第六章 含气量与控气地质因素
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第36卷第7期煤炭学报Vol.36No.72011年7月JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETYJuly2011文章编号:0253-9993(2011)07-1129-06煤层气赋存的两大地质控制因素王怀勐1,2,朱炎铭1,2,李伍2,张建胜2,罗跃2(1.中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏徐州221116;2.中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州221116)摘要:探讨了构造演化和水动力条件对煤层气赋存的影响机理,并结合实例分析了河北赵各庄井田的煤层气赋存特征。
研究表明:构造控制着煤层气生成、聚集、产出过程的每一环节;煤层水溶解了部分煤层气,同时控制着煤储层的压力,水的流动将直接影响煤层气的吸附解吸程度。
赵各庄井田现今煤层气的赋存特征主要是构造与水动力条件综合影响的结果,井田构造特征具有明显的分区性:Ⅰ区和Ⅱ区构造较发育,逆冲、压扭性断层对煤层气有很好的封堵作用;Ⅲ区受开平向斜控制,煤层气含量在向斜核部明显较大。
同时,井田水文地质边界条件为封闭或半封闭的,而且由于井田所在的开平向斜北西翼受水力封堵作用影响,煤层气封存条件较好。
关键词:煤层气;赋存;构造演化;水动力条件;开平向斜中图分类号:P618.11文献标志码:A收稿日期:2010-10-25责任编辑:韩晋平基金项目:国家自然科学重点基金资助项目(40730422);国家基础研究发展计划(973)资助项目(2009CB219605);国家科技重大专项资助项目(2008ZX05034-04)作者简介:王怀勐(1986—),男,山东泰安人,硕士研究生。
E -mail :whmcumt@Two major geological control factors of occurrence characteristics of CBMWANG Huai-meng 1,2,ZHU Yan-ming 1,2,LI Wu 2,ZHANG Jian-sheng 2,LUO Yue 2(1.Key Laboratory of Coalbed Methane Resources and Reservoir Formation Process of the Ministry of Education ,China University of Mining and Technology ,Xuzhou 221116,China ;2.School of Resources and Earth Science ,China University of Mining and Technology ,Xuzhou 221116,China )Abstract :Studied the impact mechanism of the structural evolution and hydrodynamic conditions ,and analyzed the CBM occurrence characteristics of Zhaogezhuang mine field.The research shows that the structures control CBM pro-duction ,accumulation and output ,water dissolves part of the gas and control the coal pressure ,and the flow of water directly influences the degree of CBM adsorption-desorption.The present CBM characteristics of Zhaogezhuang mine field are the results of combined effects of structures and hydrodynamic conditions ,and the structural characteristics has a clear partition :the