煤层气成藏动力条件及其控藏效应(秦勇等著)思维导图

• 举例：新田井田煤岩监定结果：区内煤的 微观煤岩类型，均为微惰镜煤，煤的有机 总量占71.19-88.65%, 一般在81-88%之间。 镜质组占有机显微组分的80.61-87.82%, 平 均84.24%。煤岩有机显微组分含量中镜质 组含量高，煤层生气潜力大。
• 5、热动力条件好，有利于煤层气的大量生 成。煤岩热演化生气与温度条件密切相关。
三、煤层气保气条件
• 1、良好的封闭条件 • 2、构造运动 • 3、地下水动力条件
1、封闭条件
良好的封闭条件才能使煤层气得以保存，封闭层对 于煤层气藏的作用主要是维持吸附与解吸的平衡， 减少游离气的逸散和减弱交替地层水的影响。上覆 岩层是超致密层，具有良好的毛细封闭能力，气体 扩散运移速度是相当缓慢的。上覆岩层是渗透层， 排替压力很小，扩散运移快，气体则会向砂岩中运 移，再加之水动力的影响，煤中吸附气也会从基质 中解吸出来转移到渗透层中去。上覆岩层是具有生 气能力强的烃源岩，则会阻止煤层甲烷气向上逸散。 总之，盖层的质量越好，封闭能力越强，煤层气逸 散很慢；盖层差，失去毛细封闭能力，气体逸散速 度快。
2、构造运动
地壳的升降运动可以改变地层的温压条件， 打破煤层中原有的平衡条件，使吸附气与 游离气相互转化，从而影响煤层气的保存， 断裂运动会使地层发生断裂，断裂对于常 规天然气藏无疑会成为油气散失的通道， 岩浆活动及其它热运动也会改变煤层气的 平衡条件，从而影响煤层气的保存条件。
3、地下水动力条件
• 2 、地质沉积环境。国内外煤层气勘探与研 究表明在海陆交互沉积中形成的煤层生气 潜力大，有利于煤层气气藏的形成。 • 3 、煤层情况。 煤层气是伴随煤炭形成而 产生的一种清洁、高效的非常规天然气资 源。一般来说，煤层厚度大，分布稳定是 煤层气成藏的物质基础。

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（2）水压向斜型煤层气富集区：一般为中小型盆 地，这类气藏位于盆地内构造向斜部位，是由于大气水 的渗流受阻形成异常高压，阻止气体向外扩散、渗流而 聚集成藏；
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（3）气压向斜型煤层气富集区：是指在盆地深部， 煤生成的气体的扩散速率小于聚集速率，形成气压单斜 气藏。具有埋深大、渗透率低的特点，是深盆气的一种。
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（2）中煤阶煤层气藏
多数为深成变质作用的结果，一般不存在二次 变质作用。
如山西河东煤田、美国的Piceance盆地、 SunJuan盆地。
此类煤层气藏以含气量较高、储层渗透性好为 特征。
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（3）低煤阶煤层气藏
低煤阶煤层气藏可区分为两类：
① 未成熟低煤阶煤层气藏
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（1）高煤阶煤层气藏
一般情况下高煤阶煤层气藏都存在二次变质作用。 先期发生了正常古地温下的深成变质作用和与之伴随 的第一次生烃；之后在区域岩浆热作用之下发生了第 二次变质作用，使得煤阶增高并发生第二次生烃。
此类煤层气藏以煤的吸附能力强、含气量高、渗 透性较差为特征，如山西沁水盆地东南部、宁夏二道 岭煤层气藏。
