《煤层气基础知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤层气基础知识（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、煤层气基础知识从矿产资源的角度讲，煤层气是以甲烷为要紧成分含量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，能够利用开发技术将 其从煤层中采出并加以利用的专门规天然气。对煤层气而言，煤层既是气源岩，又是。煤层具有一系列专门的物理、化学 性质和专门的岩石力学性质，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，表现出鲜亮的 特点。表1.1 煤层气藏与常规天然气藏差不多特点的对比特点煤层气常规天然气气臧类型层状的沉积岩局部圈闭气源自生外源储基层岩性有机质高度富集的可燃有积岩，易受 入井液、水泥等的损害几乎是100%的无机
2、质岩石，不易受 损害双重间隙结构煤基质块中的孔隙是要紧的孔隙，占 总间隙体积德绝大部分；裂隙系统是 天然气裂隙，占总间隙体积的次要部 分，它们差不多上等间距分布，并使 煤具有不连续性要紧发育于石灰岩、白云岩，页岩 及致密砂岩中。天然裂隙包括节 理、裂隙、溶道、洞穴等将粒间 孔隙分割成一个个方块，裂隙是随 机分布的气体的贮存气体的绝大部分贝吸附在煤的内表面 上，孔隙空间中专门少或没有游离气气体以游离态贮集在岩石的孔隙空 间中流淌机理在基质中的流淌是由浓度梯度引起的 扩散，然后由于压力梯度的作用在裂 隙中引起渗滤流淌是由压力梯度引起的层流，并 服从达西定律；在近井地带可显现 紊流气产出机理解吸-扩
3、散-渗流在气体自身的压力梯度作用下流淌气井生产状况气产量随时刻而增加，直至达最大值， 然后大降。起初要紧产水，气水值随 时刻而增大气产量开始最大，然后随时刻而降 低。起初，专门少或者没有水产出， 但气水值随时刻而减少机械性能由于煤具有脆性和裂隙较发育，因而 是一种较弱的岩石，这使钻井的稳固 性较差，并阻碍水力压裂的成效。在 一定条件下，可米纳专门的洞穴完井 技术。杨氏模量在700MPa范畴内岩石较坚硬，通常钻井的稳固性不 成问题。杨氏模量在7000MPa范畴 内储层性质易被压缩，孔隙体积压缩系数在 0.01MPa-i范畴内，因而孔隙度、渗透 性对应力较敏锐，在生产期间有明显 的变化压缩性专门小
4、，孔隙体积压缩系数 在10-4MPa-1范畴内，孔隙度、渗透 性在生产期间的变化不明显资料来源：张新民 中国煤层气地质与资源评判 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。依照气体生成机 理的不同，能够将煤层气的成因类型分为生物成因和热成因两类。生物成因气要 紧形成于煤化作用的未成熟期，而热成因气要紧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要紧由甲烷组成，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。生物成因气又能够依照产生时期的不同分为原生生 物气和次生生物
5、气。1原生生物气原生生物气是在煤化作用早期R0vO.5%，在较低的温度下一样低于50 oC，在煤层埋藏较浅处v400m，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为要紧成分的生物生成气。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样为醋 酸发酵而成。生物气的形成应具备的要紧条件是：缺氧环境；低硫酸盐浓 度；低温；丰富的有机质；高PH值；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
