系统全面的煤层气基础知识

关于煤层气的基本概念
气体在煤层内有三种基本赋存状态，吸附气、游离气和溶解气；煤层气总量中以吸附气占绝大部分，游离气占少部分，溶解气占极少部分。

吸附等温曲线——在温度恒定的条件下，煤吸附甲烷的量与甲烷平衡压力的函数曲线。

煤对甲烷的吸附等温线通常可用兰格缪尔方程表示。

吸附质（气体）在单位质量吸附剂（固体）表面的吸附量取决于四方面因素：①吸附质（气体）的性质；②吸附剂（固体）的性质；
③吸附平衡的温度——我国采煤界用30℃，煤层气探查部门用取样点的地温。

④吸附质（气体）的平衡压力——一般加压到6 Mpa左右。

①煤层含气饱和度——
煤层孔隙被气体充满的程度。

通常从吸附等温曲线上求得，即含气饱和度等于实测含气量与原始储层压力在吸附等温曲线上所对应
的理论含气量的比值。

②临界解吸压力——
在煤层降压过程中，气体开始从煤基质表面解吸时所对应的压力值。

③吸附时间——
累计解吸出的气量占总吸附气量（包括残余气）的63.2%所需的时间，单位是小时或天数。

④煤储层压力——
煤储层孔隙内流体所承受的压力，常以兆帕〔斯卡〕MPa为单位。

⑤煤储层压力梯度——
在单位垂直深度内，煤储层压力的增量。

⑥煤储层压力系数——
实测储层压力与同深度静水压力之比。

按有关规程规定，煤层的瓦斯压力≥0.74 Mpa，该煤层具有突出危险性。

⑨废弃压力（abandonment pressure）——在现有经济技术条件下，煤层气井疏水降压所能达到的最低井底压力，又称枯竭压力。

1煤层气：是指煤层生成的气体经运移、扩散后的剩余量，包括煤层颗粒基质表面吸附气，割理、裂隙游离气。

2煤型气：是相对于油型气的概念，是煤成气和煤层气的总和。

3割理：是指煤层中近于垂直层面的天然裂隙。

4构造煤：是指煤层中分布的软弱分层，是煤层在构造应力作用下发生破碎或强烈的韧、塑性变形及流变迁移的产物。

5煤层气吸附平衡：当吸附和解吸两种作用速度相等（单位时间内被固体颗粒表面吸留的气体分子数等于离开表面的分子数）时，颗粒表面上的气体分子数目就维持在某一定量，称为吸附平衡。

6煤层气藏：是指在地层压力（水压和气压）作用下保有一定数量气体的同一含煤地层的煤岩体，具有独立的构造形态；是在煤层演化作用过程中形成的，在后期构造运动中未被完全破坏，呈层状产出。

7煤层气地质储量：是指在原始状态下，赋存于已发现的具有明确计算边界的煤层气藏中的煤层气总量。

8煤成气：是煤层和煤系中分散有机质在热演化过程中生成的气态烃，经运移到煤系中或煤系以外的储层中聚集的煤型气。

9瓦斯突出煤体：构造严重破坏并具有发生瓦斯突出的瓦斯能（即含有大量瓦斯）介质条件的煤体称为瓦斯突出煤体。

10坚固性系数：用于表示岩石抗冲击能力的大小或破坏时破碎功的大小。

11瓦斯放散初速度△P：是指煤在0.1MPa压力吸附瓦斯的条件下，向一固定体积的真空空间放散时，某一时间段内所散放的瓦斯量。

12原生结构煤：指煤原生构造未受构造变动，保留原生沉积结构和构造特征，每层原生层理完整、清晰，仅有少量内、外生裂隙发育，煤体呈块状的煤；原生结构煤的煤岩成分、结构、构造与内生裂隙清晰可辨。

13煤与瓦斯突出：采煤生产过程中，在一瞬间（几秒钟）采煤工作面或巷道某处突然被破坏，迅速放出大量瓦斯，同时抛出大量的煤、岩碎块和煤粉，这种现象称为煤与瓦斯突出。

14吸附等温线：按照气体解吸特性描述的煤的响应性曲线称为吸附等温线3简单描述煤层割理发育的影响因素。

煤层割理发育的影响因素分为外界因素和内在因素。

1. 什么是煤层气？煤层气的组成？煤层气是指赋存在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。

其成分大多以甲烷为主，也可能一氮气、二氧化碳或重烃等为主。

2．什么是CO2-ECBM ？提高煤层气采收率，注入增加CO2提高煤层气生产能力的技术。

3.什么是瓦斯？赋存在煤层中的煤型气与采动影响带中的煤成（层）气、采空区的煤型气及采掘活动过程中新生成的各种气体的总称。

4. 煤层气的生气阶段，各阶段的产率如何？（1）褐煤至长焰煤阶段：生气38~168m3/t ，CO2占72% ~92%，烃类＜20%以甲烷为主，重烃气＜4%（2）长焰煤至焦煤阶段：生气168~270m3/t ，烃类气体迅速增加，占70~80%，CO2下降至10%左右。