（2）赵庆波等（1996）根据构造和水动力提出了 四种煤层气藏类型：压力封闭气藏、承压封堵气藏、顶 板网络微渗滤水封堵气藏和构造圈闭气藏，该分类方案 侧重于水动力影响，对其精他选版控课件气ppt 地质因素考虑不周。15
（3）孙平等（2007）以压力为主线、结合边界类 型及煤层气藏自身的构造特征，提出了一套煤层气藏分 类方案：
孙平（2007）在借鉴国外煤层气成藏条件的基础上， 结合我国煤层气藏的研究，认为煤层气成藏条件包括： 含气性、吸附特征、煤阶储层物性、压力、封闭条件、 煤层空间展布等。

深部煤层流体压力变化特点基于鄂尔多斯盆地东缘的浅部煤层试井数据太原组c2t煤储层压力总体高于山西组p1s符鄂尔多斯盆地东缘浅部煤层试井压力统计statisticsofwelltestingcoalbedfuildpressurefomshallowcoalbedgaswellseasternordosbasintable1平均埋深测试层数地层区块最小最大平均最小最大平均保德柳林石楼大宁吉县韩城3691565758285345551150136710504305513412907811023287637276511056344354074069871085101111059092176山西组保德柳林石楼大宁吉县韩城8615466831192702332367020575684715411147799129512007455464611137988070066040068123098119090107168084102071097143太原组盆地东部常规油气井测试资料揭示埋深2000m以下的山西组和太原组岩层砂岩和碳酸盐岩流体压力状态基本相当均处于略微欠压正常压力状态未见高压储层但是考察岩层流体压力梯度分布形态太原组服从正态对数分布而山西组呈现为双峰的分布特征暗示深部条件下山西组岩层的流体压力系统可能较太原组更为复杂
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输入型：多位于构造高点。初期本井降压解吸气随降压漏斗从 本井产出，后期构造下倾部位解吸气又运移到本井产出。排采 井一般位于构造高点，日产气量呈上升—稳产—上升—递减四 个阶段。此类井一般高产、稳产期长。
成藏模式及开采特征
开采效果
煤层气的产出是一个“排水－降压－解吸－扩散－渗流”的 过程。有效应力效应、基质收缩效应和克林肯伯格效应三种 效应共同作用决定了煤储层渗透率的动态变化过程，而这一 过程对煤层气井的开发效果有直接的影响。根据渗透率及产 气量可以将煤层气的开采效果分为三类：
排采动态分析预测
产量递减法
产量递减法是使用递减曲线分析预测煤层气产量的方法。最 早是由Hanby（1991）在使用指数递减对美国黑勇士盆地的 煤层气井进行经济评估时提出来的。
该方法主要是通过研究煤层气井的产出规律、分析气井的生 产特性和历史资料来预测储量。假设一旦煤层气井达到了实 际高峰值，产气量就开始下降，持续呈典型的可预测的递减 趋势，并沿着一条拟定的递减率曲线变化，由此就可以利用 传统递减分析法及开采特征
开采特征
外输型：多位于构造翼部、非均质性强的地区。气产量一部分通 过本井降压解吸半径内从本井产出，大部分通过高渗通道或沿上 倾部位扩散到其他井内产出。排采井一般位于构造翼部、非均质 性较强的地区。日产气量呈不产—上升—缓慢递减三个阶段。此 类井多低产。
成藏模式及开采特征
开采特征
排采动态分析预测
因为缺乏科学的工具，早期对煤层气排采动态分析预测是很困 难的。大多数煤层气井初始排采时气、水产能较高，经过一段 时间（如数月）的抽排后，出现产量衰减甚至被迫关闭，对后 续产能缺乏系统的预测，极大地制约着煤层气产业的发展。通 过近几十年发展，国内外诸多学者对煤层气井的排采动态分析 预测进行了相应的研究和探讨。当前在国外对煤层气井煤层气 排采动态分析预测采用较多的方法主要是产量递减法及数值模 拟法。

