和什托洛蓋煤田煤層氣圍巖封閉特性淺析

張松玲　樊利強

[摘要]圍巖的封閉特性是影響煤層氣逸散程度的主要因素，也是評估煤田煤層氣開采價值的重要參考依據(jù)。但該特性受地質(zhì)差異影響很大，所以在不同的煤田中會有不同的體現(xiàn)。本文將探究和什托洛蓋煤田的圍巖封閉性能，以此討論該煤田的煤層氣保存程度。

[關鍵詞]和什托洛蓋煤田 煤層氣 圍巖 封閉特性

[中圖分類號] F407.1 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-3-52-1

和什托洛蓋煤田位于新疆準噶爾盆地，其煤層中含有一定量的煤層氣。在煤礦開采越來越追求綜合化和高效化的背景下，有必要確定這些煤層氣的保存與逸散情況，以此確定其開采價值。為此，需要分析對煤層氣有重要影響的圍巖封閉特性。

1煤層氣概述

煤層氣是一種非常規(guī)的天然氣，儲存位置為煤層中的基質(zhì)顆粒表面、煤層水、煤孔隙，主要成分是甲烷，但也包括其他烴類氣體。這種氣體往往被封閉在煤層中，因此其開采需要伴隨煤礦的開采共同進行。但不同地區(qū)的煤層由于巖性、厚度等參數(shù)的不同而具有不同的煤層氣封閉能力，所以開采價值也有所區(qū)別，封閉條件較差的煤層，氣體散失量偏大，開采價值也較低。具體來說，煤層氣在封閉條件方面的決定因素有二，其一是煤層本身，其二是煤層的邊界條件。

2圍巖對煤層氣的封閉機理

如上文所述，煤層氣在煤層中的存在位置包括基體表面、空隙和水中，其中基體表面與空隙中的煤層氣均為吸附態(tài)，在總含量中的比例達到90%到95%。只要外界的壓力降作用沒有傳到這些吸附氣體上，煤層氣的解吸和吸附就能達到動態(tài)平衡，氣體逸散就基本不會發(fā)生。但如果煤層蓋層存在缺陷，煤層中少量的游離態(tài)煤層氣就會先行逸散，雖然這部分逸散的氣體量非常少，但是氣體的損失會在煤層中形成濃度差，這樣一來原本穩(wěn)定的吸附態(tài)煤層氣也會解吸出來轉化成游離態(tài)，該過程不斷重復，煤層中的煤層氣就會大量逸散。所以圍巖的封閉機理就是通過種種封閉方式保證蓋層性能，避免游離氣的逸散。

圍巖的蓋層封閉模式有三種，其一是壓力封閉，但由于我國煤層氣的儲層壓力通常不高，所以壓力封閉雖然能發(fā)揮一定的作用但效果有限；其二是濃度封閉，但煤層兼具儲集層與生氣層兩種特征，氣體很少出現(xiàn)顯著的濃度差異，所以應用范圍有限；其三是毛細管力封閉，煤層的結構較為特殊，大多是具有微孔發(fā)育特征的雙孔隙結構，所以圍巖的封閉作用可以通過毛細管力表現(xiàn)出來，這種封閉方式在圍巖封閉中是最常見的。由于毛細管力的影響因素包括了巖石致密度、粒度、巖性，所以圍巖的封閉特性也受這些因素影響。

3和什托洛蓋地區(qū)的圍巖封閉條件

3.1煤層頂?shù)装鍏^(qū)域的圍巖封閉條件

煤層的頂?shù)装鍏^(qū)域是和巖層直接接觸的區(qū)域，因此，該區(qū)域的厚度和巖性兩項參數(shù)直接影響到煤層氣會被保存還是逸散。通常情況下，厚度越小、巖性粒度越粗，氣體的滲濾和擴散就越快，逸散的可能也就越高，所以厚度大、巖性粒度細的部分封閉性更高，煤層氣的保存更好。