烃类气体以CH4为主，重烃可占10~20%，如壳质组含量多，则油和湿气含量也多。

（3）瘦煤至无烟煤阶段：生气270~422m3/t ，烃类气体占70%，其中CH4占绝对优势(97% ~99%)，几乎没有重烃。

5.煤层气的成因，各种成因分别形成于什么阶段？（1）生物降解煤层气 泥炭~褐煤阶段 Ro,max<0.5% （2）热解型煤层气 褐煤~瘦煤阶段 Ro,max 介于0.5~2.0%（3）裂解型煤层气 瘦煤阶段~三号无烟煤 2.0%<Ro,max<3.7%（4）次生生物成因煤层气 0.3%<Ro,max<1.5%6.控制煤层气组成的地质因素有哪些，分别是如何控制的？1.煤岩组分（母岩）2.煤化程3.生气过程4.埋藏深度及相应的温压条件5.次生作用（混合氧化作用）6.水动力等地质条件。

7.煤的显微组成？？？有机质显微组分：镜质组、惰性组、壳质组 无机质显微组分： 矿物质，镜质组：①透射光：橙红色、褐红色 ②反射光：灰色、浅灰色，具有弱的荧光性惰性组：①透射光：不透明②反射光：亮白色，黄色或灰白色，无荧光，正突起壳质组：①透射光：黄色，少数为绿黄色，红橙色②反射光：深灰色，灰色、有突起，发黄色的荧光 8.煤体的结构类型煤的宏观结构①条带状结构：②线理状结构：煤岩成分呈<1mm 的线理③透镜状结构：煤岩成分成透镜状④均一状结构：成分单一、均匀，镜煤、腐植腐泥煤⑤粒状结构：大量孢子、树脂体、矿物杂质⑥叶片状结构：树皮或角质形成⑦木质状结构：植物茎干的木质纤维组织的痕迹⑧纤维状结构：为丝炭所特有，一向延长，保存木质纤维组织结构，疏松多孔，细胞排列 煤的次生结构：①碎裂构造②碎粒构造③糜棱构造9.内在水：指吸附或凝聚在煤颗粒内部毛细孔中的水。

煤层气复习重点一名词解释1.煤炭勘探：是以煤田地质学为理论指导，使用多种勘查手段发现煤田和评价煤炭资源的开发远景，并为矿井的开发设计提供地质资源依据的地质勘查工作。

2.煤层气资源勘查：是指在充分分析地质资料的基础上（煤和煤层气地质理论），利用钻井、地震、遥感以及生产试验等勘探技术手段，调查地下煤层气资源赋存条件和赋存数量的评价研究和工程实施过程。

3.复合勘探系统：是指在基本勘探系统的基础上，为准确地查明影响采掘顺利进行的开采地质条件，需要加密一些专门的勘探工程，使勘探后期形成不均匀的勘探网，故称为复合勘探系统。

4.详终:构指造复杂、煤层不稳定的井田，钻探用375m或250m的基本线距最高只能圈定“控制的”类别资源储量,提交的报告即为详终报告。

5.普终：指构造复杂、煤层不稳定的井田，钻探用375m或250m的基本线距最高只能圈定“推断的”类别资源量，提交的报告即为普终报告。

6.可行性研究：是对矿床开发经济意义的详细评价。

通常应在勘探后进行。

其结果可以详细评价拟建项目的技术经济可靠性，计算不同的资源／储量类型，得出拟建项目是否应该建设以及如何建设的基本认识。

7.经济的资源量/储量：其数量和质量是依据符合市场价格的生产指标计算的，在可行性研究或预可行性研究当时的市场条件下开采，技术上可行，经济上合理，环境等其他条件允许，即每年开采煤炭的平均价只能满足投资回报的要求。

8.边际经济的资源量/储量：在可行性研究或预可行性研究当时，其开采是不经济的，但接近于盈亏边界，只有在将来由于技术经济、环境等条件的改善或政府给予其它扶持的条件下才可变成经济的。

