水文地质条件对煤层气赋存的控制作用探讨

水文地质条件对煤层气赋存的控制作用探讨

庞查花

云南省一四三煤田地质勘探队 云南曲靖 655000

摘要：在煤层气存储和开采过程中，需要利用水文地质条件切实加强煤层气赋存控制，将其控制作用发挥出来，才能实现开采效益的最大化。因此，本文基于这一视角，主要从水动力特质和地质条件两个方面，对煤层气赋存的控制作用进行了分析，以更好地促进开采效益的提升。

关键词：水文地质条件；煤层气赋存；控制作用

煤层气在形成与存储过程中，往往受到水文地质因素的影响，所以煤层气的赋存控制难度较大，为了更好地降低水文地质因素的影响，切实发挥水文地质条件在煤层气赋存控制中的作用，需要我们切实做好对其控制作用的分析，才能更好地在煤层气勘探开发中科学选定区块。

1.煤层气的赋存状态探究

煤层气主要是指自身自储的非常规性的天然气，主要在煤层和周边的岩层中贮存，由于其用途广泛，在煤层气的勘探开发中，要科学地选定区块，就必须切实分析煤层气的有利和不利赋存条件，从而针对性地对其赋存情况进行评价。而在这一工作中，首先就是要掌握煤层气的赋存状态。常见的状态主要有吸附、溶解、游离三种状态。

1.1煤层气吸附状态的分析

相较于常规的天然气储层，煤层气大都是以吸附的方式贮存在煤层之中。通常而言，煤层中吸附状态的煤层气占总量的0-90%以上，但是具体的比例还要结合煤变质程度和埋藏深度来确定。吸附状态的煤层气，其被煤的吸附能力取决于多种因素，但是主要因素有以下四种：一是煤变质因素，若变质程度越高，那么吸附煤层气的能力就会越强；二是压力因素，当压力较小时，对煤层气的吸附量就会随着压力的增加而不断增加，但是随着压力的升高，压力越高，其增长的幅度就会越小，尤其是当压力处于一定值时，此时的吸附量就会接近长输，因此煤吸附气量会随着压力的增加而出现双曲线的变化规律；三是温度因素，因为吸附作用过程中会释放热量，若温度越高，那么对煤层气的吸附能力就会相应的降低；四是湿度因素，当煤的湿度越大，其吸附量就会越小，主要是由于煤的微孔隙中占据了大量的水分，水分会把煤气层分子从中挤出，导致其吸附量下降。

1.2煤层气溶解状态的分析

煤层气水对甲烷有着一定的溶解作用，相较于其他气体，由于甲烷在水中溶解时，其溶解度较低，而煤层中经常是含水层，所以甲烷会由于地下水运动而在煤层移动的同时随之运移。

1.3煤层气游离状态的分析

当煤层气处于饱和状态后，煤层的孔隙与裂隙中存在大量游离状态的气体，这些气体会从普通气体状态过程，在甲烷分子自由热运动的基础上而显示出气体压力，所以游离煤层气的含量主要是与煤的孔隙有关。

2.水动力特质带来的控制作用

因为煤层气在煤层缝隙中吸附，利用地下水系统能有效地对煤层气吸附状态进行控制，从而对煤层气的存储、逸散带来影响。当压力越高时，对煤层气的赋存作用越好，反之就会导致逸散的可能性增加。所以基于水动力特质来强化对其控制作用分析时，主要是以下三个方面：

2.1转移作用、逸散作用的分析

当地质区域的导水性较强时，煤层气受水力转移、逸散作用较大，加上在断层构造发育地区中，地下水又在不断运动，使得在煤层缝隙中吸附的煤层气被转移和逸散，让一些地质区域的煤层气较为缺乏。

2.2封闭作用、控气作用的分析

水利的封闭和空气作用能有效地对煤层气赋存起到控制作用，通常而言，在断裂发育较弱的斜向地带中，经常发生这样的情况，但是其前提就在于断裂带不具有导水性，有时还能在断层中形成隔水层，导致其导水作用被抑制。当水文地质条件简单时，煤层中的含水层较多，此时水力条件就会较小。而地下水流和流量较小时，在重力影响和静水压力下也会流动。所以水利封闭和控气作用主要是在较深区域，煤层气在地下水的压力传导下，吸附在煤层缝隙中。由于受到压力的作用，在煤层气集中区域中不容易出现转移和逸散的情况。

2.3水力封堵空气

当地质条件为不对称向斜和单斜时，水力封堵控气作用较为明显，有助于煤气层赋存。这是因为地层与地层之间存在压力差，这样煤层气从高压区域向低压区域转移，或者是从深部向浅部渗流。而压力减小之后，在煤层中吸附的煤层气会逸散，并成为逸散区，此时地下水从浅层往深层移动，就能避免煤层气上逸的情况出现，并在一定区域中聚集，进而聚集大量的煤层气之后形成富集区，从而达到良好的封堵作用。