在和什托洛蓋地區(qū)，八道灣組的煤層底板主巖性為炭質(zhì)泥巖和普通泥巖，雜有粉砂巖和少量的中砂巖、細砂巖等；煤層頂板的主巖性則均為普通泥巖，雜有炭質(zhì)泥巖、中細粒砂巖、粉砂巖。實際考察可知，該區(qū)域煤層頂?shù)装逯?，作為主巖性的細碎屑巖比例都在70%以上，由于該類巖性的粒度相當細，所以可以判斷該地域的煤層頂?shù)装迥苡行П４婷簩託狻?/p>

與八道灣組不同，西山窯組具有更多的煤層、更大的厚度、更穩(wěn)定的巖性，但由于底部是河流沉積形成的，所以沉積物的粒度相當粗，頂部則為垂向的層序單元，具有湖泊三角洲的體系特征。從巖性類型上看，煤層的底板主巖性是普通泥巖，雜有粉砂巖與少量的細砂巖、炭質(zhì)泥巖；煤層的頂板主巖性與底板相同，均為普通泥巖，夾雜巖性則是粉砂巖、炭質(zhì)泥巖與少量的砂礫巖、砂巖。雖然該區(qū)域煤層頂板部位的的細碎屑巖比例很高，達到了80%左右，但煤層底板部分基本都是粗碎屑巖，這對煤層氣的封閉保存有很大的負面影響，所以雖然煤層厚度更大，但保存能效反而下降。

3.2煤系地層區(qū)域的圍巖封閉條件

和什托洛蓋煤田地處準噶爾盆地，通過研究準噶爾盆地的地質(zhì)發(fā)展史可知，該區(qū)域于侏羅紀時期經(jīng)歷了如下三階段的演變過程，分別是早期開始的沉降階段，中期的成煤階段，后期的抬升階段，其中大面積煤層的沉積與沉降階段之后氣候的濕潤有關。

和什托洛蓋地區(qū)的該類含煤地層以白楊河一帶為沉積中心，因此該區(qū)域的含煤地層擁有最大的厚度。在三工河組與八道灣組，地層總厚度超過了2300米，但隨著地層朝東西擴展，厚度越來越小，有部分地區(qū)還產(chǎn)生了地層剝蝕現(xiàn)象。在八道灣組，中等厚度的煤系地層起到了充分的封閉效果，很好地封起了煤層氣，但在西山窯組，由于部分地區(qū)存在地層剝蝕，所以煤層氣的封閉能效被大幅削弱，封閉作用相對不佳。

3.3厚煤層區(qū)域的圍巖封閉條件

雖然和什托洛蓋煤田的煤層變質(zhì)程度不高，煤層氣的含量有限，但無論是八道灣組、西山窯組還是各個凹陷區(qū)，煤層都具有相當多的層數(shù)和總厚度。舉例來說，在八道灣組，煤層總厚度在10米到20米之間；在西山窯組，煤層總厚度在20米到30米之間。不過需要注意的是，和什托洛蓋煤田各個煤層的單層厚度通常很薄，在八道灣組與西山窯組，煤層的單層厚度基本沒有超過10米的，厚度區(qū)間大多只有3米到7米。但是，由于該區(qū)域煤田的煤層層數(shù)相當多，所以單層厚度過薄并不構成問題，這種總體結構能夠形成垂直方向的多層封堵，令煤層氣的散失速度大幅延緩，所以即使是煤層總厚度不足10米的喇嘛昭礦區(qū)也能確保一定的煤層氣保存能效。受優(yōu)良的煤層封閉條件影響，和什托洛蓋煤田雖然煤層氣含量不高，但氣體保存相當完善，所以依然有很高的開采價值。

4結語

總體來說，和什托洛蓋煤田的煤層圍巖具有相當高的封閉性能，其多層結構的特性彌補了部分區(qū)域巖性粒度粗、煤層厚度小的缺點，使區(qū)域總體的煤層氣都很好地被保存了下來。

參考文獻

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