数个实例显示,深部煤层气井产气峰期后产气曲线衰减缓慢,稳产期极长,浅部煤层气井几乎没有见到类似现象。由此暗示,深部煤层气赋存态可能存在特殊性,选区理论及排采控制措施均与浅部煤层气有所不同。为此,以沁水盆地榆社-武乡区块为研究对象,基于煤样测试分析,结合该区地温场和地应力场特点,研究了深部煤层气赋存态特点,探讨了深部煤层气赋存的地质控制因素,得到某些新的认识。第一,温度和应力的耦合作用造成煤样不同物性敏感性差异化。孔隙具有极强的应力敏感性和较强的温度敏感性,煤体结构是导致孔隙温度-应力敏感性分异的重要因素;温度对孔隙应力敏感性、围压对孔隙温度敏感性均有影响。渗透率具有极强的温度-应力敏感性;渗透率应力敏感性与温度没有实质性关系,渗透率温度敏感性随围压的增加而逐渐加强。第二,现有气体密度模型对深部温压条件的适用性有所不同。从游离相甲烷密度来看,RK方程拟合结果误差最小。从吸附相密度分析,基于DR模型扩展的超临界吸附模型适用性最强。吸附热力学特征指示,深部煤储层甲烷超临界吸附仍为物理吸附,绝对吸附等温线属于I型吸附曲线;最大吸附量V0和吸附相密度随着温度增加呈线性降低,常数D随温度的升高呈线性增大。第三,深部地层条件下煤层甲烷以游离气-吸附气之间的过渡态形式赋存。对于研究区,煤层赋存态在埋深条件下表现出明显分带性。煤层游离相甲烷在埋深小于1149m的浅部带时以游离气形式存在,在埋深1149～4152m之间的深部带以压缩游离气形式存在,在埋深大于4152m的超深带以过渡态形式存在。对应过渡态游离气带,吸附相甲烷同样向过渡态游离气形式转化。据此关系,建立了原位煤储层吸附气与游离气含量估算模型,首次采用吸附模型证实了煤层吸附气含量存在“临界深度”以及该深度以下游离气重要性增加的前人认识。第四,深部煤层气赋存态转化是内外在地质因素耦合作用的结果。外在因素为地层温度和地层压力,吸附气在浅部以压力正效应为主,在深部以温度负效应为主;游离气则对压力响应明显,对温度响应微弱。内在因素为煤储层孔裂隙和煤层水,孔隙度越大,游离气储集能力越强;水分含量增高,吸附气和游离气含量随之减小。论文包括图件77幅,表格30个,参考文献170篇。