基金项目： 国家重大基础研究发展计划９ ７ ３ 项目 ． （ 编号： ０ ０ ２ Ｃ Ｄ ２ １ １ ７ ０ ４ ） 作者简介： 方爱民（ １ ９ ６ ８ －） ， 男， 中国科学院地质与地球物理研究
所助理研究员， 博士研究生 ， 从事沉积大地构造和煤 田
方爱民’ ， 侯泉林 ２ 据宜文 “ ， 卜 英英 ３ ， 卢继霞３
（ １ ． 中国科学院地质与地球物理研究所 ， 北京 １ ０ ０ ０ ２ ９ ； ２ ． 中国科学院研究生院， 北京 １ ０ ０ ０ ３ ９ ； ３ ． 中国矿业大学北京研究生院， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ３ ） 摘 要： 在系统总结前人关于构造活动对煤层气成藏影响方面研究成果的基础上， 从３ 个不同的层次剖析了构造活 动对煤层气成藏的控制作用： 就含煤盆地层次而言， 区域构造背景及其演化是控制煤层气聚集区带形成和分布的根 本要素； 就含煤盆地内部次级构造层次而言， 不同的构造样式及构造岩性圈闭是控制煤层气赋存、 富集的主导因素； 而从储层层次来看 ， 构造通过对储层孔隙一裂隙系统的影响控制了煤层渗透率及其非均质特性。
用。
１ 含煤盆地构造演化对煤层气成藏的作用
就含煤盆地层次而言，煤层气成藏是一个宏观 的动态地质演化过程，其实质是在含煤盆地构造演 化史、 沉积埋藏史 、 煤化作用一 有机质生气史 、 地下 流体活动史等宏观地质要素时空演化控制下煤层气 在含煤盆地中形成、 运移 、 赋存 、 富集和保存的高效 配置过程。 其中， 构造演化史是起主导作用的控制要 素，这不仅表现在构造对煤层气成藏整个过程所起 的直接控制作用方面，同时也表现在构造通过对其 它基本地质要素的影响而间接作用于煤层气成藏。 含煤盆地的构造背景不仅直接控制着含煤盆地的性 质、 形成和演化的特点， 进而决定着煤层的厚度 、 分 布及煤质等特征； 而且， 构造活动所导致的含煤盆地 基底的沉降抬升更直接控制着含煤岩系的沉积和埋

煤层气吸附量
• 华北石炭-二叠纪煤的
– 平均临界解吸压力为 1.98MPa ， – 平均理论采收率为 34.2%， – 吸附时间变化大，变化于 １ｈ到20ｄ之间。
• 我国各煤级的平均解 吸率为34.1％。
– 西北、东北中新生代平 均为21.5％、 – 华北石炭纪一二叠系煤 层甲烷解吸率平均为 32.6％， – 华南中二叠统平均为 40.8％。
• 中国主要成煤期在晚古生代和新生代，有五大 主要成煤期：石炭纪一二叠纪、晚二叠世、晚 三叠世、早中侏罗世、早白垩世。 • 按地理位置划分：华北地区主要为石炭纪一二 叠纪成煤期，东北地区主要为早白垩世和第三 纪成煤期，华南地区主要为晚二叠世，晚三叠 世成煤期，西北地区主要为早中侏罗世成煤期。 • 其中90％多的煤层气资源储存于石炭纪一二叠 纪和早中侏罗世形成的煤层中（即华北与西 北）。
• 山西沁水盆地煤层结构 完整，其吸附时间较长； • 安徽淮南煤田因煤层构 造形变，其吸附时间很 短。
第二章煤层气地质
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 成煤年代 煤田沉积环境与沉积相 区域构造 煤岩分析：煤变质与煤级、煤阶、构造煤 煤层气水文地质 储层评价与成藏规律 总结
2.1 成煤年代
高
直接盖层厚，煤层气保 存条件好，含气量高。
