下载文档原格式
煤层气地质学复习参考资料煤层气地质学复习参考资料1. 煤层气储层压力及分类指作用于煤孔隙—裂隙空间上的流体压力（包括水压和气压），故又称为孔隙流体压力。
可分为来自水的压力和来自气体的压力2. 渗透率的概念及相互关系渗透率是指煤层对气体的通过的能力。
3. 等温吸附曲线及朗格缪尔方程的意义等温吸附曲线是指在某一固定温度下，当吸附达到平衡时，吸附量（V）与游离气相压力（p）的曲线。
根据曲线可得随游离气相压力的增大，吸附量也在增大。
朗格缪尔方程的数学表达式为V=a·b·p/1+bp其中V指吸附量，p为平衡气体压力，a为吸附常数，反映吸附剂的最大吸附能力，与温度，压力无关，而取决与吸附剂的性质，b为压力常数，取决与吸附剂的性质。
朗格缪尔方程另一种表达形式为V=V L P/P L+P其中V L的意义与a相同。
而P L=1/b。
4. 煤层气资源量及储量煤层气资源量是指根据一定的地质和工程依据估算的赋予煤层中，当前可采或未来可能开采的，具有现实经济意义和潜在经济意义的煤层数量。
煤层气储量是指矿井井田范围内煤层和岩层中所含有气体的总量。
5. 煤层气生成的阶段可分为3各阶段1原生生物气生成阶段2热成因气生成阶段（含热降解和热裂解作用），3次生生物气生成阶段6. 煤储层特征7. 煤层气藏的概念、划分煤层气藏是指在地层压力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。
可根据煤储层特征，构造形态，含气饱和度来进行分类。
8. 煤层气井气水产量曲线的变化其变化可分为3个阶段，1排水降压阶段，这一阶段若压力低于临界解析压力后继续排水，则气含饱和度将逐渐升高，渗透率下降，产气量增加2稳定阶段，这一阶段继续排水作业煤层产气两处于最佳解吸状态，产气量稳定3产气量下降阶段，随这煤内表面煤层气吸附量的减少尽管继续排水作业，但气和水产量都不断下降。
9. 煤中气体从煤层孔隙介质向井筒的流动煤层气开发的成功始自井低，一般井筒应钻至最低产层之下，以产生一个口袋，使得产出水在排出地面之前，在次口袋汇聚。
煤层气煤层气（Coalbed Methane）储层参数，主要包括煤的等温吸附特性参数、煤层气含量、渗透率、储层压力、原地应力，以及有关煤岩煤质特征的镜质组反射率、显微组分、水分、灰分和挥发分等，相应的测试分析技术有：煤的高压等温吸附试验（容量法）、煤层气含量测定、煤层气试井和煤岩煤质分析等。
煤的高压容量法等温吸附实验，是煤层气资源可采性评价和指导煤层气井排采生产的关键技术参数，等温吸附数据测定准确性，直接关系到煤层气开发项目的成败和煤层气产业的发展。
许多研究表明，煤是具有巨大内表面积的多孔介质，象其它吸附剂如硅胶、活性碳一样，具有吸附气体的能力。
煤层气以物理吸附方式储存在煤中，主要证据有：甲烷的吸附热比气化热低2—3倍（Moffat ＆Weale，1955；Y ang ＆Saunders，1985），氮气和氢气的吸附也与甲烷一样，这表明煤对气体的吸附是无选择性的；大量试验也证明，煤对气体吸附是可逆的（Daines，1968；Maver 等，1990）。
结合国内外资料，推荐吸附样粒度为60—80目。
煤的平衡水分—当煤样在温度30℃、相对湿度96%条件下，煤中孔隙达到水分平衡时的含水量。
测试平衡水平的主要目的是：恢复储层条件下煤的含水情况，为煤的吸附实验做准备。
煤层气含量—指单位重量煤中所含的标准状态下（温度20℃、压力101.33kpa）气体的体积，单位是cm3/g或m3/t。
它是煤层气资源评价和开发过程中计算煤层气资源量和储量、预测煤层气井产量的重要煤储层参数之一。
煤层气含量的测定方法大体上可分为两类：直接法（解吸法）和间接法（包括等温吸附曲线法和单位体积密度测井法）。
在直接法中，保压取心解吸法是精确获得原地煤层气含量最好的方法。