structures develop in the part Ⅰand Ⅱ,where CBM is blocked by thrust faults and compres-sive-torsional faults ;the part Ⅲis controlled by Kaiping syncline ,and the CBM content is much more higher in syn-cline core.Moreover ,there is a closed or semi-enclosed hydrogeological environment in the mine field and a hydraulic-blocking function in the north-west limb of Kaiping syncline ,which benefit for the CBM saving.Key words :CBM ;occurrence characteristics ;structural evolution ;hydrodynamic conditions ;Kaiping syncline 煤层气是一种自生自储型的非常规天然气,主要以吸附状态赋存于煤层孔隙的表面[1-2]。
探究混凝土含气量影响因素0、引言混凝土含气量是控制、评价混凝土质量的一项重要指标,混凝土具有适宜的含气量能使其具有良好的工作性能,混凝土的耐久性尤其是抗冻性在很大程度上也与含气量有关。
引气剂是一种能使混凝土在搅拌过程中引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡,从而改善其和易性与耐久性的外加剂。
新拌混凝土欲得到一定的含气量,需在一定的条件下得到引气剂掺用剂量与含气量的关系,将适宜含气量对应的引气剂剂量范围确定下来,从而进行含气量的有效控制。
但是在实际的拌合过程中,很多因素也会对新拌混凝土的含气量有所影响,如水灰比、混凝土级配、砂率、集料、混凝土工作性等多种因素的影响。
本文是通过试验室室内配合比的拌合试验,从混凝土配比参数、混凝土工作性及原材料等方面分析了含气量的影响因素。
1 、试验原材料及内容(1)水泥。
采用Ultra Tech Cement Lanka(Pvt)Ltd公司生产的Ultra Tech OPC42.5N(普通硅酸盐水泥)、Ultra Tech PPC42.5N(低热水泥)、Tokyo cement company (Lanka)PLC生产的Tokyo IV42.5N(低热水泥)。
(2)粉煤灰。
采用Fine Ash(Pvt)Ltd公司生产的Ⅱ级粉煤灰。
(3)骨料。
细骨料为当地河砂、砂石系统生产机制砂。
检测机制砂细度模数2.57、河砂细度模数3.74、河砂:机制砂=1:1时细度模数为3.17。
粗骨料产地为库区石场,质地为花岗岩石,经砂石加工系统破碎至5-16mm、16-31.5mm、31.5-63mm 3级。
本文试验所用配比二级配,小石:中石= 40 :60,三级配,小石:中石:大石= 30 :40:30。
(4)外加剂。
FDN-2002高效减水剂、FDN-MTG缓凝高效减水剂、NK引气剂。
(5)拌合用水。
拌合用水采用当地河水。
(6)试验内容。
按DLT5330-2005《水工混凝土配合比设计规程》、DL 352-2006《水工混凝土试验规程》等相关规范,通过试验室室内拌合,讨论研究混凝土配比参数、混凝土工作性及原材料对混凝土拌合物含气量的影响。
第一章绪论1、天然气:(广义)所谓天然气是指自然界一切天然生成的气体。
(狭义)目前仅限于地壳上部存在的各种天然气体,包括烃类气体和非烃类气体。
性评2、天然气的来源机制,可分为无机成因气和有机成因气。
天然气的成因分类可分为4种:生物成因气(细菌气)、油型气(油成气)、煤型气(煤成气)、无机成因气。
3、煤型气(煤成气):指煤系有机质(包括煤层和煤系地层中的分散有机质)在变质过程中(即热演化)形成的天然气,也称煤成气。
包括煤系气与煤层气两类。
煤系气:是指从生气母岩(煤系地层及煤层)中运移出来聚集在储集层中甚至形成气藏的煤型气,一般均经过较大规模运移。
属常规天然气。
❤煤层气:是指赋存于煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主并部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体。
