 缪 尔 压 力 与 温  演 但 度 之 间 关 系在 高 煤 级 阶 段 发 生 反 转 , 明 中 煤 级 煤  表 早 期 阶 段 煤 储 层 中煤 层 气 解 吸 能 力 随 埋 藏 深 度 加 大  而逐 渐 降 低 , 高 煤 级 煤 阶 段 却 逐 渐 增 高 。 在  
( )模 拟 煤 样 饱 和 吸 附 量 随 埋 藏 深 度 增 大 而 变  3

诚 然 , 储 层 埋 藏 深 度 加 大 , 疑 会 使 煤 层 气 开  煤 无 采 难 度 增 大 , 果 进 行 专 门 的 深 部 煤 层 气 资 源 的 开  如 采, 目前 在 理 论 缺 乏 必 要 准 备 , 技 术 和 实 践 上 也 都  在

不 具备 条件 。 是 , 阳坳 陷 内常 规油气 井 的开 采深  但 济
度 一 般 大 于 20 0I , 部 含 煤 地 层 会 一 同 被 油 气    0  I深 T 井 所 贯 穿 , 且 深 部 也 存 在 某 些 有 利 于 煤 层 气 开 采  况 的地 质条 件 :  

化 的趋 势在 一定 深 度 发 生反 转 , 明地层 条件 下可  表
能 存 在 “ 附 饱 和 临 界 深 度 ( 称 临 界 深 度 ) , 是  吸 简 ”这

48 9 



然  气





科  学  
[ 、徐 州 : 国 矿 业 大 学 , 0 4 D] 中 2 0.  

Vo. 6 11 

地 热 场 深 部 增 温 作 用 的 必 然 结 果 。 煤 储 层 埋 藏 一 旦 
超 过 临 界 深 度 , 和 吸 附 量 不 再 随 埋 藏 深 度 的 增 大  饱

E 3 秦 勇.中 国高 煤 级 煤 的 显微 岩 石学 特 征 及 结 构 演 化 E ] 4 M .徐 
州 : 国矿 业 大学 出版 社 . 9 4  中 1 9.

而增加 , 而是显 现 出逐渐 降低 的趋 势 。 临界 深度 所指 
示 的 煤 储 层 埋 藏 深 度 在 焦 煤 阶 段 达 到 最 大值 , 迭  可 15 0m 左 右 , 在 较 低 煤 级 和 较 高 煤 级 阶 段 均 相    0  而
对 变浅 。  

[ ] 傅 雪海 . 勇 , 万 贵 . 煤 储 层 水 溶 气研 究 及褐 煤 含气 量 预  5 秦 王 等. 测 E3 天 然 气 地 球 科 学 .0 5 1 ( ) 1 31 6 J. 2 0 .6 2 :5 —5 .     [ ] 秦 胜 飞 . 岩 . 修 义 . . 动 力 条 件 对 煤 层 气 含 量 的 影 响  6  宋 唐 等 水


煤 层 气 滞 留 水控 气 论 [] 天 然 气 地 球 科 学 ,0 5 1 ( )  J. 2 0 .6 2 :

( )盆 地 深部较 高地层 压 力 导致 的煤 储层 渗 透  4
性 变 差 无 疑 会 使 煤 层 气 开 采 难 度 增 大 , 深 部 较 高  但

l 9 l 2  4    . 5

[ ] 傅 学海 , 勇 。 永 国 , 甲烷 在煤 层 水 中溶 解 度 的 实 验 研 究  7 秦 杨 等、 [] 天 然 气 地 球 科 学 .0 4 1 ( )3 53 8 J. 2 0 .5 4  4  4 .   [ 3 Qi Y n Jag1 .Coliainjmp ,sae n  c — 8  n o g, i  o   n 3 aict   f o u s tg sa dmeh  a im o  ihrn  o l i  ia E .YagQiP o 0h ns   f g —a lcas nChn , A] h f   n  . rc3 t  It o  o g .1B C . teln Itr ain l c nic n  l n r 8 [ ] Neh r d: nen t a Si t i Ge C a o   e f 
P e s.1 9 . 9  l 2 rs 9 7 9 2 

