论文部分内容阅读
【摘要】煤储层渗透率是衡量煤层气可开采性最重要的指标之一，其发育过程对于煤层气的富集、保存以及溢散等研究具有指向意义，煤层气储层渗透率演化历史分析将为煤层气的勘探选区提供重要的理论基础。本文以鄂尔多斯盆地东部石炭-二叠系煤储层为例，综合分析了煤储层构造史、埋藏史等动态地质因素及其相互作用关系，提出了煤储层渗透率地质演化规律。研究表明，鄂尔多斯盆地石炭-二叠系煤储层渗透率的发育整体上呈下降的趋势，在煤储层热演化程度、地应力条件、储层埋深等动态因素联合控制下，渗透率的发育呈现明显的“波浪式”。其中，三叠纪至早白垩世末期为渗透率发育的快速降低阶段、早白垩世末期以来为渗透率缓慢上升的阶段。
【关键词】煤储层 渗透率 发育 动态因素
煤储层是一套由天然裂隙和基质孔隙组成的双重结构模型，裂隙系统为煤层气渗流运移的通道，煤储层渗透率，作为衡量煤层气在煤层中渗流能力的参数，除受自身裂隙发育特征控制外，地质构造、应力状态、煤基质的收缩作用、煤层埋深、煤的演化程度、煤岩煤质特征、煤体结构及电场等都不同程度地影响煤层渗透率，诸多因素相互作用、相互关联，常常混淆了对于渗透率发育的主控因素的把握，虽然对于各项影响因素的作用机理基本都达成了共识，但大多数学者只对影响煤储层渗透率的静态因素进行了定性分析，而往往忽略了煤层气储层埋藏史、烃源岩热演化史以及煤储层古应力等动态地质因素对于煤层渗透率的控制作用，特别这些动态地质条件相互作用分析，使得煤储层渗透率的分析存在较大的局限性。据此，笔者在综合研究煤储层构造史、埋藏史、烃源岩热演化史以及古应力等动态地质因素及其相互作用关系基础上，建立渗透率的发育模型，将为现今煤层气的富集规律提供理论基础。
1 煤储层渗透率发育主控因素分析
煤储层渗透率的发育受到诸多因素的影响，但大量研究表明渗透率发育的主要控制因素为地应力、热演化程度、储层埋深等因素的控制。地应力通过改变煤储层的孔隙结构而使其渗透率发生变化，其决定了现今煤层中裂隙的频度和方向，以及裂隙的闭合、开启程度。随着热演化程度的不断增强，煤层烃源岩大量生烃，煤岩的物理化学性质发生突变，收缩应力和孔隙压力增大，渗透率降低。理想状况下煤层气在储层裂缝中的流动符合达西定律，即随着储层压力的增加，其渗流能力明显增高，而储层压力的大小往往与埋深呈正相关性。
2 煤储层渗透率发育地质条件模拟分析
煤储层渗透率的发育是地应力、热演化程度、储层埋深联合控制的结果，在漫长的地质历史过程中，各种地质条件不断演化，其相互之间的配置关系决定着某一特定地质时期的渗透率发育情况，为此，以鄂尔多斯盆地东部石炭-二叠系煤储层为例，对煤储层构造史、埋藏史、烃源岩热演化史以及地应力等动态地质因素及其相互作用关系等煤储层渗透率发育的地质条件进行综合分析。
2.1 鄂尔多斯盆地东部石炭-二叠系煤储层埋藏史
依据Athy提出的地层压实校正模型对鄂尔多斯盆地东部石炭-二叠系煤储层的埋藏史进行了恢复。研究区石炭二叠系煤储层埋藏历史总体上经历了原始沉积、快速沉降、抬升剥蚀3个埋藏演化阶段。
2.2 鄂尔多斯盆地东部石炭-二叠系煤层烃源岩热史
采用国际上常用的沉积有机质热演化历史数值模拟方法-EASY%Ro法对鄂尔多斯盆地东部石炭-二叠系煤储层的热演化史进行了反演模拟。结果表明，鄂尔多斯盆地东部煤层烃源岩的演化共经历两个主要演化阶段：
（1）三叠世-早白垩世末地质构造作用较弱，上覆地层持续沉积，埋藏深度逐渐加深，演化程度逐渐增强，至早白垩世末基本达到烃源岩的最高演化程度；
（2）早白垩末以来，由于燕山运动的作用，剥蚀厚度较大，整体处于抬升剥蚀阶段，使煤储层烃源岩在早白垩世末抬升剥蚀期热演化得到抑制甚至停止，新近纪以来剥蚀运动逐渐减退，使得煤层再次接受沉积，但补偿厚度较小，烃源岩并没有发生二次生烃过程，因此新近纪以来基本继承了早白垩时期的热演化程度。
