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1、第一节第一节 煤储层含气量的组成煤储层含气量的组成第二节第二节 煤储层围岩物性及封盖能力煤储层围岩物性及封盖能力第三节第三节 控气地质因素控气地质因素第四节第四节 煤层含气性的预测方法煤层含气性的预测方法 第五章第五章 煤储层煤储层含气特征及控气地质因素含气特征及控气地质因素第一节第一节 煤储层含气量的组成煤储层含气量的组成一、美国矿业局（一、美国矿业局（USBM）的直接法）的直接法 1、逸散气量逸散气量 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。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量。逸散气的体积取决于钻孔揭露煤
2、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。含量。2 2、解吸气量、解吸气量 指煤样置于解吸罐中在正常大气压和储层温度下，自然脱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出的煤层气量。终止于一周内平均解吸气量小于10ml/d10ml/d或在一或在一周内每克样品的解吸量平均小于。周内每克样品的解吸量平均小于。CDTCA-1000型现场含气量测定仪型现场含气量测定仪FY-煤层含气量现场测试仪煤层含气量现场测试仪3 3、残留气量、残留气量 指充分解吸结束后残留
3、在煤样中的煤层气量。指充分解吸结束后残留在煤样中的煤层气量。二、中国的解吸法二、中国的解吸法1 1、损失气量（、损失气量（V1）2 2、现场、现场2h解吸量（解吸量（V2）3 3、真空加热脱气量（、真空加热脱气量（V3）4 4、粉碎脱气量（、粉碎脱气量（V4）二者的差异：解吸时间、温度、阶段二者的差异：解吸时间、温度、阶段三、相态含气量三、相态含气量 由由煤煤层层气气的的定定义义可可知知：煤煤层层气气含含量量由由游游离离气气、吸吸附附气、水溶气含量三部分组成。气、水溶气含量三部分组成。 我我国国前前期期煤煤层层气气含含量量测测定定（MT77-84）是是在在现现场场温温度度、压压力力条条件件下下
4、测测得得2h内内的的解解吸吸气气量量，再再由由解解吸吸气气量量推推算算损损失失气气量量。由由于于低低煤煤级级煤煤孔孔裂裂隙隙发发育育，取取心心过过程程在在地地层层温温度度条条件件下下快快速速解解吸吸，游游离离气气快快速速逸逸散散，到到地地面面由由于于温温度度降降低低，解解吸吸速速度度变变慢慢，有有的的甚甚至至没没有有解解吸吸气气，造造成成解解吸吸气气量量低低，尤尤其其是是初初始始几几个个点点解解吸吸气气量量低低，由由解解吸吸气气推推算算的的损损失失气气也也就就更更低低；由由于于低低煤煤级级煤煤中中含含水水量量较较高高，MT-77-84和和USBM均均不不测测煤煤层层中中的的水水溶溶气气，造造成
5、成低低煤煤级级煤含气量严重失真。煤含气量严重失真。 1 1、理想气体状态方程、理想气体状态方程2 2、马略特定律、马略特定律对对于于气气体体在在压压力力不不超超过过20MPa，温温度度不不低低于于20时时，游游离离气气含含量量通通常常按按理理想想气气体体状状态态方方程程式式进进行行计算，即：计算，即：实实际际上上气气体体分分子子之之间间存存在在着着作作用用力力，且且分分子子体体积积也也不不为为零零，按按理理想想气气体体状状态态方方程程式式进进行行计计算可能会带来较大误差，由马略特定律得：算可能会带来较大误差，由马略特定律得：（一）游离气含量数值模拟（一）游离气含量数值模拟P0 、V0、T0标准
