煤层气

煤中裂隙特征

摘要 裂隙系统构成了煤层的渗流系统, 对煤层气的开发有着重要的影响。

本文将论述裂隙的特征。裂隙的主要特征有：1、裂隙的级别划分；2、裂隙的空间组构特征；3、裂隙发育程度特征；4、裂隙的组合关系。裂隙几何形态参数是渗透率大小的量级；裂隙的发育程度不但受变质程度的影响，而且还受宏观煤岩类型的制约；裂隙的组合关系反映了空间连通性能。可见了解裂隙的特征具有一定意义。

关键词 裂隙 、空间组构、煤层渗透性、发育程度、煤岩类型、镜煤、亮煤、

裂隙组合。

正文

煤层是具有裂隙系统和孔隙系统的多孔介质。而裂隙系统构成了煤层的渗流系统, 对煤层气的开发有着重要的影响。因此研究煤储层中裂隙具有重要意义。

煤体中裂隙纵横交错, 将煤体切割成大小不同, 形状各异的块体, 煤体中不同成因的裂隙, 其几何结构状和导水特性各有其特点，按其成因、存在状态和分布情况, 可将煤层中的裂隙分为内生裂隙和外生裂隙两大类。内生裂隙又叫割理, 一般认为是在煤化作用过程中古构造应力场的影响下, 由垂向差异压实作用、收缩作用或这两种作用在一定程度上重叠而产生的。煤中发育两组大致互相垂直的割理, 较发育的一组为面割理, 延伸距离远, 发育在两条面割理之间的另一组为端割理, 两组割理与层理面正交或以陡角相交, 从而把煤层分割成一个个矩形的基岩块体。一般而言, 割理密度愈大, 块体愈小, 煤渗透性愈高,但割理往往在煤层中的暗煤条带或夹矸底面终止；外生裂隙又称节理, 指在割理形成之后的各种地质因素作用下形成的大裂隙, 主要与构造应力作用有关, 其发育位置不受煤岩分层限制, 还可能穿透煤层的顶底板。

上述割理和节理发育程度是煤层渗透性的决定因素。在煤层发育的各种裂隙中, 内生裂隙是基础。由于外生裂隙受构造应力影响, 其发育位置、几何形态、发育密度常发生改变,它主要起到沟通内生裂隙的作用, 在发育密度较高时, 将会大幅度提高煤层中裂隙与井筒的连通性。下面将以内生裂隙为主，说明裂隙的特征。

1宏观裂隙的级别划分

大裂隙：高度，数分米～数米；长度，数十～数百米；密度，数条/10m；裂隙形态特征，发育一组，断面平直，有煤粉，裂隙宽度数毫米到数厘米，与煤

层层面斜交。由外引力造成。

中裂隙：高度，数厘米～数分米；长度，米；密度，数条/m；裂隙形态特征，常发育一组，局部两组，断面平直或呈锯齿状，有煤粉。由外引力造成。

小裂隙：高度，数毫米～数厘米；长度，数分米；密度，数条十～200条/m；裂隙形态特征，普遍发育两组，面裂隙较两端裂隙发育，断面平直。综合作用造成。

微裂隙：高度，数毫米；长度，数厘米；密度，200～500条/m；裂隙形态特征，发育两组以上，方向较为零乱。由内引力造成。

2裂隙空间组构特征

裂隙的空间组构表现为长、宽、高三维向量, 长度代表水平延伸距离, 高度表示垂向的垂直距离。三者之积为裂隙体积, 体积越大则渗透性越好。裂隙体积占煤体积的百分数, 即有效裂隙孔隙度, 所以说渗透率是裂隙几何形态的函数。有资料报道, 渗透率的增长率为裂隙宽度的平方, 可见裂隙宽度是渗透率敏感的几何参数。观测还可以得到裂隙的密度和间距, 它们反映了裂隙的分布特征。裂隙的密度(或频率)也称线密度, 为裂隙组垂直方向上单位长度的平均条数, 宏观观测采用单位条/ m微观用条/ C m ; 间距为一组裂隙的平均间隔。密度、间距也是渗透率大小的量级, 依据主次裂隙密度比确定井间距大小及井网类型, 为开发工程提供最佳选择, 以低投人获取高产出。故裂隙几何形态参数是渗透率大小的量级。

3裂隙发育程度特征

研究发现，内生裂隙的发育程度不但受变质程度的影响，而且还受宏观煤岩类型的制约。在成煤过程中，由于成煤环境的变迁、成煤物质将有所差异，导致煤的宏观煤岩成分和煤岩类型的明显不同，从而控制了内生裂隙的发育程度。研究表明光亮型煤内生裂隙最发育、裂隙孔隙度最大，向暗淡型煤过渡内生裂隙密度和裂隙孔隙度依次降低。内生裂隙与变质程度的关系早已被人们所认识。腐植煤中，长焰煤<10条／5cm，气煤10—15条／5era，焦煤30—40条／5em，无烟煤<10条／5cm。B．E．Law(1993)得出相似的结论。一般认为，内生裂隙是凝胶化物质在凝胶化过程中受温度、压力的影响，内部结构变化、体积均匀收缩，产生内张力而形成的。有迹象显示，内生裂隙可能还受构造的影响。宏观煤岩类型取决于宏煤岩成分。宏观煤中煤岩成分及其含量的差异构成不同煤岩类型的煤，进而影响煤中裂隙的发育程度。内生裂隙发育的载体主要是镜煤和亮煤。研究相关煤田发现，镜煤内生裂平均密度在25～30条／5era之间，而亮煤内生裂隙平均密

度一般在10～15条／5era的范围。二者的比值接近于2：1。其显微煤岩基础在于镜质组的含量。不同煤级的煤，其内生裂隙发育程度均受镜质组含量的控制。

4裂隙组合关系

煤中常见裂隙有两组, 它们把煤层切割成不同大小的基岩块。在区域构造和煤岩组成不甚复杂时,两组裂隙切成规则网状, 正交的为矩形网, 斜交的为菱形网, 其次还有梯形、阶梯状、羽状等。据实地观察, 网状裂隙多发生在背斜、褶皱两翼和镜煤亮煤分层中, 裂隙面平直光滑, 连通性好; 向斜、压性断裂带和丝炭暗煤分层, 裂隙发育差, 或一组发育另一组不发育, 呈单平行状分布, 加之煤体的非均质性强时,裂隙粗短、弯曲、粗糙, 连通性差。

裂隙的组合关系反映了空间连通性能, 煤储层四通八达的裂隙网络, 在压力降低时可使解吸气体顺利运移, 气体运移路径短, 产出速度及流量大。连通性差, 导致气体流通路径曲折, 流量小, 增加了产出的复杂性, 降低了开发产能。裂隙网络如被地下溶液渗滤灌人, 则饱和溶液的沉淀物充填裂隙空间, 完全或部分占据裂隙体积,可使裂隙的渗透性丧失或大大降低。所以裂隙网络是否被矿化也是必须注意的。故连通性裂隙网络是高渗透区的良好标志。

参考文献

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