煤层气.docx

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煤层气

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CO2经断层等通道侵人到含煤地层之中；

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。

烃类气体以CH4为主，但含较多的重烃，至肥、焦煤时重烃可占10~20%，该阶段是主要的生油阶段，如果煤中壳质组含量多，则油和湿气含量也多。

③瘦煤至无烟煤阶段：

烃类气体占70%，其中CH4占绝对优势（97~99%），几乎没有重烃。

9.煤层气的鉴别标志

1）相同成熟度煤层气的甲烷同位素比油型气偏重。

2）煤层气比油型气的甲烷同系物的同位素重

3）煤化作用早、中（Ro,max=0.5~1.3%）以成气作用为主，成油作用为辅的是煤层气。

4）煤成油具明显的姥鲛烷优势，姥鲛烷/植烷（Pr/Ph）=0.68~11.6，其中绝大多数大于2.1，而Ⅰ、Ⅱ型干酪根生成原油的Pr/Ph=1.43，煤层气为姥植均势。

5）煤层气的汞含量比油型气高，煤型气含汞80mg/m³，油型气7mg/m³。

第三章

10.煤储层系有孔隙、裂隙组成的双重结构系统；

煤储层系由宏观裂隙、显微裂隙和孔隙组成的三元孔。

裂隙介质，孔隙是煤层气的主要储集场所，宏观裂隙是煤层气运移的通道，而显微裂隙则是沟通孔隙与裂隙的桥梁。

煤储层中的裂隙在国外煤层气工业中常被称为割理。

割理是煤中的天然裂隙，在整个煤层中连续分布的割理称为面割理。

中止于面割理或与面割理交叉的不连续割理称为端割理

11.煤孔隙类型和成因（见书39页）

原生孔

胞腔孔

屑间孔

变质孔

链间孔

气孔

外生孔

角砾孔

碎粒孔

磨檫孔

矿物质孔

铸模孔

溶蚀孔

晶间孔

12.①大孔,＞50nm②过渡孔2-50nm③微孔<2nm（IUPAC分类）

第四章

13.煤储层压力，是指作用于煤孔隙—裂隙空间上的流体压力，故又称为孔隙流体压力。

14.储层压力梯度--系指单位垂深内的储层压力增量，常用井底压力除以地表到测试井段中点深度得出，用kpa/m或Mpa/100m表示。

15.压力系数--为实测地层压力与同深度静水柱压力之比。

16.理论含气量：

实测含气量：

理论饱和度：

是实测含气量与朗氏体积之比值，即：

S理=V实/VL

实测饱和度：

是实测含气量与实测储层压力投影到吸附等温线上所对应的理论含气量的比值，有：

S实=V实/VV=VLP/（P+PL）

式中，S实—实测饱和度，%；P—实测储层压力，MPa；V—实测储层压力投影到吸附等温线上所对应的理论含气量，m3/t。

临界解吸压力：

临界解吸压力系指在等温曲线上煤样实测含气量所对应的压力Pcd=V实PL/（VL--V实）Pcd—临界解吸压力，MPa

*17.多相介质的吸附特征：

多相介质吸附指煤不但吸附气相（CH4、CO2、N2等），还吸附液相（如油、水）。

油、水为极性分子，极性键的存在使油或水分子与煤孔隙内表面或煤大分子结构缺陷及它们本身之间的结合力更强，结合也更紧密。

与CH4、CO2、N2等相比，油、水分子优先吸附于煤中，从而占据了部分能吸附气体的位置，使煤吸附气体的能力变弱。

①煤对水和单组分气体CH4的吸附

水分对煤吸附气相组分起抑制作用，水分的存在降低了煤对甲烷的吸附量。

只有在未达到临界含水量（相当于平衡水分）时，水分增加甲烷吸附量才会降低，超过临界水分含量时，增加的水分不再对气体吸附产生影响。

②平衡水条件下煤对CH4的吸附特征

在平衡水和30℃条件下的高压吸附实验表明，朗格缪尔体积（VL）与镜质组最大反射率Ro,max的关系在Ro,max＝4.5％左右出现拐点，即当Ro,max＜4.5％，朗格缪尔体积随Ro,max的增加而增大；当Ro,max＞4.5％，随Ro,max的增加而减少。

