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摘要：本文介绍了煤层气及我国煤层气产业发展状况，着重分析影响煤层气采收的重要因素—割理，割理作为煤层气研究重要的参数，既是煤层气的主要储存空间又是其运移通道，因此，无论是煤层气的前期勘探开发，还是后续采收等都离不开对割理的研究。为此有必要了解并掌握割理基本知识及割理的识别方法，同时，通过本文分析，割理还是煤层渗透性的最主要影响因素之一。

关键词：煤层气；割理；渗透性

煤层气俗称“瓦斯”，其主要成分与天然气类似，是一种在煤化作用过程中形成，与煤炭伴生，且主要是以吸附状态储存于煤炭中的非常规能源。通过对全国煤层气资源的最新数据统计表明，我国在2千米以下煤深储层中蕴含的煤层气总储量为36.81×1012m3，其中能够开采的约10.87×1012m3。而这些煤层气广泛分布在全国各地煤资源富集区。近年来，中国明确提出了要大力加强开发煤层气资源的力度，煤层气资源开发一方面可以从根本上解决煤矿安全问题；另一方面作为一种资源性能源，不仅可以缓解能源供应，同时减少了直接排放对大气的污染。

一、对煤层气产业发展建议

中国煤层气开发利用时间较晚，因此其发展水平与国外相比还有一定距离。尤其是美国和欧洲一些国家，其勘测和开采及相关配套产业较为成熟，目前美国作为第一个煤层气开发商业化国家，无论是产量还是技术发展水平都是最好的。我国相较来说存在以下技术难点，在资源探测程度和开发能力上仍然处于开发试验阶段，要想做强煤层气产业建议从以下几个方面着手建设：①加大政府的投入及相关政策的扶持；②努力构建基础设施并强化基础设施的监管；③尽快制定并完善煤层气相关产业的法律法规；④加强对关键设备和相关理论的公关，使我国尽快摆脱对外国的技术依赖，掌握核心科技。

二、煤层气采收主要影响因素－割理的研究评价

在煤储层中的煤层气，主要有三种形式存在。第一种状态是以自由状态游离于煤储层裂缝和割理中，但其储量较少，只占到煤层气总量的10％～20％；第二种状态煤层气溶于煤储层水中，称为溶解气，其量更少，不到5％；最后一种状态煤层气主要以吸附形式存在于煤层内表面上，对于这三种状态下煤层气的采收重要的影响因素之一就是煤层的割理特征。

（一）割理的一般解释及特征

割理，即煤层中煤的裂缝，在成煤演化进程中由于成煤物质发生水分蒸发，从而造成体积收缩变化，产生内部应力，在内应力作用下使其不断裂开，由于裂缝横竖交错无规则，使形成密网形态，煤层气便主要集聚在裂隙中并沿着裂隙运移。

裂隙形成的割理可以用面割理和端割理进行分类（如图1所示），在煤层形成过程中，最先完成面割理，是割理主体形态，其特点呈现出裂隙光滑且宽，绵延性好，通常呈板状分布；而端割理形成要晚于面割理，而且其裂隙延续性查且缝壁较不规则。又将两类割理分为五级，即巨割理、大割理、中割理、小割理和微割理，割理广泛存在于煤储层中，对煤层气的产出有很大意义的内生裂隙体系，且这两组割理通常是互相垂直煤层层理面的。

面割理与端割理又因其发育的程度和成因的不同，划分的组合类型也不尽相同，但是研究区所见到的主要有三种类型：①网状；②孤立－网状；③孤立状。表1列出割理组合类型的形态特征及与渗透性关系（见表1）。

（二）煤储层割理的识别

因为煤储层的割理与外生裂隙的形成原因不同，并且影响它们形成的地质特征也不尽相同，注定割理和外生裂隙在产出特征上会有比较大的区别，两者主要区别是：①割理面与层里面主要呈现出近似垂直状态，而外生裂隙面与层里面可以成任意角度；②割理在纵横两个方向具有明显界限，通常不会越过不同类型煤岩层，而外生裂隙没有明显界限限制，甚至可以到达煤层的顶底板；③割理面上不会产生明显擦痕，而外生裂隙面上具有磨光或擦痕。以上这三种方法是区分割理与外生裂隙的重要手段，只适用于煤岩标本上，即煤层地面露头和煤矿人工露头上的煤层割理与外生裂隙的判断。