6、状态下游离气压力、体积和绝对温度；标准状态下游离气压力、体积和绝对温度；V Vg g换算成标准状态后的游离气体积；换算成标准状态后的游离气体积； P 、V、T储层状态下游离气压力、游离气体积和绝对储层状态下游离气压力、游离气体积和绝对 温度温度；Z气体压缩因子（在给定温度、压力条件下，真实气体所气体压缩因子（在给定温度、压力条件下，真实气体所 占体积和相同条件下理想气体所占体积之比）。占体积和相同条件下理想气体所占体积之比）。 是压力和温度的函数，即是压力和温度的函数，即ZZ（P，T），可查表得到），可查表得到。3 3、原位储层状态的气体压力、原位储层状态的气体压力对于已建矿井，可由瓦斯压力梯
7、度来推测，即：对于已建矿井，可由瓦斯压力梯度来推测，即：p在埋深在埋深H处的瓦斯压力；处的瓦斯压力；p0在瓦斯风化带在瓦斯风化带H0深度处的瓦斯压力，深度处的瓦斯压力，一般取；一般取；H0瓦斯风化带深度；瓦斯风化带深度；H煤层埋深；煤层埋深；m瓦斯压力梯度，瓦斯压力梯度，MPa/m。对于勘探区，可用钻孔实测瓦斯压力对于勘探区，可用钻孔实测瓦斯压力4 4、原位储层状态的孔隙体积、原位储层状态的孔隙体积对原位水饱和煤样进行三轴力学实验，得出不对原位水饱和煤样进行三轴力学实验，得出不同埋深（应力条件）下的压缩体积同埋深（应力条件）下的压缩体积原位煤层的单位孔隙体积等于单位体积煤的压汞比原位煤层的单位
8、孔隙体积等于单位体积煤的压汞比孔容减去单位体积煤的累计体积应变（原位相应应力孔容减去单位体积煤的累计体积应变（原位相应应力条件下水饱和煤样的实验成果）。或者等于单位体积条件下水饱和煤样的实验成果）。或者等于单位体积煤的压汞比孔容减去压缩系数与围压乘积的累计和煤的压汞比孔容减去压缩系数与围压乘积的累计和（原位相应应力条件）（原位相应应力条件）。1、与压力的关系、与压力的关系煤煤的的吸吸附附气气含含量量随随压压力力增增加加而而增增大大，随随温温度度升升高高而而降降低低。且且低低压压阶阶段段（2MPa）随随压压力力增增加加而而呈呈线线性性增增大大，高高压压阶阶段段（8MPa后，压力增加而吸附气量几乎
9、不再增大。后，压力增加而吸附气量几乎不再增大。海拉尔盆地呼和湖海参海拉尔盆地呼和湖海参3井褐煤样等温吸附曲线井褐煤样等温吸附曲线（二）吸附气含量数值模拟2、与煤级的关系、与煤级的关系然而吸附气量随温度的增高而减少。从然而吸附气量随温度的增高而减少。从300C到到40C，温度每升高温度每升高10C，吸附量平均减少，吸附量平均减少3/g，从，从400C到到500C，温度每升高温度每升高10C，煤样吸附量平均减少，煤样吸附量平均减少3/g。3、与温度的关系、与温度的关系按此规律推测温度按此规律推测温度升高吸附气量的衰减梯升高吸附气量的衰减梯度（度（m3/t）为：）为：30400.18cm3/g405
10、00.09cm3/g50600.045cm3/g3/g3/g温温度度负负效效应应：等等于于每每一一埋埋深深区区间间的的温温度度差差与与相相应应温度区间吸附温度区间吸附衰减梯度衰减梯度和煤层含气饱和度之积，即：和煤层含气饱和度之积，即：QT吸附气量负效应，吸附气量负效应，m3/t；n不同温度区间的个数；不同温度区间的个数； T对应埋深区间的现代地温梯度，对应埋深区间的现代地温梯度，/hmH对应温度对应温度区间的埋藏深度，区间的埋藏深度，m；VTi对应温度对应温度区间的衰减梯度，区间的衰减梯度，m3/t ；S饱和度校正因子，饱和度校正因子，%。1、甲烷溶解度实验、甲烷溶解度实验1）矿化度相同的水样
11、甲烷溶解度随压力增加而增大；）矿化度相同的水样甲烷溶解度随压力增加而增大；2）当温度低于）当温度低于80时，甲烷溶解度随温度的升高而时，甲烷溶解度随温度的升高而降低。降低。（三）水溶气含量数值模拟（三）水溶气含量数值模拟2 2、煤层水甲烷溶解特性、煤层水甲烷溶解特性 1 1）煤层水中的有机质使甲烷的溶解度普遍偏高）煤层水中的有机质使甲烷的溶解度普遍偏高 2 2）温度、压力低时，矿化度影响十分明显）温度、压力低时，矿化度影响十分明显 沁水盆地煤层水甲烷溶解度（沁水盆地煤层水甲烷溶解度（m m3 3甲烷甲烷/m/m3 3水）水）温度温度/压力压力/MPa潘潘2井井3、9、15煤煤常村矿常村矿3煤煤
