》
煤层气开发与开采》
《煤层气开发与开采
第二章
第章
煤层气储层特征（第11、2、3节）
（第
张遂安教授
第二章
煤层气储层特征
2.1煤的化学组成、岩石学特征2.2煤层特征描述及煤体结构分类2.3煤储层的孔隙与天然裂隙
23
2.4煤储层的渗透性
25
2.5煤储层的孔隙压力与原地应力2.6煤储层的吸附性、含气性
2.7吸附饱和度与临界解吸压力27
2.8煤的岩石力学性质
一、成煤物质与聚煤作用
、结构非常复杂且不均一的
结构非常复杂且不均一的，，包括有机和是一种组成、
煤：是一种组成
。由于成煤的原始物料和生物化无机化合物的混合物
无机化合物的混合物。
，使煤称为含有学作用的不同和地质化学因素的差异，
学作用的不同和地质化学因素的差异
。
几十种煤岩显微组分的复杂混合物
几十种煤岩显微组分的复杂混合物。
由于成煤物质和聚煤条件
的不同，煤分为：
?腐植煤
?残植煤
?腐泥煤
一、成煤物质与聚煤作用
煤层：是自然界中由植物遗体转变而来沉积成层的可燃矿煤层
。
由有机质和混入的矿物质所组成。
产，由有机质和混入的矿物质所组成
一、成煤物质与聚煤作用
，煤层气界将煤层鉴于煤层是煤层气的载体，
煤储层：鉴于煤层是煤层气的载体
”(即煤层气储层
煤储层”
即煤层气储层))，以示与
“煤储层
称之为
称之为“
煤层常规油气储层的概别
常规油气储层的概念区别。
。
、常规油气储层的概念区别
煤层、
独特的赋存状态：以吸附态为主
非常规储层：典型的自生自储、多重孔渗的有机储层
非常规储层典型的自生自储多重孔渗的有机储层
特有的产出机理：排水—降压—解吸－采气
一、成煤物质与聚煤作用
成煤物质：由于聚煤条件的不同
成煤物质
，主要
沉积了不同的成煤物质，
，沉积了不同的成煤物质
由于聚煤条件的不同，
。
、高等植物的稳定组分和浮游生物等
高等植物的稳定组分和浮游生物等。
高等植物、
包括高等植物
包括
。
，在沼泽环境中形成
沼泽环境中形成。
由高等植物形成的煤为腐植煤，
由高等植物形成的煤为腐植煤
、树脂等
孢子、
树脂等）
）富集而形
、孢子
（角质
树皮、
由高等植物的稳定组分
由高等植物的稳定组分（
、树皮
角质、
，在沼泽环境中形成
。
在沼泽环境中形成。
成的为残植煤，
成的为残植煤
由沼泽、
、泻湖中的藻类等浮游生物在还原环境下经过腐解形成的由沼泽
。
煤称为腐泥煤。
煤称为腐泥煤
一、成煤物质与聚煤作用
聚煤作用：聚煤作用是古气候、古植物、古地理和聚煤作用聚煤作用是古气候古植物古地理和
古构造诸因素综合作用的过程。
物质基础：植物遗体；
气候条件：温暖潮湿；
古地理条件：常年积水洼地；
古构造条件：缓慢下沉。
一、成煤物质与聚煤作用
聚煤环境
一、成煤物质与聚煤作用
聚煤环境——沉积相分布
沼泽相
河流相冲积相
一、成煤物质与聚煤作用
成煤作用：是原始成煤物质最终转化成煤的全部作用，它分为泥炭化作用、煤化作用两个阶段。
一、成煤物质与聚煤作用
从成煤原始物质的堆积经生物化学作用直到泥炭的成煤作用：
从成煤原始物质的堆积，经生物化学作用直到泥炭的形成，称为泥炭化作用阶段；
当泥炭形成后，由于沉积盆地的沉降，泥炭被埋藏于深处在温度压力增高等物理化学作用下形成褐煤深处，在温度、压力增高等物理、化学作用下，形成褐煤、烟煤、无烟煤、变无烟煤，称为煤化作用阶段。
对于腐泥来说，则经历了硬腐泥、腐泥褐煤、腐泥亚烟煤、腐泥烟煤到腐泥无烟煤的媒化作用。
第二次煤化作用阶跃：第一次煤化作用阶跃：
