关于煤层气的一些基本概念

一、名词解释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二填空题1煤层气形成阶段：原生生物气生成阶段、热降解气生成阶段、热裂解气生成阶段和次生生物气生成阶段。

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）。

一、名词解释（6个，每个5分，共30分）1、煤层气：煤层气是赋存于煤层及其围岩中的与煤炭共伴生的非常规天然气资源，其主要气体组分为甲烷(CH4)，是地史时期煤中有机质的热演化生烃产物。

2、煤矿瓦斯：在煤炭工业界通常将涌入煤矿巷道内的煤层气称之为煤矿瓦斯，其气体组分除煤层气组分外，还有煤矿巷道内气体的成分，如氮气、二氧化碳等空气组分以及一氧化碳、二氧化硫等采矿活动所产生的气体组分。

3、煤：由高等植物、浮游生物经过复杂的物理化学作用形成，包括有机和无机化合物的混合物，组成、结构非常复杂且不均一。

4、煤层：自然界中由植物遗体转变而来沉积成层的可燃矿产，由有机质和混入的矿物质所组成。

5、煤储层：鉴于煤层是煤层气的载体，煤层气界将煤层称之为“煤储层”（即煤层气储层），以示与煤层、常规油气储层的概念区别。

6、成煤物质：由于聚煤条件的不同，沉积了不同的成煤物质，主要包括包括包括高等植物、高等植物的稳定组分和浮游生物等。

7、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由高等植物及浮游生物经过复杂物理化学变化聚集成煤的过程。

8、煤的工业分析：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。

9、割理：割理是内生裂隙，与构造作用形成的外生裂隙相对应，是煤化过程中失水及烃类产生，煤基质收缩引起张力及高流体压力引起，通常分为两组，面割理和端割理，互相垂直，且垂直于层面方向。

10、面割理：割理中延伸距离较长、范围较大的一组，受最大主应力控制。

11、端割理：延伸范围局限于面割理之间，受最小主应力控制。

12、Klinkenberg效应：在多孔介质中，气体分子就与通道壁相互作用（碰撞），从而造成气体分子沿孔隙表面滑移，增加了分子流速，这一现象称为分子滑移现象。

这种有气体分子和固体间的相互作用产生的效应称为Klinkenberg效应。

13、含气量：单位重量煤中所含煤层气的体积，单位：m3/t。

煤层气（Coalbed Methane, CBM）是一种主要由甲烷组成的气体，存在于煤炭的孔隙和裂隙中。

它通常被视为一种非常规天然气资源。

煤矿瓦斯（Coal Mine Methane, CMM）是指在煤矿开采过程中，从煤层中释放出的瓦斯，主要也是甲烷，但可能含有其他气体如二氧化碳、氮气等。

煤矿瓦斯不仅是一种能源资源，也是煤矿安全的重要问题，因为它的积聚可能导致爆炸和窒息事故。

抽放瓦斯（Mine Ventilation and Drainage）是指通过专门的通风系统和抽放设备，控制矿井内瓦斯浓度，防止瓦斯积聚达到爆炸性混合物的浓度，并确保矿工的安全呼吸。

煤与瓦斯突出（Coal and Gas Outburst）是一种煤矿灾害，发生时煤体和瓦斯突然大量释放到矿井空间中，可能伴随着岩石的破坏，对矿工安全构成严重威胁。

瓦斯抽放井（CBM Well or Coal Mine Methane Well）是用于从煤层中提取煤层气或煤矿瓦斯的钻井。

压裂法（Hydraulic Fracturing）是一种增强煤层气开采的技术，通过向煤层注入高压液体来创造裂缝，从而增加煤层的渗透性，使煤层气更容易被抽出。

吸附解吸（Adsorption/Desorption）是煤层气储存和流动的关键过程。

甲烷分子在煤炭颗粒表面的吸附作用使得煤层气被固定在煤层中；而在开采过程中，压力降低导致甲烷解吸，从而可以被抽取出来。

这些术语是煤层气和煤矿瓦斯领域的基础概念，对于理解和研究这一领域至关重要。

第一章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。

2.非常规天然气是对产自常规储气层(如气藏气、气顶气和石油中的溶解气)之外的天然气的总称，包括水溶气、煤层气、页岩气、致密气、油页岩、可燃冰等.3.常规天然气由常规油气藏开发出的天然气，即勘探实践发现的能够用传统的油气生成理论解释的天然气，称为常规天然气4.煤层气的来源第一种来源是有机质在煤化作用过程中生成的；第二种来源是由于火成岩侵入或碳酸盐受热分解生成的CO经断层等通道侵人到2含煤地层之中；第三种来源是放射性物质蜕变过程生成的或地下水放出的放射性惰性气体氡及惰性气体氦。

5.煤层气勘探开发有三重意义：1）煤层气是一种新型洁净能源，其开发利用可弥补常规能源的不足。

2）减灾和降低矿井生产成本。

3）环境意义。

第二章6.煤型气是指煤系中煤和分散的有机质在成岩和煤化作用过程中形成天然气，以游离状态、吸附状态和溶解状态赋存于煤层和其他岩层内，其成分大多以甲烷为主，也可以以氮气、二氧化碳或重烃为主。

其中赋存在煤层中、成分以甲烷为主的煤型气，成为煤层气或煤层甲烷，赋存在围岩中的煤型气称为煤成气。

瓦斯是赋存在煤层中的煤层气与采动影响带中的煤成（层）气、采空区的煤型气和采掘活动过程中新生成的各种气体的总称。

*7.生物成因气的生成有两种机制：① 二氧化碳的还原作用产生甲烷 ;②醋酸、甲醇、甲胺等经发酵作用转化成甲烷。

8.热成因气：在温度（>50℃）和压力作用下，煤有机质发生一系列物理、化学变化，煤中大量富含氢和氧的挥发分物质主要以甲烷、二氧化碳和水的形式释放出来。

在较高温度下,有机酸的脱羧基作用也可以生成甲烷和二氧化碳形成热成因甲烷大致分三个阶段：①褐煤至长焰煤阶段——生成的气量多，成分以CO2 为主，（占72~92%），烃类＜20%且以甲烷为主，重烃气＜4%。

②长焰煤至焦煤阶段——烃类气体迅速增加，占70~80%，CO2 下降至10%左右。