12、沁新矿沁新矿2煤煤黄丹沟黄丹沟矿矿9煤煤去离子去离子水溶液水溶液*煤样号煤样号12342051.1622.1111.9241.5821.027140223.8984.6503.9594.1342.967140364.5305.4185.0714.8043.945矿化度矿化度/mgL-1175683610864400*在100去离子水溶液中相同压力下溶解度的线性插值 3 3）水溶气数值模拟）水溶气数值模拟 由由煤煤田田地地质质勘勘探探测测温温孔孔求求地地层层温温度度，由由抽抽水水实实验验求求不不同同埋埋深深下下的的压压力力和和矿矿化化度度，建建立立不不同同埋埋深深条条件件下下，矿矿化化度度与与水
13、水溶溶甲甲烷烷的的关关系系图图，在在系系列列甲甲烷烷溶溶解解度度图图解解上上量量出出不不同同埋埋深深下下（对对应应的的温温度度、压压力力、矿矿化化度度）的的水溶甲熔含量。水溶甲熔含量。1、海拉尔盆地、海拉尔盆地恒温带深度约为恒温带深度约为40m左右，温度约为左右，温度约为15。煤类为褐煤，风氧化带深度为煤类为褐煤，风氧化带深度为500mMad一般值介于一般值介于1621%，煤层为含水层，煤层为含水层，Aad一般值介于一般值介于20.925.8%，煤田浅部施工的钻孔地下水矿化度介于煤田浅部施工的钻孔地下水矿化度介于100800mg/L，一般值为一般值为200500mg/L。在在5002000m水
14、水溶溶气气、游游离离气气随随煤煤层层埋埋深深的的增增加加而而增增大大；平平均均水水溶溶气气含含量量占占总总含含气气量量的的9.9%，游游离离气气占占14.6%，吸吸附气占附气占75.5%。（四）实例分析（四）实例分析第二节第二节 煤储层围岩物性及封盖能力煤储层围岩物性及封盖能力一、煤一、煤储层顶储层顶底板的岩石底板的岩石类类型型 煤层顶底板是封堵煤层气的第一道屏障，是煤储层围岩组煤层顶底板是封堵煤层气的第一道屏障，是煤储层围岩组合中最重要的岩层。其主要岩石类型有合中最重要的岩层。其主要岩石类型有碳酸盐岩、砂岩、泥岩、碳酸盐岩、砂岩、泥岩、油页岩及砂泥岩互层油页岩及砂泥岩互层组合。组合。 2图4
15、-5二、二、围围岩的封盖能力岩的封盖能力围围岩封盖能力与岩封盖能力与围围岩的岩性、岩的岩性、韧韧性、厚度、性、厚度、连续连续性及埋深有性及埋深有关。从岩性来关。从岩性来说说，由砂岩、碳酸，由砂岩、碳酸盐盐岩、砂泥岩互岩、砂泥岩互层组层组合、泥岩、合、泥岩、煤煤层层到油到油页页岩，其封盖能力依次增岩，其封盖能力依次增强强。三三、围围岩的封岩的封闭机理闭机理第三节第三节 控气地质因素控气地质因素1、煤化程度煤化程度不同煤类的产气量和吸附能力不同煤类的产气量和吸附能力煤类煤类生气量生气量m3/t吸附能力吸附能力m3/t褐煤褐煤3868VE显微组分及显微组分及充填情况充填情况3、沉积体系、沉积体系4、
16、构造样式及构造部位构造样式及构造部位5、埋藏深度与地温状态、埋藏深度与地温状态潞安屯留潞安屯留3号煤层实测瓦斯含量号煤层实测瓦斯含量（原煤）与埋深的关系（原煤）与埋深的关系 岩浆岩岩浆岩1 1）水力运移逸散控气作用；）水力运移逸散控气作用；2 2）水力封堵控气作用）水力封堵控气作用3 3）水力封闭控气作用；）水力封闭控气作用；FortUnion组煤层是区域含水层，东缘露头为补给区，向西部（深部）组煤层是区域含水层，东缘露头为补给区，向西部（深部）径流，盆地中心（煤层深部）形成承压水条件，具有超压含水层。径流，盆地中心（煤层深部）形成承压水条件，具有超压含水层。煤层气单井产量平均煤层气单井产量平均5660m3/d，最高，最高10万万m3/d，产水量，产水量30-150m3/d粉河盆地粉河盆地水力封堵控气作用水力封堵控气作用水力封闭控气作用水力封闭控气作用束缚水封闭型勇勇士士盆盆地地煤煤储储层层水水矿矿化化度度分分布布平平面面图图大宁潘庄樊庄大宁潘庄樊庄阳城北阳城北山西组含水层煤层有机煤层有机质质 生生 气气垂向盖层垂向盖层突破散失突破散失断层割理断层割理渗流散失渗流散失垂垂 向向扩散散失