热裂解气生成湿润热、内在水分、环缩合度等极小孔隙率、总孔容、微孔孔容、孔比表面积等继续增大生气作用和吸附性进步增强水分显著减少
边基侧链脱落生成油气
煤中微孔增多，比表面积增大
吸附性增强
生气作用和吸附性进一步增强
含气量增高主要依赖于有限新生孔容空间
第三次和第四次煤化作用阶跃：
孔隙空间被快速充填甲基大量脱落
大分子结构有序化程度明显增强
孔隙率、孔容、孔比表面积、基本结
构单元等达到极大
孔隙空间明显增大
吸附性极度增强
第四次煤化作用阶跃之后：
生气作用基本停止，气源消失
镜质组孔隙率、总孔容、微孔孔容、
孔比表面积等显著变少
内在水分从增大变为减小
吸附热开始急剧降低
吸附能力趣于消失
煤层气生成－吸附性增强－煤层气储集生成作用停止－吸附性消失－煤层气残留/逸散
二、煤的化学组成与煤岩煤质特征
根据对煤分子结构认要煤本根据目前对煤的分子结构的认识，主要包括：煤的基本结构单元(芳香核、侧链和官能团、杂原子分布和桥键)
二、煤的化学组成与煤岩煤质特征
煤的工业分析又叫煤的技术分析或实用分析它包括煤质特征：——通过工业分析指标来表征
煤的工业分析又叫煤的技术分析或实用分析。它包括水分、灰分和挥发分产率以及固定碳四个项目，用作评价煤质的基本依据。
二、煤的化学组成与煤岩煤质特征
煤岩特征：
煤是一种有机岩，利用研究岩石的方法来研究煤的
学科称为煤岩学。换言之，煤岩即煤的有机岩石性学科称为煤岩学换言之煤岩即煤的有机岩石性
质和特征。
二、煤的化学组成与煤岩煤质特征
宏观煤岩特征：
按宏观煤岩成分的组合及其反映出来的平均光泽强度，可划分为四种宏观煤岩类型，即：
可划分为四种宏观煤岩类型即
光亮型煤
半亮型煤宏观煤岩成分是用肉眼可以区分的煤的基本
组成单位，包括镜煤、亮煤、暗煤、丝炭。
组成单位，包括镜煤、亮煤、暗煤、炭半暗型煤
暗淡型煤
二、煤的化学组成与煤岩煤质特征
无烟煤（anthracite) (meager coal)中国煤的分类：贫煤(g )
贫瘦煤(meager lean coal)
瘦煤(1ean coa1)(coking coal)根据中国煤炭分类国家标准()规定
焦煤(coking coal)
肥煤(fat coaL)
气煤(gas coal)3coking coal)标准(GB5751—86)规定，煤分为14大类。 1／3焦煤(1／3 coking coal) 气肥煤(gas—fat coal)
1／2中粘煤(1／2 medium caking coal)(kl ki 1)
弱粘煤(weakly caking coa1)
不粘煤(non—caking coal)
长馅煤(long flame coal)煤 褐煤(brown coal ；1ignite)
二、煤的化学组成与煤岩煤质特征
煤的物理性质：
煤的物理性质主要包括五个方面，即：
光学性质：颜色、光泽、反射率、折射率、吸收率；
光学性质颜色光泽反射率折射率吸收率
机械性质：硬度、脆度、可磨性、断口；
空间结构性质：比重、表而积、孔隙度、压缩性；
电磁性质：介电常数、导电性、磁性；
电磁性质介电常数导电性磁性
热性质：比热，导热性等。
一、煤层特征描述
煤层的发育特征含煤层含煤煤层的发育特征：含煤地层、含煤系数、煤层及煤层组、煤层稳
定性、煤层结构、煤层分叉与
定性煤层结构煤层分叉与
尖灭、夹矸等。
煤层的几何特征：煤层厚度、煤层煤层的几何特征煤层厚度煤层底板标高、煤层埋深等
二、煤体结构分类
原生结构煤
碎裂煤造碎粒煤
煤体结构
构煤糜棱煤