河间湾沼泽相灰分低、煤层厚，盖层好， 含气量高；湖洼相灰分高、低含气；河边 高地相煤层薄、灰分高、盖层差，含气量 更低。
3、潮间沼泽相煤层厚，滞留泻湖湖洼相煤层薄
鄂尔多斯盆地东缘太原组主煤层也是 北厚南薄：主要受沉积相和时空控制， 由于海水向南退出，北部聚煤时间长 于南部，使潮汐三角洲平原（潮间） 沼泽相形成的煤层厚，而南部滞留泻 湖相多为草本湖洼相煤层薄。
2.4 煤岩分析

的认 知 。
关键词 ： 煤层气 ； 成藏机理 ； 开 采 方 法
煤层气 俗称“ 瓦斯” ， 是指储存在 煤层 中以 甲烷为主要 成分 、 以 压力支撑剂 。 在美 国怀俄明州的保德河 （ Ｐ ｏ ｗ ｄ ｅ ｒ Ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ ） 盆地 ， 煤层渗 吸 附在煤基质颗粒表面为主 、 部分游离 于煤孔 隙中或溶解 于煤层水 透率较 高 ， 采用裸眼完井 ， 用小 于 ５ ｂ ｂ ］ ／ ｍｉ ｎ的流量冲刷井眼洗出细 中的烃类气体 ， 是煤 的伴生矿产资 源 ， 属于非常规天然气 的一种 ， 煤 煤 ， 打开割理 ， 并有效地将井眼与煤层连通 。 加 拿大 阿尔伯达省的马 层气燃 烧热值高 ， 燃烧后几乎不 产生污染物 ， 因而煤层 气作为一 种 蹄 铁峡谷 （ Ｈ ｏ ｒ ｓ ｅ ｓ ｈ ｏ ｅ Ｃ ａ ｎ ｙ ｏ ｎ ） 的煤在生产 时并没有水 ， 仅 通过 氮气 新 兴 能 源 被 广 泛 的应 用 于 民用 、 工业 、 发电 、 化 工原料等重要 领域 。 进 行压裂处理 ， 以防止液体通过 粘土膨胀 、 细粒运移 或者其它 方式 随着煤层气 的需求越来越大 ，它也成为 了近年来备受瞩 目的洁净 、 损 坏煤层 。总之 ， 具有单级或 多级 压裂 的下套 管和已射孔 井眼是煤 优质能源 。 层井完井 的最常见形式。 １煤层气 的成藏机理 大多数煤 层气 藏都处于一种水饱和状态 ， 最初生产时 主要 为水 煤是沉 积岩的一种 ， 重量 的一半 以上为有机物 ， 煤 的原始有 机 和少量气体 。 由于这些水是从天然裂缝 系统生产的 ， 储层压力下降 ， 物质 主要 是碳水化合物 、 木 质素 ， 这种有 机物在埋藏期 间通过细 菌 气体从基质 中解吸 ， 气体 产量 随着 水产量 的减 少而增 加。在关键储 和地球化学作用而生成甲烷 。 煤层 气在储存方式上通过多种不同的 层参数 （ 比如渗透率 ） 控制下和来 自邻近钻井 的干扰作用下 ， 当气体 方式存 在 ，常见 的有微孔 隙中的游离气 和有 机质 内部 表层 的吸附 生 产速度下降时 ， 在某一 阶段 ， 气体产量最 终达到一个 峰值或者稳 气， 宏 观上 的煤层气都被 当做是 以吸附状态存在 的。煤层 气储层 中 定状态 。 相反 ， 干燥的煤层气储层则像传统的气储层一样 ， 当气体通 可见一 组被称为 “ 割理 ” 的正交断层 ， 其方 向与煤层 保持近垂 直 ， 并 过解 吸作用而补充天然裂缝系统时 ， 初始产量达 到峰值然后缓 慢下 为流体的运动提供了主要场所 。 降。 在煤层气储层中 ， 控制天然气地质储量 的关键参数包 括煤层厚 另外煤层气 的开采 方式 除了地面钻井开采 ， 还可 以利用井 下瓦 度、 煤 的组成成分 、 气体 含量 以及气体组成成分 。 煤的组成成分指煤 斯抽放系统抽出 ， 这两种方式都具有可应用性 。 地 面钻井开采方式 ， 中有机成分的数量和类型 ，它对可吸附气的数量将产生极大影响 。 