地层 温度 与较 高地 层压 力 的配 置关 系也 可能 有利 于  煤层 气的 开采 , 即存 在 实现 深 部 煤 层 气 资 源与 常规 
油 气 资 源 共 采 的 可 能 性 。 时 , 部 较 高 流 体 压 力 和  同 深 较 高 受 热 温 度 的 “ 重 ” 制 效 应 , 能 是 导 致 深 部  双 控 可 煤 储 层 吸 附性 与 浅 部 存 在 较 大 差 异 的 根 本 原 因 。  
参考文献 :  
[ ] 叶 建 平 . 勇 . 大 扬 . 国 煤 层 气 资 源 [ ] 徐 州  中 国 矿 业  1  秦 林 中 M .
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DI CU S I N  S SO ON  ELI BI TY  R A LI FO R  CO— I I M N NG  TH E  CO ALBED  AS A ND  G  
No R M AL  PETRo LEU M   AN D  ATU RA L G A S: ABS RPTI N   o VE  EFFECT  F D EEP o    

CO AL  ESERVo I UN DER  oN DI o N  R R  C TI oF  BA LAN CED  ATER  W

QI Yo g ,S N  n   ONG  a — o   Qu n y u ,FU  e h i Xu — a 
(1 Chi a Uni e st ‘ M i ng  nd  e hn l g ,X u o   . n  v riy )   m' a T c oo y zh u 221 08,Chi a1 0 n  
2. Chi a U n v r iy < Per lum ,D o gyi g  57 00,Chi a) n  i e st ’   toe n n 2 0 n  

Ab t a t Ba e   n s g e tn  h   r b e  o  o mi ig t e c ab d g sa d n r lp toe m &. a u a  sr c : sd o   u g sig t ep o lmsf rc — n n  h   o l e   a  n   o ma  er lu n trl
ga s,t   b o ptv   fe to   he d e   oa  e e v rund r t   on ton o   he b l c d wa e   s s u e   he a s r ie e f c  ft   e p c lr s r oi  e   he c dii   ft   a an e   t r wa   t did
u i g t   ysc ls m u a i   e tw ih t   na yssoft   ol gia  e tn s n   he ph ia  i l tng t s  t   he a l i    hege o c ls t i g,a d s n   om e n w  i w p n   e e   e ve oi tw r   s ge t d. T he r s t  ho e   h tt e c nt nto   he b l nc d wa e  n c a  e e v rc ul  e c nt o l d ug s e   e uls s w d t a   h   o e   ft   a a e   t ri   o lr s r oi  o d b   o r le  

b   he c y t   om b n ton oft e s r t   e e a ur  t   h  t  ura  e h a   o lr nk.Th   on ton   ft   i a i     h   t a a t mp r t e wih t e is b i ld pt   nd c a  a e c dii s o   he
de p s r t   ou d r s t n t e d fe e c   f t e ab or ton be we n t   e p a  s low r s r o r . T he e   t a a c l   e ul  i  h   if r n e o   h   s p i   t e   he d e   nd a l e e v is  

r l to h p o   h   a u a e   as a s r n   o e   o t e b i ld pt     h   e e v rc l     e e s d a   e a i ns i  ft e s t r t d g — b o bi g c nt ntt   h   ura  e h oft e r s r oi  ou d be r v r e   t
a c r a n de h ( a e   st   rtc lde h ofa s ptv   a u a i n)i   h   ta a,a   h   rtc lde h i    e t i  pt n m d a   hec iia  pt     b or i e s t r to n t esr t nd t e c ii a  pt  s v re   t   oa  a a id wih c lr nk. w h c   s d s r e y d rv d fo   he c — c i   ft   e pe a u e e ha c n   fe t i h i  e e v dl   e i e   r m t   o a ton o   he t m r t r — n n i g e f c  a   e f c r c e itc     h   e   e e v i. T h   a c   ft   gh r t m p r t r   ih t   l w  e s r   nd s l— ha a t rs is oft e de p r s r o r e m t h o   he hi e   e e a u e w t   he fo pr s u e

i   he d e  r s r o r ou d e f v r bl ofm i i g h   o l d ga n t   e p e e v i c l  b   a o a e   n n  t e c a be   s,a d,i a ot e  wo d,t e e i  h   n n n hr r h r s t e

r l bl y o  o m iig t ed e  o le   a  n   e r lu 8 n t r l a .Th   ifr n eo  h   b o p in ei it   fc — h n  h   e p c ab dg sa d p toe m  . a u a  s a i g ed fe e c  ft ea s r t   o
be we n t   e   nd s low  e e v is c l   e r dia l   rv d f o   h   oub e c t e   he de p a   a l r s r o r   ou d b   a c ly de i e   r m t e d l  ontol    h   gh r r s oft e hi e   fo p e s r   n   e pe a ur  n t   e p r s r oi. l w  r s u e a d t m r t e i   he d e   e e v r  Ke   r s: Coabe   s; Nor a  tol u   y wo d l d ga m lpe r e m
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na u alga t r   s;Co— i i m n ng; De p c a  e e v r A bs p i e e   o lr s r oi ; or tv  



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