3 煤储层渗透率发育特征及成因分析
研究表明，渗透率主要取决于上覆地应力，随着埋藏深度的不断加深，垂向作用力和孔隙压力不断增强，渗透率呈现较为缓慢的下降；三叠纪至白垩早期，渗透率变化最大，此时煤岩热演化进入中煤阶，但由于上覆地层的快速沉积以及喜山运动的强烈挤压作用，渗透率呈现快速降低的趋势；新生代以后为渗透率缓慢回升的阶段，白垩系末期地层抬升遭受了严重的剥蚀作用，煤层的孔隙压力降低，同时由于构造运动的减弱为喜山运动，此时煤岩热演化进入中煤阶，可塑性的煤岩渗透率出现了回升的趋势。
从渗透率发育模型中可以看出，虽然渗透率的发育受到地应力、煤岩热演化程度、埋深等三方面动态因素的综合作用，但整体上埋深对渗透率起到了控制作用，为主控因素；而地应力在不同地质时期内对渗透率的发育起到了调节作用，为次要因素；相对于煤层埋深与地应力的作用效果而言，煤层烃源岩的热演化程度在渗透率的发育历史过程中，影响作用较弱，为相关因素。
4 讨论
在煤储层埋藏史、烃源岩热史以及煤层应力发育史的综合分析基础上，利用渗透率发育机理，对鄂尔多斯盆地石炭-二叠系煤储层渗透性发育史进行了恢复，研究表明鄂尔多斯盆地石炭-二叠系煤储层渗透率的发育整体上呈现下降的趋势，在煤储层热演化程度、地应力条件、储层埋深等动态因素联合控制下，渗透率的发育呈现明显的“波浪式”。其中，三叠纪至早白垩世末期为渗透率发育的快速降低阶段、早白垩世末期以来为渗透率缓慢回升的阶段。
参考文献
[1] 张胜利，李宝芳.煤层割理的形成机理及在煤层气勘探开发评价中的意义[J].中国煤田地质1996，18（1）：72-77
[2] 陈练武，煤层割理研究在韩城矿区煤层气评价中的意义[J]西安工程学院学报，1998，20（1）：33-35
[3] 毕建军，苏现波，韩德馨，陈江峰.煤层割理与煤级的关系[J].煤炭学报，2001，26（4）：346-349
[4] 连承波，李汉林.地应力对煤储层渗透率影响的机理研究[J]煤田地质与勘探，2005，33（2）：30-31
[5] 孙立东，赵永军.沁水盆地煤储层渗透率研究[J].煤炭科学技术，2006，33（10）：74-78
作者简介
姜学实（1982-），男，黑龙江绥化人，本科，主要从事油气资源评价方面的研究工作。
【关键词】煤储层 渗透率 发育 动态因素
煤储层是一套由天然裂隙和基质孔隙组成的双重结构模型，裂隙系统为煤层气渗流运移的通道，煤储层渗透率，作为衡量煤层气在煤层中渗流能力的参数，除受自身裂隙发育特征控制外，地质构造、应力状态、煤基质的收缩作用、煤层埋深、煤的演化程度、煤岩煤质特征、煤体结构及电场等都不同程度地影响煤层渗透率，诸多因素相互作用、相互关联，常常混淆了对于渗透率发育的主控因素的把握，虽然对于各项影响因素的作用机理基本都达成了共识，但大多数学者只对影响煤储层渗透率的静态因素进行了定性分析，而往往忽略了煤层气储层埋藏史、烃源岩热演化史以及煤储层古应力等动态地质因素对于煤层渗透率的控制作用，特别这些动态地质条件相互作用分析，使得煤储层渗透率的分析存在较大的局限性。据此，笔者在综合研究煤储层构造史、埋藏史、烃源岩热演化史以及古应力等动态地质因素及其相互作用关系基础上，建立渗透率的发育模型，将为现今煤层气的富集规律提供理论基础。
1 煤储层渗透率发育主控因素分析
煤储层渗透率的发育受到诸多因素的影响，但大量研究表明渗透率发育的主要控制因素为地应力、热演化程度、储层埋深等因素的控制。地应力通过改变煤储层的孔隙结构而使其渗透率发生变化，其决定了现今煤层中裂隙的频度和方向，以及裂隙的闭合、开启程度。随着热演化程度的不断增强，煤层烃源岩大量生烃，煤岩的物理化学性质发生突变，收缩应力和孔隙压力增大，渗透率降低。理想状况下煤层气在储层裂缝中的流动符合达西定律，即随着储层压力的增加，其渗流能力明显增高，而储层压力的大小往往与埋深呈正相关性。