9.次边际经济的资源量/储量：在可行性研究或预可行性研究当时，开采是不经济的或技术上不可行的，需大幅度提高矿产品价格或技术进步使成本降低后，方能变成经济的。

10.内蕴经济的资源量/储量：仅通过概略研究，作了相应的投资机会评价，未做可行性研究或预可行性研究。

11.煤层的类型有：按煤层构造特征划分为简单、中等、复杂和极复杂等四个构造类别；按煤层稳定程度划分为稳定、较稳定、不稳定和极不稳定等四个类型。

1、煤层气：是指赋存在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；煤层气爆炸范围为5—15%2、煤层气的主要成分甲烷、二氧化碳、氮气3、煤层气储层是（基质）孔隙、裂隙双重介质结构4、煤层气的赋存状态吸附态（80-90%），游离态（20%-10%）、水溶态（5%以下）。

游离态煤层气以自由气体状态储积在煤的割理和其他裂缝空隙中，在压力的作用下自由运动5、煤层气的产出机理：通过抽排煤储层的承压水，降低煤储层压力，使吸附态甲烷解吸为大量游离态甲烷并运移至井口。

即排水－降压－解析－扩散－渗流煤层气的运移方式：微孔-大孔-微裂纹-裂隙-裂缝6、在煤体的大孔和裂隙中，煤层气流动是以压力梯度为动力，其运移遵循达西定律；而在微孔结构中，煤层气流动是以浓度梯度为动力，运移遵循菲克定律。

7、井底压力：是指煤层气井储层流体流动压力8、压降漏斗：由于排水降压，供水边界到井底洞穴形成压差,其压差形状为漏斗状曲面,该曲面被称为压降漏斗，由于洞穴压力最低，煤层气定向解析，扩散，渗流和运移至洞穴。

排采时间越长，压降漏斗有效半径越大，其影响范围逐渐增加。

9、吸附：煤层气分子由气相赋存到煤体表面的过程。

10、煤中自然形成的裂缝称为割理；割理中的一组连续性较强、延伸较远的称面割理；另一组仅局限于相邻两条面割理之间的、断续分布的称端割理11、达西定律：Q=KA△h/L式中Q为单位时间渗流量，A为过水断面面积，△h为总水头损失（高度差），L 为渗流路径长度，I=h/L为水力坡度，K为渗流系数。

关系式表明，水在单位时间内通过多孔介质的渗流量与渗流路径长度成反比，与过水断面面积和总水头损失成正比。

从水力学已知，通过某一断面的流量Q等于流速v与过水断面A的乘积，即Q＝Av。

菲克定律：菲克就提出了：在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量（称为扩散通量Diffusion flux，用J表示）与该截面处的浓度梯度(Concentration gradient)成正比，也就是说，浓度梯度越大，扩散通量越大12、临界解吸压力：对于未饱和煤层气藏，只有压力下降到含气量吸附等温线上，气体才开始解吸，该压力称为临界解吸压力。

1.1. 煤层气的定义和基本特征从矿产资源的角度讲，煤层气是以甲烷为主要成分（含量＞85%），是在煤化作用过程中形成的，储集在煤层气及其临近岩层之中的，可以利用开发技术将其从煤层中采出并加以利用的非常规天然气。

对煤层气而言，煤层既是气源岩，又是。

煤层具有一系列独特的物理、化学性质和特殊的岩石力学性质，因而使煤层气在贮气机理、孔渗性能、气井的产气机理和产量动态等方面与常规天然气有明显的区别（详见表1.1），表现出鲜明的特征。

资料来源：张新民中国煤层气地质与资源评价2002年1.2. 煤层气生成1.2.1. 煤层气成因类型及形成机理从泥炭到不同变质程度煤的形成过程中，都有气体的生成。

根据气体生成机理的不同，可以将煤层气的成因类型分为生物成因和热成因两类。

生物成因气主要形成于煤化作用的未成熟期，而热成因气主要形成于煤化作用的成熟期和过成熟期。

1.2.1.1. 生物成因气生物成因气主要由甲烷组成，它是由各种微生物的一系列复杂作用过程导致有机质发生降解作用而形成。

生物成因气又可以根据产生阶段的不同分为原生生物气和次生生物气。

（1）原生生物气原生生物气是在煤化作用早期（R0<0.5%），在较低的温度下（一般低于50 0C），在煤层埋藏较浅处（<400m），在细菌的参与和作用下，微生物对有机质发生分解作用而形成的以CH4为主要成分的生物生成气。

在原生物生成气生成的具体途径和方式有两种，一种是由CO2还原而成；另一种由甲基类发酵（一般为醋酸发酵）而成。

生物气的形成应具备的主要条件是：①缺氧环境；②低硫酸盐浓度；③低温；④丰富的有机质；⑤高PH值；⑥足够的空间。

（2）次生生物气Rice（1981）和Scott（1994）等人认为在近地质时期，煤层被抬升，活跃的地下水系统和大气淡水形成了微生物活动的有利环境，在相对较低的温度下，微生物降解和代谢煤层中已经形成的湿气、甲烷和其它有机化合物，生成次生物成因气（主要是CO2和CH4）。