本书的主要研究内容

第三节　本书的主要研究内容

煤储层评价包括动态与静态两个主要方面。这些年作者一直在实践中尝试寻找一些煤储层动态评价的有效方法和途径，但效果不够理想。其原因可能是：①煤储层的动态变化太微小，很难被发现或系统记录。②由于高煤阶煤层气藏的特殊性，例如含气饱和度低，多数气藏为特低压残留气藏，加上气体的吸附特性，所以产出的流体原始体积与骨架之比很微小。③难以用常规油气的数字模拟等技术得到比较认可的结果。

有趣的是，在长期观测研究实践中，作者发现了高煤阶煤储层内部对煤储层静态评价有着决定性影响的一系列特征，其中最重要的是，煤储层内部的小微构造，以及与之密切伴生的大裂隙系统。它们不仅对煤储层的渗透率有着决定性的影响，而且对煤层气关键成藏期的封闭保存也起着至关重要的作用；同时也是控制煤层气井成井的关键地质要素，对煤储层的压裂以至于排采均有不可小视的影响。

基于煤层气藏与常规油气藏存在的巨大差别，特别是煤储层中小微构造及与之伴生的大裂隙系统对煤层气开发的重要作用，本书将研究的重点放在煤储层的静态评价方面。与常规天然气开发不同，加强煤储层静态评价是解决煤层气开发关键技术难题的优先发展方向。

煤储层评价的前提条件是，对若干评价参数进行定量或者半定量的采集，包括外生节理的高度、密度、空间形态、裂缝宽度、充填物特征；气胀节理与内生裂隙的高度、密度、裂缝宽度、充填物特征、裂隙空隙度；煤系围岩露头节理层外生节理之间关系对比、及外生节理的分期配套、古应力场分析；高精度二维地震解释小微构造、小微构造与伴生大裂隙系统发育特征之间的关系解析；煤层气井测井、压裂曲线与煤层软分层、大裂隙系统之间的关系；外生节理的高度与围岩关系、裂缝充填物特征；气胀节理与内生裂隙的裂缝充填物特征；软分层厚度与内部特征、一定规模的密集裂隙破碎带、原始煤粉富集特征；等等。在此基础上对煤层气产出通道的煤储层大裂隙系统发育特征以及渗透性，煤层气藏的含气性以及煤储层的工程属性进行评价，从而为地面煤层气开发与煤矿区煤层气规模开发（包括地面井煤层气开发、矿井煤层水力压裂、矿井煤层瓦斯抽放及两者的有机衔接）提供理论依据。

由于煤储层岩石学特征的复杂性，为了让读者能更准确地理解本书所阐述的内容，例如煤储层岩石类型、孔隙系统，特别是涉及煤储层裂隙系统等内容的确切含义，本书首先将有关概念术语进行阐述。同时尽可能使用图件及实物照片来限定其物理意义。除了对部分已有概念术语在本书的诠释外，作者还把在实践中比较适用的一些概念术语引入，并对新增加的概念术语做了自己的诠释。或许这些概念术语不一定合适，敬请读者批评指正。

煤储层孔隙是煤储层评价的最重要方面。煤储层是由孔隙、裂隙组成的双重结构系统，煤中的基质孔隙是吸附态和游离态煤层气的主要储集场所。为了本书的理论体系完善，作者将煤储层孔隙系统单独列出一章进行阐述，强调的重点是对于煤层气产出有重要影响的与井筒能够发生联系的那一部分有效孔隙。

煤储层的裂隙系统是本书研究的重点，特别是与煤层气成藏、产出通道以及开发工程属性密切相关的煤储层大裂隙系统发育特征。在研究煤储层渗透性的过程中，发现规模达到断开煤层的断层以及微小的孔隙并不是煤层气产出的主要通道，而外生节理、气胀节理、内生裂隙、微裂隙所组成的裂隙系统正是煤层气产出的主要通道，因此将其定义为煤储层大裂隙系统，并且在系统解剖晋城3^＃煤储层的基础上，给出了模式图。为了进一步检验煤储层大裂隙系统发育是否具有普遍性，是否是煤层气产出的主要通道等关键地质问题，作者又展开了沁水盆地大部，如阳泉、西山、和顺，鄂尔多斯盆地的韩城、柳林、保德、准格尔、大柳塔，以及内蒙霍林河等地的煤储层大裂隙系统解剖，结果发现煤储层大裂隙系统在上述广大地区不同煤阶煤储层中普遍发育，并且同样是控制煤层气产出的主要通道。因此，本书详细地介绍了不同煤阶的煤储层大裂隙系统的发育特征、成因、研究意义及其控制因素。