属非常规天然气范畴。
(也称煤层吸附气、煤层甲烷或煤层瓦斯。
)4、三重国家需求:资源利用/矿山安全/环保5、全国累计探明面积777km2,探明储量1343亿m3,可采储量621亿m3,初步探明374亿m3。
❤6、我国煤层气研究开发存在的主要问题:①预测理论亟待完善。
②产能预测技术有待解决。
③开发工艺亟待突破。
④投入严重不足。
⑤煤层气基础设施建设不完善。
7、我国煤层气资源存在低压、低渗、低饱和的“三低”现象以及地质变动的特殊性。
我国煤储层的特点和难点:地史复杂、类型多样、改造强烈;低孔、低渗、低相渗、低压、高非均质性。
第二章煤层气的物质组成、性质和利用❤1、煤层气有两种基本成因类型:生物成因和热成因。
生物成因气:各类微生物经过一系列复杂作用过程导致有机质发生降解而形成的。
热成因气:指随着煤化作用的进行,伴随温度升高、煤分子结构与成分的变化而形成的烃类气体。
2、生物成因气阶段:①早期生物气(泥炭~褐煤阶段,Ro,max<0.5%)②热解型煤层气(褐煤~瘦煤阶段,Ro,max0.5~2.0%)以含氧官能团的断裂为主③裂解型煤层气(瘦煤~二号无烟煤,2.0%<Ro,max<3.7%)主要以裂解的方式及芳香核缩合为主④次生生物成因煤层气(褐煤~焦煤,0.3%<Ro,max<1.5%)3、在含煤盆地中,次生生物作用活跃并影响气体成分的深度间隔称作蚀变带,一般位于盆地边沿或中浅部;不发生蚀变的气体一般位于盆地深部,称为原始气带。
第22卷第6期 辽宁工程技术大学学报 2003年12月 V ol.22 No.6 Journal of Liaoning Technical University Dec. 2003收稿日期:2003-01-15作者简介:饶孟余(1967-),男,安徽 全椒人,博士研究生。
本文编校:唐巧凤文章编号:1008-0562(2003)06-0749-04铁法盆地煤层气资源条件及控气地质因素分析 饶孟余,钟建华,王夕宾 (石油大学 地球资源与信息学院,山东 东营 257061)摘 要:铁法盆地的煤阶为长焰煤,南部地区的煤阶达到了气煤阶段,实测最大渗透率为1.51×10-3ìm 2,平均含气量为5.84cm 3/g ,煤层气资源量为93.34×108m 3,煤层气资源条件良好。
本文通过对铁法盆地煤层气地质条件和储层条件的深入分析,认为铁法盆地控气的地质因素有三个方面, 构造对煤层的沉积分布、含气量和煤层气资源量具有明显的控制作用;水文地质条件对煤层气具明显的封堵作用;区域浅成岩浆热变质提高了的煤阶、改善了煤储层的渗透性,增大了煤储层的含气量。
提出了铁法盆地煤层气勘探开发的首选靶区是西南部的大兴矿一带。
关键词:铁法盆地;煤层气;岩浆岩侵入;构造;水文地质中图号:P 571 文献标识码:AAnalysis of the coal bed methane(CBM) resources condition andgas-controlling geologic factors in Tiara basinRAO Meng-yu ,ZHONG Jian-hua ,WANG Xi-bin,(Cllege of Geo-Resource and Information, University of Petroleum, Dongying, 257061 china, China) Abstract :Coal has entered the step of dry coal in the Tiara Basin, while the coal in the south area has already entered gas coal one. The maximal permeability measured on the spot can be as much as 1.51×10-3μm 2, and the average gas content is 5.84cm 3/g, the total amount of the coal-bed gas can be up to 93.34×108cm 3, it is certain that the resources condition of the coal-bed gas is quite good. In this paper, three geology factors which