6、谢煤层中差不多形成的湿气、甲烷和其它有机化合物，生成次生 物成因气要紧是CO2和CH4。次生物成因气的地球化学组成与原生生物成因 煤层气相似，要紧差别在于煤岩的热演化时期。在次生生物气的形成时期， R0 值范畴专门宽，一样为0.30%1.50%，且煤层一样被抬升到浅部。次生生物气 生成和储存的条件是:煤层埋藏并煤化到褐煤或较高煤级;区域隆起或抬升； 适宜的渗透性；盆地边缘有流水回灌到煤层中；有细菌运移到煤层中； 有高储层压力和圈闭条件。1.2.1.2. 热成因气随着煤变质程度不断加深，煤层由低阶向高阶演化，当煤化进入长焰煤时期R0vO.5%，就开始了热动气时期。随着煤化作用的不断加深，二氧化碳
7、和水 不断消耗，煤层动气量不断增加，一直到无烟煤II、III号时期即R0v6.OO% 为止。依照生成时期的不同，热成因气又可具体划分为热降解气和热裂解气。 1热降解气热降解动气时期要紧发生在煤化作用的长焰煤到瘦煤时期即R0为 0.5%1.9%。这一时期发生的化学反应要紧是在热力作用下25OoC，生成大 量烃类物质，同时以动气为主，生油为辅。气态烃组成仍旧以甲烷为主，同时重 烃含量也逐步增加。 2。热裂解气热裂解动气时期要紧发生在煤化作用的瘦煤到无烟煤初期时期即R01.9%。在高温条件下25OoC，残余的干酪根、液态烃和部分重烃发生裂解 动气。这一时期所生成的气体以甲烷为主，是重烃含气量较低的干
8、气。1.2.2. 煤层气组分及阻碍因素1.2.2.1. 煤层气组分煤层气一样均由ch4组成，还包括c2h6、c3h8、c4h10等及部分CO、co2、N2、H2、H2S等。依照Scott于1995年对美国1380口煤层气生产井气体成分的统计结果说明，煤层气的平均成分为：CH493%、CO23%、湿气3%、N21%。1.2.2.2. 煤层气组分阻碍因素尽管煤层气的要紧成分是甲烷，然而在不同盆地、不同煤级的储层、不同煤 层气井之间，煤层气的组成经常会显现较大的差异。这是因为煤层气的形成是长 期的煤化作用的结果，其形成时刻比较长，且形成环境复杂专门，其组分受到多 种因素的阻碍。煤层气成分的主控因素包
9、括：煤的显微组成；煤层气的成因 类型；煤层气自身的解吸一扩散一运移；储层压力；煤阶；水文地质条 件。1.3. 煤层气成藏1.3.1 煤层气成藏的含义 常规天然气藏的定义是建立在圈闭基础之上的。天然气藏是指天然气在单一 圈闭中的集合。单一的含义要紧指受单一要素操纵、在统一面积内具有统一 的压力系统、统一的油气、水边界戴金星等， 1996，是天然气在地壳中 集合的差不多单位。圈闭是地层空间中一个由等气概面或等油势面构成的三维 封闭的低气或油势空间戴金星等，1996。储层、盖层和遮挡条件指地层 褶曲、断层、岩性、水动力等这三要素共同组成圈闭，再加上气源的进入就形 成了天然气藏。煤层气以煤层为储基层，
10、气源由煤层自身生成，要紧以吸附态存在，它不像 常规油气藏那样遵循重力分异原理。常规气藏在运移、集合过程中，油、气、水 不断分异，不论何种圈闭、何种形状，一样都集合在位于储层相对较高处的由高 气概面封闭构成的低气概区内；而煤层气那么不必受由高气概面构成的三维封闭 的低气概而形成的圈闭的操纵，只要有较好的盖层条件，能够坚持相当的地层压 力，使煤层能吸附住一定的气体，不管在储层即煤层的构造高部位依旧 低部位，都能形成气藏。因此，煤层气藏的定义不建立在圈闭概念之上。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，并具有独立的构 造形状。它是在煤层热演化作用过程中形成的，