国外已经使用并趋 于成熟 ， 我 国有 些煤层透气性较 差 ， 地面开采有 煤层 中气体含量变化较大 ， 而且受煤 的成分 、 热成熟度 、 埋藏 和上升 定 困难 ， 此种 方式 由于抽放 瓦斯绝大部分仍然排 人大气 ， 不仅耗 历史 、 运移热量增加或生物气增加等众多 因素 的影响 。气体组成成 去 了大量的费用 ， 也是对资源 的一种 浪费 ， 而且 还对环境 产生 了破 分一般 ９ ０ ％以上 为甲烷 ， 少部分为液态烃 、 二氧化碳 和氮气 。 坏 。 目前井下抽放的开采 方式 已经基本被地表排采技术所取代 。 煤层中储存气体的产能主要 受两个因素的制约 ， 就是渗透率 和 结束 语 气体饱和状态。生产区域的渗透率一 般为几毫达西至几十毫达西 ， 本文从 国内外煤层气研究 与发展 为人手点 ， 对煤 层气 的成藏机 但也有相关报告称有的渗透 率超 过 １ 达西。气体从 煤中解吸出来 ， 理与开采方式进行了简明的分析 ： 绝对渗透率随时间增加 而增涨 ， 因而导致基质收缩 ， 割理 变宽 ， 气体 煤层气 的成藏影响 因素很多 ， 煤层气储层 中控 制天然气地质储 饱 和的煤将 立 即生成气体 ， 而气体 未饱和的煤不会 生成气体 ， 直 到 量 的关 键参数包括煤层厚 度 、 煤 的组成成分 、 气体含量 以及气体组 储层 中的压力降至煤的饱和压力之下 。 成成分 。 煤层气储 层在不断地聚集气体 ， 然而这些储层 中储存气体 的状 煤层气 开采方 面 ， 目前基本采用 地表排采 的方 式 ， 从 以前 的垂 态并不是 均一的 ， 而是 以不 同的密度 存在于那些 区域 ， 依 照这种情 直井发 展到 目前 的水平钻 井 ， 增 加了开采 的进度 ， 水平压 裂技术 的 况， 判断其 区域 上和垂 向上 的变化成 为重 要研究课题 ， 目前可通过 应用更是为煤层 气的开采提供 了先进的手段。 对岩心 、 测井 、 地震以及 试井数据 的研究来确定其储层特性 。 参考文献 ２煤层气的开发方式 ［ １ 】 李景 明， 李剑， 谢 增业等． 中国天然 气资源研 究［ Ｊ 】 ． 石油勘探 与 开发， 煤层气的开采方式 国外主要 运用的地 面钻 井开采 ， 以往工作资 ２ ０ ０ ５ ． ２ （ ３ ２ ） ： １ ５ — １ ８ ． 料 中显示 ， 起初在煤层气藏 中进行 的大多数钻井方式都是采用 的垂 ［ ２ 】 孙茂远． 中国煤层 气勘探 开发技 术现状 、 问题及 其建议 ［ Ｊ 】 ． 中国能 直井。 在钻浅井（ １ ５ ０ — １ ０ ０ ０ ｍ深 ） 时， 通常会采用欠平衡旋冲法 ， 钻井 源． ２ ０ ０ ２ （ １ １ ） ： ２ ７ － ３ ０ ． 速度较快 （ 高达 １ ５ ｍ ／ ａ ） ， 而且可以将对地层 的破 坏降至最小 。在钻 『 ３ ］ Ｖｏ ｎ Ｓ ｅ ｈ ｏ ｅ ｎ ｆ ｅ ｌ ｄ ｔ ， Ｈ． ， Ｚ ｕ ｐ ａ ｎ ｉ ｋ ， Ｊ ． ， Ｗｉ ｇ ｈ ｔ ， Ｄ… Ｒ ａ ｎ ｄ Ｓ ｔ ｅ ｖ ｅ ｎ ｓ ， Ｓ ． Ｈ． ２ ０ ０ ４ ． Ｕ ｎ － ｏ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｄｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ — 深井 时 （ １ ０ ０ ０ — ２ ５ ０ ０ ＋ ｍ） ， 则 采用轻 质泥浆 随钻 常规 旋转 钻井法 （ 平 ｃ ｏ ｒ Ｕ ｎ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｒｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｉ ｒ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ＵＳ ａ ｎ ｄ Ｏｖ ｅ ｒ ｓ ｅ ａ ｓ ． Ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ０ ４ ４１ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ － 衡或欠平衡 ） ， 在该深度储层压 力较高 ， 水 流充足 ， 并考虑 到了井 眼 ｆ ｄ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃ ｏ ａ ｌ ｂ ｅ ｄ Ｍｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｅ Ｓ ｙ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｕ ｍ， Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａｌ ａ ｂ ａ ｍａ ， 稳定问题 。 ｅ ａ ｌ ｏ ｏ ｓ ａ ， Ａｌ ａ ｂａ ｍａ ， ３— ７Ｍ ａ ｙ ． 随着近来井下技术 的发 展以及相关成 本的降低 ， 水平钻井 已经 Ｔｕｓ 成 了一种 不错的选择 。单 井眼水平钻井在煤 层储层 的首 次大型应 【 ４ ］ Ｋ ａ ｗ ａ ｔ ａ ， Ｙ． ａ ｎ ｄ Ｆ ｕ ｊ ｉ ｔ ａ ， Ｋ． ２ ０ ０ １ ． Ｓ ｏ ｍ ｅ Ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ Ｐ ｏ ｓ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ Ｕ ｎ － ｏ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｈｙ ｄ ｒ ｏ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｓ ２ １ ０ ０ ． Ｐａ ｐ ｅ ｒ Ｓ Ｐ Ｅ６ ８ ７ ５ ５ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ Ｓ Ｐ ＥＡｓ ｉ ａ — 用， 于２ ０世纪 ９ ０年代 中期在美国俄克拉荷 马州阿科马（ Ａ ｒ ｋ ｏ ｍ ａ ） 盆 ｃ ａ ｃ ｉ ｉ ｆ ｃ Ｏｉ ｌ ａ ｎ ｄ Ｇａ ｓ Ｃ ｏ ｎ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｊ ａ ｋ ａ ｒ ｔ ａ ， １ ７－ １ ９ Ａｐ ｒ ｉ ｌ ． ＤＯＩ ： １ ０ ． ２ １ １ ８ ／ ６ ８ ７ ５ ５一 地进行 。之后 ， 多分支技术在美 国西弗吉尼亚州 的阿帕拉契盆地 中 Ｐ 部得 到发展 ， 包 括最初 的一个垂 直井 和后来的水平井 ， 且 水平井在 Ｍ Ｓ． 有利的煤层与垂直井相交 （ Ｖ ｏ ｎ Ｓ ｅ ｈ ｏ ｅ ｎ ｆ ｅ ｌ ｄ ｔ 等， ２ ０ ０ ４年 ） 。 ［ ５ ］ Ｗｅ ｉ ｄ ａ ， Ｓ ． Ｄ ． ， Ｌ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ ｔ ， Ｓ ． Ｗ． ， ａ ｎ ｄ Ｂ ｏ ｙ ｅ ｒ ， Ｃ ． Ｍ． Ｉ Ｉ ． ２ ０ ０ ５ ． Ｃ ｈ ａ ｌ ｌ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ Ｔ ｒ ａ － ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃ ｏ ａ ｌ ｂ ｅ ｄ Ｍｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｅ �

北部山西组
2
10%
L 90%
石英以变质岩为主， 再旋回造山物源区
石英以深成 岩浆岩为主， 岩浆弧物源区
C2b
石板 沟
Q
10% 90%
大 陆物 源区
成熟 度或
1
稳定 度降 低
再旋回物源区
3 大 洋组 分/大 陆组 分 比 值增 加方 向
90%
岩浆 弧物 源区
2
F 10%
石板沟山西组
深成 组分/火山 组分 比值 增加
3
浅湖 沉积
岩性 层理 生物
粉砂岩、泥岩为主，偶见呈透镜体的细砂岩 浪成交错层理 化石丰富
深湖
4 沉积
岩性 层理 生物
粉砂岩、泥岩为主，偶见呈透镜体的细砂岩 水平层理、季节纹理 浮游生物化石
湖泊亚相的沉积特征
亚相
滨 湖
动力条件 波浪带
岩石组成
细砂岩、粉砂 岩为主，夹粉
颜 色 层理特征
测井曲线
灰色
中小型单斜层、 沙纹层、泥裂、
第五章 煤层和油气藏 的形成和变化
第一节 成油、气、煤的沉积体系 第二节 煤层的形成和变化 第三节 油、气藏的运移与聚集
第一节 成油、气、煤的沉积体系
一、沉积相、沉积体系概念 二、冲积扇沉积体系 三、河流沉积体系 四、三角洲沉积体系 五、湖泊沉积体系 六、滨岸带的各种沉积体系
一、沉积相、沉积体系概念
楔状层理
2、网结河的沉积特征
河道相 与河道沉积有关的相 决口扇相
天然堤相 湖泊相 与湿地有关的相 沼泽相 泥炭沼泽相
思考题：
① 曲流河与网结河的河道砂岩的沉积特征？ ② 冲积扇、顺直河、辫状河、曲流河可能
的平面配置关系？

煤层 露头线
500
断层
地下水水 位等值线
水动力边界
水动力封堵边界是最常见的煤层气藏边界。 水动力封堵的机理为：要使储层内保存一定量的煤层气，就必须具备一
定的储层压力，即地下水静水位面（对应于储层压力）具有一定的高程。 这一高程可通过经济边界对应的含气量和兰氏方程计算的储层压力换算。
水动力边界
沁南煤层气藏的东部和南 部为水动力封堵边界，对于15 号煤而言，最大吸附容量为 39.91～46.84 m3/t，平均为 43.37 m3/t；兰氏压力为 3.034～3.184MPa，平均为 3.109MPa。如果取最大吸附量 46.84 m3/t，兰氏压力 3.184MPa，以8 m3/t为经济边 界则对应的极限储层压力在 1.3MPa 左右，即地下水的水 位高差最低应为130 m 左右 z
如对沁南煤层气藏的作图分析（图5.4），图中甲烷组分含量随 煤层埋藏深度的增加而增加，甲烷组分含量大于80%对应的煤层埋深 为180 m，即可确定风氧化带的深度为180 m 左右。
风氧化带边界
CH4含量(%)
120
3号煤
9号煤
100
15号煤
如果以甲烷
80
浓度80%为
风氧化带底
60
界，沁南煤
40
层气藏风氧
5. 断层边界
断层边界可以分为封闭性断层边界和开放性断层边界两类
1)封闭性断层边界
断层封闭性原理可用下列公式定量表达：
pc
2r
cos
R
式中：R-相互连通的孔喉半径；r-烃水界面张力；-润湿角。
被封烃类压力是指烃柱的浮力：
p w hgh
式中：w-储层内水的密度；h-储层内烃的密度；g-重力加速度；h储层内烃柱的高度。 当pc>p时，断层的封闭性好，反之差。

孔隙分级 吸附