controlled the gas resources have been proposed after the thorough analysis of the geology and the reservoir conditions about the coal-bed gas in Tiara basin. Among which, the structure one had an obvious control over the distribution, the gas content and the total amount of the CBM resources of the coal beds; the hydrological geology one had an apparent blockage effect on the coal-bed gas and the last one ,the areal epi thermo-metamorphosis enhanced the coal step and improved the reservoir permeability at the meantime, what’s more, it had an active part on the increasing of the sum of the gas-content in the reservoirs. By the way, the most beneficial target area for the CBM exploratory development in this basin can be choose near the Daxing mine, which locating at the southwestern of Tiara Basin.Key words :Tiara Basin ;coal-bed methane(CBM);magma intrusion ;structure ;hydrological geology0 引 言 铁法盆地位于辽宁省东北部,煤炭资源丰富,探明煤炭储量为16.5亿吨,煤层厚埋深适中,煤层气资源丰富(93.34×108m 3),1995年由中国煤田地质总局东北煤田地质局第一、七勘探公司组织施工的DT3煤层气生产试验井,经抽排后,获得高产气流,煤层气产量稳定在3 500~8 000 m 3/t ,成为中国比较好的煤层气生产实验井之一,预示着该区良好的煤层气勘探开发前景。
煤层含气量的影响因素一、煤层含气量的概念煤层气是指赋存在煤层中的以甲烷为主要成分,以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中的烃类气体。
煤层含气量是指单位数量煤体中所吸附的煤层气数量,或者每吨原煤中所含煤层气的量(m3/t)。
二、煤层含气量的影响因素煤层含气量是煤化作用、构造活动、埋藏演化过程中经过多次吸附/解吸、扩散/渗流、运移后,在现今地质条件下动平衡的结果。
由于煤层气在煤储层中的储集及渗流机理与常规天然气大不相同其影响因素多样而复杂。
煤层气在地下的分布是不均衡的。
不同地区,甚至同一地区不同煤层间的含气量往往差异较大。
研究和认识煤层含气量及其影响因素,是煤层气勘探中首先要解决的问题。
研究表明,影响煤层含气量的主要因素:煤的变质程度、温度、压力、煤层的有效埋藏深度、有效厚度、构造特征、水文地质、煤层顶、底板岩性等。
其中,煤变质程度起着根本性作用,此外,影响煤层含气量的因素还有煤的显微组分、水分及矿物质含量等。
但这些因素对煤层含气量的影响是次要的,不能从根本上影响一个地区的煤层含气性。
2.1 煤变质程度煤变质程度(煤级)是评价和预测煤层含气量的重要参数,实验研究和客观地质事实都表明煤层含气量与煤变质程度密切相关。
一般而言,煤层含气量随煤变质程度增高而增加。
这一规律在许多含煤区(盆地)都存在。
如鄂尔多斯盆地东缘石炭)二叠纪煤层从北到南变质程度增高,在埋深等基本地质条件相当的情况下,煤层含气量增加(表1);又如我国著名的煤层气富集区(如焦作、阳泉、湘中、湘东南等)均分布在高变质的无烟煤地区,也反映了煤变质程度对煤层含气量的影响。
煤层含气量随煤变质程度增高而变好的原因主要是:首先,随煤变质程度增加,煤的累计生气量增大,气源更加充足;其次,煤变质程度影响煤吸附气的能力,在其它条件相同时,煤层吸附能力随煤变质程度增高而增加(图1)。