直接法的基本原理煤心煤样的煤层气总量由三部分气体量构成：一是损失气（lost gas）,二是实测气（measured gas），三是残余气（residual gas）。
煤储层孔隙特征及比表面积对煤吸附能力影响的研究李亚男李贵中陈振宏中国石油勘探开发研究院廊坊分院廊坊065007煤是由植物遗体转变成的非均质性极强的有机岩石，受沉积环境、保存条件的影响，造成煤层气储层矿物成分、孔隙类型、大小、结构差异变化较大，研究表明煤中矿物含量及孔隙发育程度对煤储层的储气能力影响最为明显，进而影响煤层气的开发。
选取煤层气开发区代表性煤样，运用光学显微镜、扫描电镜进行实验测试，研究煤中矿物含量及孔隙发育情况；通过图像分析，表征不同组分煤岩孔隙结构特征和发育程度，为煤层气的勘探开发提供理论支持。
同时，还对研究区内的比表面积和吸附气含量的关系进行了探讨。
关键词：扫描电镜孔隙特征比表面积吸附特征Research on the Coal Reservoir Porosity Character and the Influence of Specific Surface Area on Coal Adsorption CapacityLi Yanan, Li Guizhong, Chen ZhenhongLangfang 065007Coal is heterogeneity organic rock transformed from the remains of plants, it affected by the depositional environment and preservation condition, Caused by the impact of coalbed methane reservoir’s mineral composition, pore type, pore size, and the difference of structu re. The research shows that mineral content in coal and pore abundance are the most obvious impact of the gas storage capacity of coal reservoir. And then it affects on coalbed methane development. Select the representative coal samples of the coalbed methane development zone, and use optical microscope, scanning electron microscope to experimental measurement in order to research on the mineral基金项目：国家科技重大专项项目“煤层气富集规律研究及有利区块预测评价”（编号：2011ZX05033）和中国石油天然气股份重大科技专项“煤层气资源潜力研究与甜点区评价”content in coal and pore development situation. By the analysis of the image, characterization of different compo nents of coal and rock’s pore structure feature and degree of development supported the CBM exploration and development theory. At the same time, some research was worked on the relation between the specific surface area and the adsorption content.Key Words:scanning electron microscope, porosity character, specific surface area, adsorption characteristics1、前言与常规的砂岩和碳酸盐岩相比，煤岩储层既是煤层气的源岩，又是其储集层，并且煤岩层还是由孔隙和裂隙组成的双重介质。