11、而在后期构造运动中未被完全破 坏，呈层状产出。煤层气藏是进行煤层气勘探和开发的差不多地质单元。1.3.2. 煤层气藏形成条件煤层气藏的形成条件包括储集和储存两个方面的条件。储集条件要紧受煤层 厚度和煤变质程度阻碍，而储存条件要紧受盖层和地质构造作用的阻碍。另外， 由于煤层的埋藏深度对气成分、储层压力、煤储层的渗透性有重要阻碍，因而也 是操纵煤层气藏的一个重要因素。1.3.2.1. 煤层厚度一定厚度的煤层，使煤层气藏形成的基础。煤层越厚对煤层气藏越有利。1.3.2.2. 煤变质程度煤层的动气量和储气能力都受煤变质程度的操纵，因此煤变质程度对煤层气 藏的形成具有重要作用。其表现要紧有两个方面：煤变
12、质程度太低，不利于煤层气藏的形成。关于褐煤，由于处于生物化 学动气时期，热解气立即开始生成，因此煤层的含气量不高。同时，由于褐煤煤 层透气性能良好，致使煤层气容易逸散。因此，褐煤专门难形成有价值的煤层气 藏。然而，当煤层埋藏较深，厚度专门大时，或者有良好的盖层时，褐煤也能够形成煤层气藏。煤变质程度太高，煤层已失去储气能力，不能形成煤层气藏。关于超高变质的超无烟煤，孔隙度专门低，储气能力十分有限，不能形成煤层气藏。1.3.2.3. 煤层埋藏深度煤层的埋藏深度是压力的要紧来源，随着埋藏深度的增加，压力不断增大， 煤层对甲烷的吸附能力也随之提高。具体表现为煤层含气量随着埋藏深度的增加 而有规律的增长
13、。此外，假如地质构造条件发生变化，使得煤层发生升降，就会 改变压力，从而阻碍煤层气藏的储存。1.3.2.4. 封盖条件关于煤层气藏，气体要紧以吸附态存在，气藏压力也比较低，因而它对盖 层的要求不如天然气藏那样严格。良好的封盖条件对煤层气藏的形成仍旧是一个 重要条件，它能将不同煤系地层分隔成各自独立的系统，使吸附在煤层中的烃类 气体以吸附状态较长时刻地储存在煤层中，减少溶解气和游离气的散失。1.3.2.5. 水文地质条件封闭的水动力系统和水动力受阻形成的高压是煤层气吸附和富集的有利条 件。假如封闭的水动力系统被打破，将破坏煤层的压力平稳，使得吸附气减少， 溶解气和游离气发生散失。1.3.3. 煤
14、层气藏类型目前，煤层气藏的类型划分尚未形成统一认识，本文采纳王红岩等提出的分类方法：表 1.2 常见煤层气藏类型、特点及实例类型特点实例水压单斜型煤层气藏位于大型沉积盆地的边缘、构造稳固、 断裂不发育，煤层分布稳固、范畴广泛， 煤层埋深2,000 m鄂尔多斯盆地、沁水盆地水压向斜型煤层气藏位于老的中小型含煤盆地内，煤层最大 埋深2,500 m,煤层分布广泛而稳固， 断裂和构造活动相对不发育圣胡安盆地美国、平 顶山向斜煤盆地气压向斜煤层气藏位于年轻的小型一中型沉积盆地上，煤 层埋臧在4,500 m以下、超压，构造相 对稳固、断裂相对不发育，煤层分布广 泛而稳固、低渗透、低产开平向斜断块型煤层气藏
15、位于中小型含煤盆地上,煤层埋藏浅，一 样2,000 m，断裂发育，构造活动强烈，两淮、渭北、豫西水文地质相对简单背斜型煤层气藏一样位于中小型含煤盆地内，构造断裂 中等，水文地质条件简单湖南白沙矿梅田井田地层一岩性型煤层气 藏位于中一小型含煤盆地中，以陆相含煤 盆地最为发育，煤层分布范畴小，不稳 固，煤层埋藏深度2,000 m准格尔、吐哈岩体刺窜型煤层气藏位于有岩浆侵入的各种类型煤盆地中， 构造中等一复杂，断裂发育东北的铁法煤田复合类型富集区存在与各种类型的煤盆地资料来源：王红岩等.煤层气富集成藏规律.20051.4. 煤层气的开发和利用1.4.1. 煤层气开发1.4.1.1. 煤层气开发方式最常见的煤层气开发方式要紧有两种，即：井下瓦斯抽放和地面钻井开采。 1井下抽放煤层气井下抽放煤层气是从煤矿井下采掘巷道中打钻孔，在地面通过煤层气泵来抽 取煤层中的煤层气。这种开发方式的煤层气产量较小，甲烷浓度不高 20%50%，而且容易受到煤矿采掘生产的阻碍，因此它多以煤矿安全生产为 目的，煤层气的利用率较低。1952 年