2.2 煤层埋藏深度在有限深度范围内,当其它地质条件相同或相近时,煤层含气量随埋深而增加。
小议影响煤层气含量的地质因素分析与定量预测【摘要】该文结合笔者实际经验,合理分析了影响煤层气含量的地质因素,随后运用支持向量机回归的方法,对某工区煤层气含量进行定量预测。
【关键词】影响煤层气含量地质因素定量预测对于煤层含气量,其主要决定了煤层气能否成藏。
其中影响煤层气含量的地质因素不仅包括煤变质程度以及煤层埋藏深度,还有岩浆活动与煤层封闭性等等,煤变质程度是最重要的影响因素。
然而因为煤层气含量和它的影响因素间存在较为繁杂的关系,通过线性关系要合适地表示煤层气含量的内在变化规律较为困难。
该文基于前人的研究分析,根据某工区的具体资料,通过数量比较少的已知样本,选用可以避免局部极小问题的支持向量机回归的这种办法,正确地定量预测并分析了煤层气含量,最终得出更为便利正确的煤层气含量预测方法。
1 对煤层气含量造成影响的地质因素1.1 煤层封闭性进行含气量影响因素的分析之时,应对煤层的顶底板厚度以及岩性进行考虑。
将处在煤储层上下某厚度的岩层叫做煤层的封闭层,完好的封闭层能保证地层压力,使地层水交替得以受阻,煤层气通常吸附态得以存在。
还使煤层气以水溶、游离这些方式的散失得以变少。
煤储层针对煤层气的贮存能力极大程度之上决定于封闭层具有的封闭性。
封闭层的岩性及厚度对封闭层的有效性产生直接影响。
据有关研究表明煤储层上下二十米的封闭层对煤层造成最高的影响,还使封闭层和煤层气含量之间的关系得以成立。
其表示,伴随着封闭系数的加大,煤层气含量缓缓变大。
1.2 煤变质程度针对煤层气含量,其伴随着煤阶的变大,会有首先急剧增高,再有缓慢增高,再有急剧增高,最后有急剧降低的这一阶段性演化特征。
首个阶段停止在镜质组最高反射率达到大约1.3%的位置,就是褐煤至焦煤;再一个阶段就是1.3%-2.8%,就是焦煤及瘦煤、贫煤以及初级无烟煤;第三个阶段就是2.8%-3.5%,也就是无烟煤早期;最后一个阶段高于3.5%,就是无烟煤中后期。
首个阶段中,煤层气含量发生急剧增高,重点因为煤中微孔变多,生气量变多;再一个阶段之中,重点因为新生孔隙变大的空间有限;第三个阶段,主要因为甲烷不仅生成很多,空隙空间以及吸附性也变大;最后一个阶段,生气作用停止导致煤层气含量急剧降低。
淮南谢家集矿区煤层气地质特征及控气因素分析摘要:本文结合淮南谢家集煤矿前期煤层瓦斯研究成果及相关资料,综合应用煤层气地质领域相关研究理论和方法从该区影响煤层气含量的地质因素盖层、构造和水文地质作用,分析影响煤层气赋存的控制因素,开展研究区煤层气地质特征研究,为煤层气资源开发和矿井安全生产提供一定的参考。
关键字:煤层气;构造;地层;水文地质;控气因素引言煤层气是一种新型的洁净能源,开发利用这一新型能源对我国经济与社会的可持续发展具有十分重要的现实意义。
淮南矿区含煤面积大,煤层层数多、厚度大、煤层连续性好,现己探明和预测煤炭储量近800亿t,其中1000m深度以浅为200亿t,煤层气资源十分丰富,开发前景广阔。
从上个世纪90年代初至今,我国煤层气勘探开发取得了实质性的进展,这期间进行的勘探试验过程进一步加深了对煤层气地质特征认识,而且逐渐形成了对煤层气藏的系统化认识。
煤层气地质的相关领域的研究不断成熟,并且取得了一定的研究成果。
本文以淮南煤田谢家集矿区(谢一矿、新庄孜矿)为研究区,研究区隶属于淮南矿区,煤层埋藏深度深,上覆岩层透气性低,第四系松散层厚度大,是我国典型的高瓦斯、高地压、高地温以及高瓦斯突出危险的矿区。
目前,对于此类高瓦斯低渗煤体的煤层气幵采仍是一大难题,还需进一步的研究。
研究区地质背景淮南谢家集煤矿研究区地处八公山东北麓,淮河自北向南斜穿而过,地势平坦,全区地貌呈现西高东低之势。
矿区外围为由震旦、寒武、奥陶系岩石出露而成的丘陵地貌,走向与本区地层走向相同。
煤系上覆为厚为15~35m的第四纪堆积物。
地层研究区属华北地层大区,区内发育的地层自下而上包括上太古界的五河群、霍丘群,古元古界凤阳群,新元古界的青白口系、震旦系,古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系,中生界三叠系、侏罗系和白堅系,新生界古近系、新近系和第四系。
受地壳运动及古地理沉积作用的影响,本区缺失新元古界长城系、莉县系、古生界上奥陶统、志留系、泥盆系、下石炭统以及中生界中一上三叠统,新生界的古近系、新近系和第四系发育不全。
