煤层结构特点：煤层气吸附解吸规律及压裂液增产技术研究

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：煤层的结构特点与常规的油气储层不同，它有其结构上的特殊性。要想取得煤层气开发成功的突破点，必须考虑煤层的特殊地质条件和储层特点，找到一种适合煤层的增产改造方式，以期达到最大的经济效益。煤层易破碎且强度低，普通岩石的杨氏模量为300×104～600×104lb/in2，而煤的杨氏模量在10×104～100×104lb/in2之间，泊松比一般在0.27～0.4之间。杨氏模量和泊松比是表征横向应力和纵向应力对煤层产生裂缝形态的主要影响因素。

煤是一种沉积岩，它可以看成是由很多有机和无机的碎片经过长期的堆积而成。

煤层的结构特点与常规的油气储层不同，它有其结构上的特殊性。要想取得煤层气开发成功的突破点，必须考虑煤层的特殊地质条件和储层特点，找到一种适合煤层的增产改造方式，以期达到最大的经济效益。

与压裂关系比较密切的煤层的结构特点主要有：

（1）煤层的气体存储机理与常规油气层不同。煤层是一种各向异性的、双孔的、被水饱和的储层，它既是生气层又是储气层。它的内表面非常大，一般为10～40m2/g。因此，煤层气有很大一部分是吸附在煤层的内表面上的，只有很少的气体处于游离态，存在于裂缝和割理之间。所以煤层中的甲烷气通常以三种状态存在：吸附在煤孔隙的内表面上；以游离态分布在煤的孔隙和裂缝内；溶解在煤层的地层水中。开采煤层气的过程就是气体从煤层内表面解吸、扩散、再通过煤的割理和裂缝流到井中的一个过程。而常规的油气层中气体是自由存在于孔隙中的。

（2）煤的岩石组分与常规油气层不同。煤层90%是有机质（主要为腐殖型），而常规的含气岩石几乎100%是无机质。

（3）煤层的劈理构造与常规储层不同。煤层存在大量的天然裂缝和割理，并且裂缝与裂缝、割理与割理之间连通性比较差，所以煤层的渗透率和孔隙度就比较低，这就导致了煤层气很难大面积地扩散出来，使用常规的开采方法时，煤层气的采收率非常低。(www.chuimin.cn)

（4）煤层的机械特性与常规储层不同。煤层易破碎且强度低，普通岩石的杨氏模量为300×104～600×104lb/in2，而煤的杨氏模量在10×104～100×104lb/in2之间，泊松比一般在0.27～0.4之间。杨氏模量和泊松比是表征横向应力和纵向应力对煤层产生裂缝形态的主要影响因素。以上数据说明，煤层比普通的岩石更容易被压缩，比其他岩石更易碎，所以在开采施工的过程中，稍微操作不当就可能引起井漏、井塌，对煤层产生大面积的伤害。

（5）煤层气井通常在开采的同时会产生大量的伴生水，常规的气体开采则不会出现这种情况。因为煤层含水饱和度通常大于85%，必须通过将水抽出、降低储层压力这个过程，煤层气才会解吸出来。但是，如果水量很大且压力也大的话，甲烷会一直保持吸附状态。可能数月后，压力降低了，甲烷才会开始解吸。

（6）开发的煤层通常都埋深较浅，地温也较低。常规的储层则不然，这使得对压裂液的要求也相应不同，这体现在压裂液的抗温性能方面以及破胶方面。有些压裂液本身的抗温能力很强，所以在破胶的时候对温度的要求很高。若因为温度低而不能达到破胶的要求，那么这种压裂液在煤层中的使用就是失败的。

因此，虽然我国的煤层气资源储量丰富，但是因为煤层开采的技术和条件方面还处在研究的阶段，所以我国大部分地区的煤层气开采还未成形，离大规模的商业性开采还有一段距离，只有沁水盆地南部一些煤层气井已经开始了规模性的开发。

煤层结构特点：煤层气吸附解吸规律及压裂液增产技术研究

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