1 兰氏曲线Langmuir吸附等温线物理意义：V L:煤岩的最大吸附能力(这时P→∞),简称兰氏体积.P L:吸附量V达到V L/2时所对应的压力值,简称兰氏压力.影响吸附等温线的形态参数,反映煤层气解吸的难易,值越低,脱附越容易,开发越有利.•V1:当前地层压力下的煤岩理论含气量. P1:储层压力,即当前煤储层压力.•V2:当前地层压力下的实际含气量. P2:临界解吸压力,甲烷开始解吸的压力点.•V i:排采过程中含气量. P i:排采过程中的储层压力.•V n:煤层残留含气量. P n:煤层气井的枯竭压力.Langmuir吸附等温线生产中的意义：V2/V1—含气饱和度. (V2-V n)/V2—理论最大采收率.(V2-V i)/V2—生产过程中动态采收率.根据临界解吸压力和储层压力可以了解煤层气的早期排采动态.•若煤层欠饱和(V2<V1),气体的解吸和流动受到抑制,煤储层压力P1须降低至临界解吸压力P2时才开始解吸.•当V2≥V1时,为过饱和状态,这时C点位于B点的正上方, 当煤层压力降到接近P1点时就有气体产出.随着枯竭压力P n的降低,最大采收率增加;因此排采过程中要尽可能的降低枯竭压力,以获得更高的采收率.但枯竭压力的确定要受到工艺技术和经济条件等因素的制约.另可通过注气增加储层能量,驱替置换煤层气来提高采收率.2 垂直压裂井排采排采系统1 井下设备：螺杆泵、梁式泵、电潜泵。
2 动力系统设备：发电机、控制柜3地面系统：排液系统：抽油机+井口油管出口+气水分离器+水计量表+排水管+ 排污池。
采气系统：抽油机+井口油、套环空出口+分气缸+气流量计+放喷管线+点火装置排采易导致的问题非连续性排采的影响:煤层气井的排采生产应连续进行, 使液面与地层压力持续平稳的下降。
如果因关井、卡泵、修井等造成排采终止, 给排采效果带来的影响表现在:1.地层压力回升, 使甲烷在煤层中被重新吸附；2.裂隙容易被水再次充填，阻碍气流；3.贾敏效应4.速敏效应排采强度的影响：煤层气排采需要平稳逐级降压, 抽排强度过大带来的影响有:（1）易引起煤层激动，使裂隙产生堵塞效应,降低渗透率(2) 影响泄流半径。
山西煤炭管理干部学院学报2010.1收稿日期：２００９－１１－０９作者简介：郗宝华（１９７７－），山西煤炭职业技术学院助教，硕士。
我国煤层气储层特点及主控地质因素郗宝华（山西煤炭职业技术学院，山西太原030031）摘要：通过对我国煤层气储层的分析，总结我国煤层气储层具有渗透率低、地应力分布不均、普遍欠压三大特点。
同时对控制煤层气储层特点的因素进行了分析，认为控制我国煤层气储层特点的主要地质因素是构造地质条件和煤的变质程度，其次是煤层埋藏埋藏深度和地下水活动性。
关键词：地质勘探；煤层气；储层；地质因素中图分类号：P624.7文献标识码：A文章编号：1008-8881（2010）01-0112-02煤层气的生成、保存及开采直接受到储层环境的影响。
如果在采煤之前不先抽采煤层中的煤层气，它将在采煤过程中逐渐排放到大气中，一方面造成资源的浪费，另一方面给环境带来了巨大的压力。
再者不合理的开采还会造成矿井灾害。
所以研究煤层气储层特点及主控因素，对寻找和开采煤层气资源都是十分重要的一项工作。
一、中国煤层气分布在地质发展史上，我国形成了以六大聚煤区为主的丰富的煤炭资源。
为煤层气的形成和储集创造了良好基本条件。
我国的煤层气资源及其丰富。
我国煤层气资源总量为３１．４６万亿ｍ３。