观音山井田控气地质因素研究为进一步研究新庄煤矿区观音山井田的含气特征及控气地质因素,本文在原有的煤田地质勘探资料的基础上,加入实验室测试分析及数据计算等相关技术手段,运用统计分析方法总结出研究区控气地质因素对煤层含气量的影响作用。
研究表明,井田水文地质条件、煤层顶底板岩性变化、地质构造及煤层埋深等四个地质条件是影响研究区煤层含气量的主要地质因素。
标签:观音山井田含气量地质构造水文地质观音山井田位于洛旺-新庄向斜的西段南翼,地处威信县南西,行政区划隶属于威信县麟凤乡、三桃乡。
井田面积约为18.6312km2。
含煤地层主要为二叠系上统的龙潭组(P2c)和长兴组(P2l),共含有可采煤层两层,分别为位于长兴组(P2l)的C1煤层和位于龙潭组(P2c)的C5a煤层。
C1煤层厚0~1.80m,含煤系数0~5%; C5a 煤层厚1~11.50m,含煤系数为0.95~11%。
为进一步查清控制井田内煤层气含量的地质因素,本文在阐明该区含气量展布规律的基础上,从井田地质构造,水文地质条件、煤层顶底板变化及煤层埋深等方面入手,进一步研究井田内控制含气量分布的地质因素。
1研究区含气量展布特征结合C5a煤层的等厚线图及瓦斯含量等值线图(如图1a、b所示)可以分析出研究区煤层含气量的总体变化规律,南北向:北高南低;东西向:两头低中间高,与煤层厚度变化基本相一致。
含气量最低处位于井田的东西两端,均小于1m3/t,主要是因此两处分别发育有F1和F2两条较大断层,受断层的影响,煤层结构较破碎,煤层气储存条件较差,含气量较低;含气量最大区域位于井田的中部偏北区域,最大量超过40m3/t,主要是因此处煤层厚度变化较大,埋深相对较深,且此区域内发育有几条隐伏断层及平推断层,受压扭性破碎带的影响,形成了较好的储气条件,煤层气在此富集。
2控气地质因素2.1地质构造及煤层顶底板岩性对含气量的影响地质构造特点与煤层顶底板的岩性特征共同控制着煤层气的成藏作用,两者之间相互联系:就含煤盆地层次而言,区域地质构造背景及其演化是控制煤层顶底板岩性类型的主要因素,更是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储存、富集的主导因素;而从储层层次来看,构造通过对储层孔隙-裂隙系统的影响控制了煤层渗透率及其非均质特性。
第五章煤储层含气性及其地质控制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,还可以预测煤层气的产能。
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。
第一节煤储层含气量的构成煤层含气量测定方法目前为大多数人所接受的是美国矿业局(USBM)的直接法(Kissel 等,1973)。
我国在此基础上作了大量修改,由抚顺分院等单位制定了“煤层瓦斯含量和成分测定方法”(MT-77-84、MT-77-94)。
新的煤层气含量测定方法(GB/T 19559—2004)见附录五。
一、阶段含气量1、USBM直接法USBM直接法测定的煤层含气量是由三阶段实测气量构成,即逸散气量、解吸气量和残留气量。
逸散气量:指从钻头钻至煤层到煤样放入解吸罐以前自然析出的天然气量。
这部分气体无法直接测得,通常依据前两小时的解吸资料推测。
逸散气的体积取决于钻孔揭露煤层到把煤样密封于解吸罐的时间、煤的物理特性、钻井液特性、水饱和度和游离态气体含量。
缩短取心时间是准确计算逸散气的有效途径之一,如采用绳索取心对于600m的井深只需几分钟,这就大大降低了逸散气的体积。
不同物理特性的煤具有不同的解吸速率,如碎粉煤、糜棱煤由于扩散距离短造成逸散气体积大。
钻井液的比重较大时对于煤层气的逸散有阻滞作用。
如果煤储层被水饱和,游离态煤层气含量低,则逸散气体积小;相反如果煤储层未被水饱和,游离态煤层气含量高,则逸散气体积较大。
解吸气量:解吸气是指煤样置于解吸罐中在正常大气压和储层温度下,自然脱出的煤层气量。
终止于一周内平均解吸气量小于10ml/d或在一周内每克样品的解吸量平均小于0.05ml/d,实测的解吸气量只是总解吸气量的一部分,总解吸气量应包括逸散气量。
残留气量:是指充分解吸结束后残留在煤样中的气量。
将样品罐加入钢球后密封,放在球磨机上磨2h,然后按测试解吸气的程序测残留气。
残留气或者是由于扩散速率极低所致,或者是在一个大气压下煤层气处于吸附平衡状态,不再解吸。