煤储层孔隙结构及其开采工艺

煤岩是一种以固定炭为主的双孔隙有机岩体，由基质孔隙和裂隙组成，且有自身独特的割理（及天然裂隙）系统，基质孔隙和裂隙的大小、形态、孔隙度和连通性等决定了煤层气的储集、运移和产出。因此，认识煤中的孔隙和裂隙，对煤层气的勘探开发至关重要。

在原始地层条件下，煤层孔隙、裂隙中的流体处于一种相对稳定的平衡状态，煤层甲烷主要以物理吸附状态储存于煤岩之中。作为一种有机储层，必须具备一定的孔隙和足够大的比表面积，才能有效储存煤层气，同时又必须具备一定的、相互连通的裂隙，才能使煤层气有效产出。除了煤岩的外表面吸附甲烷外，煤岩体内部吸附的甲烷更多。连续不断地排水将使煤储层中的压力持续下降，当煤储层中的孔隙、裂隙压力低于甲烷的临界解吸压力时，在压力差、浓度差和相关条件的共同作用下，煤层甲烷便从煤岩表面解吸出来，扩散并运移到煤层裂隙中，最终以游离气的方式，通过井筒采出地面。

（1）煤储层宏观裂隙

煤中自然形成的裂隙，往往呈多组出现，组成多个裂隙体系，对煤层气的运移和产出起决定作用。这些裂隙把煤体切割成一系列形态各异的基质单元，称为基质块，基质块中所含的没有被有机质和矿物质充填的微孔隙称为基质孔隙，它对煤层气的储存有重要的意义。

煤储层裂隙是在煤化作用过程中由于垂向压力、脱水作用和构造应力综合作用形成的。煤储层中宏观裂隙可分为大裂隙、中裂隙、小裂隙和微裂隙等4级。宏观裂隙类型及其特征见表1－2。

表1－2　宏观裂隙类型及其特征

根据裂隙形成时的受力状态，可将宏观裂隙分成3类：一是张性裂隙，张应力超过煤岩抗张强度时产生，不受剪应力作用，裂隙面粗糙不平；二是张性剪裂隙，破裂时裂隙面既承受张应力，又承受剪应力；三是压性剪裂隙，破裂时裂隙面既承受压应力，又承受较大的剪应力，裂隙面平直光滑。

大裂隙往往与附近断层相伴生，正断层发育地区多为张性裂隙或张性剪裂隙，逆断层发育地区多为压性剪裂隙。(https://www.xing528.com)

（2）煤中孔隙

煤中孔隙是指煤基质块中未被固体物充填的空间，煤的孔隙结构是研究煤层气赋存状态、气－水介质与煤基质间相互作用及煤层气解吸－扩散－渗流的重要基础。

张慧（2001）以显微煤岩组分和煤的变质变形特征为基础，基于扫描电镜观察结果，将煤孔隙的成因类型划分为4类10型。煤中孔隙类型和成因见表1－3。

表1－3　煤中孔隙类型和成因（张慧，2001）

煤基质中孔隙的类型及特征见表1－4。

表1－4　煤基质中孔隙的类型（级别）及特征

孔容和孔表面积是孔隙的重要特征，煤的孔隙结构直接影响煤层气的富集和产出。