2 煤储层渗透率发育地质条件模拟分析
煤储层渗透率的发育是地应力、热演化程度、储层埋深联合控制的结果，在漫长的地质历史过程中，各种地质条件不断演化，其相互之间的配置关系决定着某一特定地质时期的渗透率发育情况，为此，以鄂尔多斯盆地东部石炭-二叠系煤储层为例，对煤储层构造史、埋藏史、烃源岩热演化史以及地应力等动态地质因素及其相互作用关系等煤储层渗透率发育的地质条件进行综合分析。
2.1 鄂尔多斯盆地东部石炭-二叠系煤储层埋藏史
依据Athy提出的地层压实校正模型对鄂尔多斯盆地东部石炭-二叠系煤储层的埋藏史进行了恢复。研究区石炭二叠系煤储层埋藏历史总体上经历了原始沉积、快速沉降、抬升剥蚀3个埋藏演化阶段。
2.2 鄂尔多斯盆地东部石炭-二叠系煤层烃源岩热史
采用国际上常用的沉积有机质热演化历史数值模拟方法-EASY%Ro法对鄂尔多斯盆地东部石炭-二叠系煤储层的热演化史进行了反演模拟。结果表明，鄂尔多斯盆地东部煤层烃源岩的演化共经历两个主要演化阶段：
（1）三叠世-早白垩世末地质构造作用较弱，上覆地层持续沉积，埋藏深度逐渐加深，演化程度逐渐增强，至早白垩世末基本达到烃源岩的最高演化程度；
（2）早白垩末以来，由于燕山运动的作用，剥蚀厚度较大，整体处于抬升剥蚀阶段，使煤储层烃源岩在早白垩世末抬升剥蚀期热演化得到抑制甚至停止，新近纪以来剥蚀运动逐渐减退，使得煤层再次接受沉积，但补偿厚度较小，烃源岩并没有发生二次生烃过程，因此新近纪以来基本继承了早白垩时期的热演化程度。
3 煤储层渗透率发育特征及成因分析
研究表明，渗透率主要取决于上覆地应力，随着埋藏深度的不断加深，垂向作用力和孔隙压力不断增强，渗透率呈现较为缓慢的下降；三叠纪至白垩早期，渗透率变化最大，此时煤岩热演化进入中煤阶，但由于上覆地层的快速沉积以及喜山运动的强烈挤压作用，渗透率呈现快速降低的趋势；新生代以后为渗透率缓慢回升的阶段，白垩系末期地层抬升遭受了严重的剥蚀作用，煤层的孔隙压力降低，同时由于构造运动的减弱为喜山运动，此时煤岩热演化进入中煤阶，可塑性的煤岩渗透率出现了回升的趋势。
从渗透率发育模型中可以看出，虽然渗透率的发育受到地应力、煤岩热演化程度、埋深等三方面动态因素的综合作用，但整体上埋深对渗透率起到了控制作用，为主控因素；而地应力在不同地质时期内对渗透率的发育起到了调节作用，为次要因素；相对于煤层埋深与地应力的作用效果而言，煤层烃源岩的热演化程度在渗透率的发育历史过程中，影响作用较弱，为相关因素。
4 讨论
在煤储层埋藏史、烃源岩热史以及煤层应力发育史的综合分析基础上，利用渗透率发育机理，对鄂尔多斯盆地石炭-二叠系煤储层渗透性发育史进行了恢复，研究表明鄂尔多斯盆地石炭-二叠系煤储层渗透率的发育整体上呈现下降的趋势，在煤储层热演化程度、地应力条件、储层埋深等动态因素联合控制下，渗透率的发育呈现明显的“波浪式”。其中，三叠纪至早白垩世末期为渗透率发育的快速降低阶段、早白垩世末期以来为渗透率缓慢回升的阶段。
参考文献
[1] 张胜利，李宝芳.煤层割理的形成机理及在煤层气勘探开发评价中的意义[J].中国煤田地质1996，18（1）：72-77
[2] 陈练武，煤层割理研究在韩城矿区煤层气评价中的意义[J]西安工程学院学报，1998，20（1）：33-35
[3] 毕建军，苏现波，韩德馨，陈江峰.煤层割理与煤级的关系[J].煤炭学报，2001，26（4）：346-349
[4] 连承波，李汉林.地应力对煤储层渗透率影响的机理研究[J]煤田地质与勘探，2005，33（2）：30-31
[5] 孙立东，赵永军.沁水盆地煤储层渗透率研究[J].煤炭科学技术，2006，33（10）：74-78
作者简介
姜学实（1982-），男，黑龙江绥化人，本科，主要从事油气资源评价方面的研究工作。