孔隙分类 微孔
过渡孔
孔径/nm <25
25~75
煤层气储运 特征
吸附与扩散
吸附与扩散
中孔
75~1000 层流渗透
渗透
过渡孔 1000~2500 剧烈层流
大孔
>2500
紊流
采气工程
一、煤储层的几何模型
三元结构模型
宏观裂隙
大、中、小、微 一级、二级、三级割理
显微裂隙
阶梯状、雁列式、帚状、X式
第一章 煤层气赋存、产出机理
采气工程
煤层气赋存、产出机理 内容提要
➢ 煤储层的几何模型 ➢ 煤层气储集机理 ➢ 煤层气吸附性能的主要影响因素 ➢ 煤层气产出的先决条件 ➢ 煤层气产出机理 ➢小结
采气工程
一、煤储层的几何模型
煤储层的非均质性，很难用统一的模型来表述。
煤层气 几何 模型
双重孔隙结构模型
采气工程
一、煤储层的几何模型
根据Root模型煤中孔隙分类 煤中基质孔隙的类型及特征
类型 孔径
孔隙结构特征
油气运移和储集
Ⅰ >1000
多以管状、板状孔 隙为主
以板状、管状孔隙
Ⅱ 1000-100 为主，间有不平行 板状
以不平行板状孔隙
Ⅲ 100-10 为主，有一部分墨 水瓶状孔隙
具有较多的墨水瓶
Ⅳ
<10
或
pb KcCb
Cb
1 Kc
pb
Kc' pb
甲烷在水中的溶解度主要取决于水的温度、矿化度、环境压力和 气体成分。
采气工程
二、煤层气的储集机理
2.游离态:
游离气指储存在煤层孔隙或裂隙中能自由移动的天然气，这部 分气体服从一般气体方程，对于象煤层气这样的真实气体，可用范 德华方程描述：

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煤层气的生成及储存条 件
埋深 (m)
阶段性
0C
PT
J
1000
40 OC 60 CO
K
E NQ
40
30
2000
3000
4000 300
80OC
1 0 0O C 1 2 0OC
1 4 0OC 1 6 0OC 1 8 0OC 200 CO 2 2 0OC
2 4 0OC 2 6 0OC
含气量变化史， 对应右侧的吸附容量标尺
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煤层气生成及储存条件
解吸动力学特征及解吸类型：
（3）扩散解吸 根据分子扩散理论，只要有浓度差存在，就有分子扩散运动，这是
气体分子热力学性质所决定的。研究表明，甲烷气体分子在煤的孔隙内表 面得以高度富集，这就与孔隙、裂隙内的流体构成了高梯度的浓度差，这 种浓度差迫使甲烷分子扩散，从而造成非常规解吸。基于扩散的普遍存在 性，因此扩散解吸也是煤层气开采过程中煤层气解吸的重要的一种作用类 型。鉴于扩散解吸的实质是由于浓度差造成的扩散而导致的“解吸”，因 此这种扩散的本身是偶于“解吸作用”之中的，是解吸作用与扩散作用的 耦合。从解吸的角度，称之为“扩散解吸”。
煤储层含气性可从诸多方面进行表征，如煤层气组成、煤层 气含气量、含气饱和度、可解吸率以及煤层气资源量、资源 丰度等。
含气量是确定煤层气资源量必不可少的参数，与储层压力和 吸附等温线结合起来使用，还可以预测煤层气产能。值得注 意的是，并不是每个含煤区、每个煤层都赋存有可供开采的 煤层气。因此，必须预先测定煤层的含气量。
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什么是煤层气
煤层气赋存状态：
(1) 通过将实测煤层气含量数据与等温吸附实验所获 得的理论吸附量进行对比发现，绝大多数样点的煤层气吸附 饱和度处于吸附欠饱和或接近吸附饱和状态，很少有吸附过 饱和状态。这一事实充分证明煤层气的赋存状态以吸附为主 。