迄今为止最完整的煤炭资源勘探成果和煤层气含量的实测资料显示：我国煤层气埋深２０００ｍ以浅的煤层气资源量为１４．３４万亿ｍ３；埋深１５００ｍ以浅的煤层气资源量为９．２６万亿ｍ３；埋藏深度介于１５００－２０００ｍ的煤层气资源量为５．０８万亿ｍ３。
区域上煤层气资源的分布受含煤地区的制约，使我国煤层气资源表现出富集高产的特征。
在中国六大聚煤区中，煤层气资源量主要分布于华北、西北和华南区，分别占５８．１％、３１．７％和８．６％东北区仅占２％（表１）。
我国大部分的煤层气资源分布在西气东输管运沿线，有很大的开发利用前景。
二、我国煤层气储层的特点１、煤层渗透率低煤层渗透率是决定富集区糨层气能否以可采气流出的关键参数之一。
一、生气因素：1、有机质成分：越高生气性越好，有机质类型为腐植型的生气能力较强。
2、镜质组反射率：是反映煤化程度的一个指标，煤化程度越高，产生的煤层气越多。
但煤化程度达到一定程度（大于1.8%~3%）过成熟时，其生气能力会逐步下降。
3、厚度：厚度越大越好二、储（保）气影响因素（或形成气藏的影响因素）1、埋深：影响煤层气赋集的地质因素主要是埋藏深度。
煤化作用过程中产生的大量气体能否很好保存，与上覆有效地层厚度有关。
煤层上覆有效地层厚度增加，煤层的保存能力增强，气含量也随之增加。
到一定深度后，随着地压增大，地温也随之增高，煤的储集性能相对变差，煤层气沿煤层缓慢向上运移，含气量减少。
一般情况下，埋深大有利于储气，但超出一定深度后，受地应力等各种因素影响，游离气的量会大大减小，开发成本会增大。
2、断层：开放性（或连通性好的）断层，不利于储气；封闭性断层储气能力强。
逆断层、平推断层构造应力大，低渗，有利于储气，但不利于开发，正断层构造应力较小，高渗，利于开发；因此在选区时要从断层的多个方面评价。
3、构造：向斜埋深大，储层压力大，含气量往往较高。
背斜埋深较浅，储层压力较小，裂隙较发育，不利于储气。
4、上覆下伏地层的封盖性：对煤矿来讲就是煤层顶底板岩性，一般来说砂岩透气性好，不利于储气，泥岩的封盖性比较好。
5、水文地质：地下水活动频繁的地层渗透性较好，随着水的运移，煤层气也会产生运移，导致该区域含量较低。
三、影响开发效果的因素1、储层自身条件因素煤层对CH4的吸附性：吸附性强的煤层开发难度大。
渗透性：透气性越好越利于开发顶底板及煤层的可改造性：脆性矿物含量高利于压裂改造。
厚度：厚度越大，资源丰度越高。
地层压力：一般地应力大，储层渗透性会较低；同时，主应力方向影响压裂主裂缝的延展方向，因此对水平井布置方向及直井井网间距确定影响较大。
储层压力：一般储层压力大，储层渗透性会较好有效应力越大的储层，一般渗透性都较差（有效应力是地应力与储层压力的差值）水文条件：地下水频繁不利于气储存，在排采过程中也会加大排采开发难度地温：地温高有利于气体解吸2、开发过程中的生产工艺影响因素钻井：钻进工艺：欠平衡或平衡钻进钻井液：比重越大，对储层伤害越大，要求低固相，比重不大于1.03 固井：固井泥浆密度不大于1.6，满足固井质量要求情况下，降低固井注浆压力井身质量：狗腿弯会对油管造成磨损，造成频繁停排修井，易形成缝堵。
关于煤吸附特性的研究与讨论煤的主要特征之一是具有天然的裂隙率与孔隙率，其会对煤的储存性能与吸附容积造成较大影响。
通过实验表明：煤表面内的瓦斯气体吸附是属于物理吸附，实质是瓦斯气体分子与煤表面分子之间相互吸引的结果。
本文首先分析了煤吸附瓦斯的过程，其次，深入探讨了煤吸附能力的影响因素，具有一定的参考价值。
标签：煤；吸附特性；表面分子1 前言煤是一种典型的双重孔隙介质，兼有大孔系统与微孔系统特征。
大孔系统由天然裂隙网络组成，而微孔主要存在于煤基质部分。
煤炭通常包括端割理、面割理两大类的割理，或近似正交，或正交而垂直于煤层面。
煤的比表面积极大，主要原因在于：煤的微孔隙较为发育。
煤的主要特征之一是具有天然的裂隙率与孔隙率，其会对煤的储存性能与吸附容积造成较大影响。