（三）描述割理的基本参数

1.割理密度

割理密度是表示在5CM距离内割理数量的多少，反映了割理的发育程度。

2.割理宽度与割理间距

渗透率是影响产气的重要参数，而割理宽度又是影响渗透率的一个重要因素，以下是依据休伊特-帕森斯究，在水平方向理想裂隙与基质系统渗透率间各个要素互相关键联系。

KH=KM+8.44×107W3COS2α/L        （1）

对于煤层气，KM可忽略不计，α=0，故上式可简化成：

KH=8.44×107W3/L                 （2）

式中KH－裂缝-基质系统水平渗透率，×10-3µ㎡；KM－基质渗透率，×10-3µ㎡；W－割理宽度，m；L－割理间距，m；α－裂缝与其水平投影的夹角。

通过上式可知，在水平方向透过率正比与割理列写宽度的立方，而反比与割理裂隙间距离，为此在评价煤层气的渗透性研究中，地应力越低，割理宽度越大，对应的渗透性越好；反之，地应力越高，割理宽度越小，煤层渗透性越低，但是断裂带割理进化过于完全会导致气体流失。

3.割理的走向和长度

由于在煤储层中裂隙走向具有明显的指向性（即方向）与不均匀特性（非均质性），产生原因是端割理发育程度要远不如面割理，煤层气的开发方案设计也需要考虑割理走向，因为通过割理走向我们可以判断流体的流通通道，而割理的长度又是对割理渗透性影响的至关重要因素。

三、煤层气割理的研究方法

目前，研究中主要采用了定性描述和定量统计、现场观测与实验室分析相结合的方法，通常研究过程如下：

（一）露头与井下观测

煤层气开采前需要对相应地质状况进行评价，一般在钻井前观测煤层露头，并指导钻井位置布置，钻井后通过井下观测可以非常经济认识割理几何形态和产状。

（二）岩心描述

为获取割理相关数据，并对气井生产情况及产气做出直观预测，可通过钻井完成，通常钻井深度在几十至几百米深。

（三）实验室分析

用显微镜观察制作的煤片样本，以获取肉眼不能或分辨不清的裂隙发育状况及微小的割理发育情况、分布规律大小、长短、宽窄等信息。观察都要在分别平行于面割理、端割理和层面或者煤岩类型界面的三个断面上进行。

四、煤层气产业面临的问题及展望

近年加强国家对煤层气产业重视，煤层气的开发利用变得活跃起来，相关的科研机构、大学都加强了对煤层气的研究，取得了一些成果，但不可否认我们国家相比国外技术上还是存在差距，主要表现在我国对煤层气地质研究较深入，但在气藏开发相关技术、装备上较薄弱，尤其开采理论还需深入研究，例如我国的钻进设备目前还部分依赖进口，不仅价格昂贵还限制了其适用范围，压裂工艺及配套技术虽然取得了很大进步但仍有很多问题待解决，煤层气井排水初期也是较大颗粒煤粉的产出期，排采强度过大会导致卡泵停抽，这些问题都是煤层气产业发展需要解决的。随着国家对煤层气产业重视，煤层气开发潜力巨大，必将成为重要的清洁能源。

五、结束语

通过上述分析，了解了煤层气产业近况以及发展前景，同时面临的一些问题，其中煤层气的割理发育极为重要，发育的裂隙（割理）不仅是煤层气的储气空间，同时又是良好的运移通道，割理的发育与否及好坏对煤层的渗透率有着极其重要的影响，同时对煤层气的开采具有重要的指导意义。

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基金项目：黑龙江省大学生创新创业训练计划项目“基于油田采出液含气影响的气液分离装置优化设计”（S202213299002）。

通讯作者：耿海洋（1983-），男，讲师。