3.地质条件带来的控制作用

地质构造经过千万年的变化，使得其始终在发生变化，煤层中形成了大量的覆盖层，而覆盖层的形成，给煤气层存储奠定了坚实的基础，能有效地控制煤层压力，抑制煤层气逸散。比如在地质构造回返抬升的过程中，因为时间的长短和早晚的不同，在煤层气的储量方面也存在较大的差别，一般而言，当回返抬升发生的时间较晚时，煤层气的储量会相对较大，这是由于回返抬升时间较短，那么煤层气逸散量相对小很多。此外，由于地质构造的形态不同，也会给煤层气赋存作用带来影响。当构造较为封闭时，那么煤层气地聚集就较多，而构造较为开放时，煤层气的逸散就会较多。

4.案例分析

4.1案例的基本情况

某煤矿的地质构造较为复杂，其构造主体是南北走向的一组向南倾斜，但是在背斜轴中存在同向的断裂构造，可采区共2层为可采煤层，编号分别是1#、2#煤层区，全部可采。通过现场勘查和实际调研发现以下几点作用。

4.2逸散作用

为了研究水文地质条件给煤层瓦斯逸散模式带来的影响，首先对1#、2#、3#煤层区的压力和含量进行了测定，得到测定的结果具体详见下表：

在测定后发现，当埋设深度相同时，煤层瓦斯的含量与压力，主要是从上部煤层往下部煤层间经历了先升后降的过程。也就是1#、2#煤层中的瓦斯含量与压力逐渐上升，再从2#、3#煤层快速下降，分析原因后发现，主要是由于煤层瓦斯的逸散模式不同所导致。其深层次的原因就是矿区煤层底板的岩性与水文地质条件以及煤层露头分布情况具有以下特点：

一是在1#煤层中，其顶层是薄层状的石灰岩，属于细品结构，且节理裂隙发育良好，岩芯也破碎，因此具有良好的透气性，且煤层顶板之上的厚度只有17.8m，这一煤层属于富水性中等的岩溶性含水层，所以1#煤层的瓦斯会垂直往上从节理细节中通过，并在含水层垂直而下使得煤层气逸散速度较快，使得1#煤层的瓦斯含量较少。

二是在1#煤层到2#煤层之间的岩层主要是粉砂质泥岩，且岩性致密度较高，而2#煤层底部也是岩性致密性较好的粉砂质泥岩，顶底板的岩性均致密性高，所以对瓦斯有着良好的封存作用，因此2#煤层的瓦斯含量较高，瓦斯的压力也较高，但同时其危险性也较大，而顶底板岩性密度差不多时，因为瓦斯密度要比空气的密度小，所以瓦斯会垂直往上逸散，但是逸散的量较小。

4.3赋存规律

为了分析水文地质条件给煤层瓦斯的赋存规律带来的影响，选取煤层埋藏深度108-145这一范围内，对2#煤层瓦斯压力进行了测试，发现其瓦斯压力在0.82兆帕到1.09兆帕之间，平均压力为0.9兆帕，这就说明瓦斯压力和煤层的埋藏深度有着较大的离散关系，在百米的煤层瓦斯压力下，其压力梯度在0.62到0.84兆帕之间，平均是0.7兆帕，而在测试中，通过对其动力现象点选了埋藏深度在125m以下的测点，得出2#煤层的百米瓦斯含量梯度在3.40-6.90m³/t，相较于平均值要小，将发生动力现象周边的瓦斯含量异常点去除之后，确定2#煤层瓦斯含量和埋藏深度之间的关系，再根据相同的埋设深度得到最大值的拟合关系。但是需要注意的是，在实际估算中，需要结合实际需求，做好散点图的绘制，这样才能确保得到的拟合关系曲线更加直观。就本工程中得到的实际结果来看，当埋藏深度在120以内时，2#煤层的瓦斯含量在8m³/t之下，且在估算过程中结合其深度来进行推算，根据埋藏深度确定其最大值和最小值。当处于100m埋设深度时，1#煤层瓦斯压力是0.29兆帕，而200m埋设深度时，其瓦斯压力是0.62兆帕，要比瓦斯突出的临界判别标准要低。

5.结语

综上所述，由于水文地质条件较为复杂，其对煤层气赋存的控制作用往往也较为复杂，这就需要我们紧密结合实际，切实加强对其的分析，确定瓦斯含量与埋藏深度的关系，发挥水文地质条件在煤层气赋存中的控制作用，从而更好地在有利的水文条件下加强对煤层气的勘探开发。

参考文献

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