通过实验表明：煤表面内的瓦斯气体吸附是属于物理吸附，实质是瓦斯气体分子与煤表面分子之间相互吸引的结果。
煤分子的吸引力通常由2个方面组成：一部分是煤空间处于非饱和状态；另外一方面，煤分子结构呈饱和状态，二者均会导致吸附力场出现在煤表面。
随着压力、温度等因素的变化，处于运动状态的气体分子会逐步将引力场克服掉而变为游离相。
本文就煤吸附特性进行研究与讨论。
2 煤吸附瓦斯的过程将瓦斯气注入到煤体中，实质上即为“渗流-扩散”过程；瓦斯气体分子由于不能在短时间内与全部的裂隙表面、孔隙表面进行接触，所以就会有瓦斯浓度梯度、瓦斯压力梯度出现在煤体中。
在浓度梯度的作用下，瓦斯气体分子扩散的模式在微孔系统、小孔系统中占据较大的优势；在压力梯度的作用下，瓦斯气体分子渗流的模式在孔隙系统、裂隙系统中占有较大的优势。
当瓦斯气体以系“渗流-扩散”的方式运移到煤体深部时，通常会与接触到的裂隙表面、煤体孔隙出现脱附、吸附反应，简而言之，就是“吸附-脱附”、“渗流-扩散”。
吸附瓦斯的过程主要包括7个环节：①渗流过程：煤吸附瓦斯的第一步即为渗流过程；瓦斯气体分子在瓦斯压力梯度的作用下会渗流到大孔系统中，进而还会有大量的瓦斯气体气膜出现在煤基质外表面；②外扩散过程：瓦斯气体分子会穿过气膜，向煤基质表面扩散；③内扩散過程：一旦煤基质微孔穴中有瓦斯气体分子进入，那么在很短的时间就会在煤基质内表面进行扩散；④吸附过程：瓦斯气体分子在通过了外扩散过程与内扩散过程之后就会迅速抵达煤基质内表面；⑤脱附过程：会有相当数量的瓦斯气体分子被脱附而离开煤基质的外表面与内孔表面，最终进入到瓦斯气膜层；⑥反扩散过程：进入瓦斯气体气膜内扩散到煤基质外表面，进入瓦斯气体气相主体的过程；⑦煤基质外表面反扩散过程：经脱附过程进入煤基质外表面瓦斯气体气膜扩散到瓦斯气体气相主体中的过程。
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。
压裂液对储层伤害及性能对比摘要:水力压裂是目前国内外煤岩储层增产的主要技术手段。
我国煤层气储量居世界第三,并且地下2000 m以内的浅煤层气资源量丰富[1],煤层气属于低压、低渗、低饱和及储层天然特殊性,开采难度相当大,在水力压裂过程中易受到伤害,文总结了压裂液对煤岩的多种伤害因素,并对比4种压裂液性能,认为清洁压裂液效果最好,最后针对压裂液存在的问题,提出相应的可行对策。
关键词:煤层气压裂液储层伤害伤害机理由于煤储层与常规储层相比,具有松软、吸附性强、压力低、渗透率低、孔隙度更小及天然裂缝系统发育。
目前,水力压裂是主要技术手段,压裂液的性能是影响压裂施工的关键因素之一,其中压裂液对煤储层的伤害是影响增产的重要原因。
因此,对压裂液的要求非常高,压裂液一直以来受到非常大的关注,研究压裂液对储层的伤害机理及伤害程度,不仅可以筛选出低伤害压裂液,而且可以提高压裂施工的效果。
1 压裂液对煤岩的伤害因素1.1 压裂液与储层不配伍压裂液与储层流体发生乳化造成的乳化堵塞。
用水基压裂液时,由于压裂液与储层流体互不相溶,形成了乳化液。
乳化液中的分散相在通过毛细管和空隙吼道时会产生贾敏损害。
压裂液与储层温度不配伍,对储层冷却造成的温度损害[2]。
1.2 压裂液堵塞渗流通道由于压裂液形成滤饼时,滤饼的形成不一定是沿着整个裂缝壁面,较砂岩地层而言,渗流通道堵塞所造成的渗透率损害,煤岩更为严重。
当煤层薄,孔隙度低而渗透率高时,压裂液在煤层裂缝中的侵入会更深,造成的潜在损害比预想的要严重很多。
煤岩储层渗流通道堵塞伤害基本可分为机械杂质堵塞伤害、煤粉堵塞伤害和胶液残渣堵塞伤害[2]。
1.3 压裂液固相侵入煤层极易受压裂液固相颗粒的污染,压裂液中存在不同粒径的固相颗粒,这些微粒会沿着煤储层的孔隙和割理进入煤层,会填充和堵塞煤层气的运移通道。
在低压煤层气中,这种固相颗粒的侵入并残留在孔隙之中而无法清除,进而造成永久性的损害[3]。