矿井条件下所发现的煤储层大裂隙系统发育规律对地面煤层气勘探开发的指导意义一直是油气勘探技术人员质疑的焦点。为了验证煤储层大裂隙系统发育规律对地面煤层气勘探开发的指导作用，作者通过多年不同煤区的生产实践检验认为，在同一地质条件下，仅有埋藏深度不同的区块，矿井条件下所发现的煤储层大裂隙系统发育规律，对地面煤层气勘探开发具有无可替代的预测功能。这一点，华北油田的生产实践已经给出了明确的答案，越来越多的煤层气产业工作者认识到了矿井煤储层解剖研究的重要性。

尽管煤储层大裂隙系统的研究成果逐步被同行广泛认同，但是由于其研究条件比较苛刻，首先要具有矿井综采工作面，其次是研究技术难度大，周期长，远远满足不了地面煤层气勘探开发的迫切需要。有没有一种途径能够解决这个难题呢？近些年的实践发现，煤储层的小微构造与大裂隙系统发育特征之间存在着比较稳定的关系，作者称之为伴生关系。而小微构造可以通过二维地震技术、地面特大比例尺填图、密集的煤层气井等一系列技术手段相对容易发现和描述。换句话说，抓住了小微构造这个关键环节，揭示小微构造与大裂隙系统发育特征之间存在的内在关系，就有可能扩大煤储层大裂隙系统研究成果的应用价值。本书以晋城煤储层的解剖研究成果为例进行了比较详细的阐述。

煤储层小微构造——节理，为构造应力场的确定提供了重要信息。根据节理的成生联系、不同期次节理之间的交切关系，以及同期节理的运动学特征，确定不同期次构造变形及其各期节理所对应的主应力方向，进而确定各相应期次的构造应力场。本书以晋城成庄煤矿为例，从确定主应力方向的基本原则与方法、不同期次节理的时空分布规律、节理内摩擦角分布特征与古构造应力场特征等方面进行了较为系统的总结。构造应力场模拟的思路是根据地质历史时期构造作用所留下的构造形迹，恢复或反演古构造应力作用方式、方向、大小、边界条件及其介质所处环境、力学性质在内的构造作用过程。在对古构造应力场数值模拟分析中，关键问题是地质建模时如何考虑边界条件的应力量值大小和应力加载顺序，同时必须保证数值模拟体与地质原型间满足相似性原理。

为了推动煤储层评价在煤层气开发中的应用，本书对众多煤储层参数描述与测定的一些适用技术加以集中阐述。其中少数是比较成熟的技术或者国家标准，而多数是我们在实践中遴选出的一些适用技术，这些技术包括：煤储层大裂隙的现场观测技术；煤基岩块孔隙度测定技术；煤储层内生裂隙孔隙度统计技术与孔隙度测定技术；煤坚固性系数测定技术；高精度地震技术；小微构造与煤储层大裂隙系统关系解剖技术；煤储层裂缝连通探测示踪技术；煤层气压裂井开挖观测技术；煤储层大裂隙系统的测井识别技术；地应力与有裂缝井的压裂关系以及煤储层大裂隙系统压裂曲线识别技术；构造、裂缝行迹地面观测填图技术；煤层瓦斯钻孔内窥技术；增加煤层瓦斯钻孔孔壁稳定性若干技术；煤层瓦斯压力快速探测技术；超低频电磁探测煤层含气量技术；含气量测定技术；等温吸附线的测定；渗透率测定技术。

煤储层评价的原理认识以及技术的形成，来源于沁水盆地的地面煤层气开发与煤矿区煤层气规模开发（包括地面井煤层气开发、矿井煤层瓦斯抽放以及两者的有机衔接）的大量实践。本书所阐述的煤储层评价的原理认识及技术的应用也在地面煤层气开发与煤矿区煤层气规模开发两个主要方面。需要指出的是，煤储层评价的一些基本原理在地面煤层气勘探开发方面已经得到了很好的应用，煤储层评价将会在煤层瓦斯抽放方面发挥更大的作用。由于篇幅和主题所限，有关这方面的研究将另著述。

煤储层小微构造及大裂隙系统研究与煤储层评价是为了满足煤层气产业需求，满足煤矿安全生产煤层瓦斯抽放需求推动的产物，同时丰富了煤层气地质学、瓦斯抽放地质学的内容，也是学科发展的必然。

随着煤层气产业的发展及煤层瓦斯抽放需求多样性的增加，煤层气勘探开发与煤层瓦斯抽放实践中遇到的煤储层问题会更多、更复杂，这也是推动本学科进一步发展的内在动力。