以上关系揭示出煤化作用机理对煤的吸附能力起着重要的控制作用。

低煤化烟煤分子排列不规则，结构松散，单位内表面上的碳原子密度小，且含氧官能团多，吸附的水分多，对气体的吸附势低，因而煤岩体单位内表面吸附气体的能力弱，朗格缪尔体积总体偏低。

低煤化烟煤中孔隙以大孔为主，随着煤级的增加，煤中大孔隙减少，微孔隙增加，比表面积增大，煤的吸附性增强。

在Ro,max＝4.0％附近，煤的物理和化学性质发生了显著跃变。

18.影响煤层气的吸附性的地质因素：

煤储层压力受构造演化、生气阶段、水文地质条件（水位、矿化度、温度）、埋深、含气量、大地构造位置、地应力等因素影响。

19.朗缪尔理论：

朗缪尔模型是根据汽化和凝聚动力学平衡原理建立的，基于单分子层吸附理论得出，基本假设如下：

①固体表面之所以具有吸附能力，是因为其表面原子力场没有饱和、有剩余力存在，当气体分子碰撞到固体空白表面上时其中一部分就被吸附并放出热量。

固体表面排满一层分子后，力场达到饱和，吸附是单分子层的。

②固体表面是均匀的，各处吸附能力相同，吸附热是个常数。

③已被吸附分子，当其热运动的动能足以克服吸附剂引力场位垒时，又重新回到气相。

再回到气相的机会不回受邻近其他吸附分子影响。

④吸附平衡时动态平衡。

20.计算题书P75步骤P65

21.影响煤的吸附性因素有压力、温度、埋深、煤岩组分、煤级、煤储层含水性、煤的物理结构和吸附质类型等。

第五章

22.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。

解吸气量：

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。

残余气量：

充分解吸结束后残留在煤样中的气量。

*23.usb直接法和史威法确定逸散气量的原理和方法

①直接法计算逸散气的理论依据是：

煤体内的空隙是球形的且孔径的分布是单峰的，气体在孔隙中的扩散是等温的且服从菲克第一定律，所有孔隙中气体的初始浓度相同，球体的边界处浓度为零。

解吸最初几个小时释放出的气体与解吸时间的平方根成正比，总的解吸量可由下式表示：

式中：

V总—总解吸量，mL；

V1—逸散气量，mL；

a—系数；

t—解吸罐解吸时间，min；

t0—逸散时间，min。

令

则上式写为

②史威法使用钻井岩屑测定煤层含气量。

在井口收集钻屑装入解吸罐中，解吸方法与直接法相同。

通过求解扩散方程将其分解成两个无因次时间形式：

式中STR—地面时间比，无因次；

LTR—损失时间比，无因次；

t25%—实测被解吸出全部气体体积（STD）的25%所需的时间。

由两个无因次时间比查表或读图得到校正因子（图5-2），用校正因子（VCF乘以实测解吸气量即得到总解吸气量。

总含气量减解吸气量得逸散气量。

逸散气量与总含气量的比值小于50%时，史威法所测值是准确的，即校正因子最大值是2

*24.原位状态下煤层含气量如何确定（见书P91）

*25.试述煤层气构造类型控气作用（图形）（见书P100）

26.试述采动影响区如何确定煤层气含气量（见书p110）

27.控气地质因素？

制作用如何？

：

煤阶控气，构造类型控气，沉积作用控气，煤层厚度控气，水文地质控气（蓝色部分）

第六章

28.渗透性：

即多孔介质允许流体通过的能力。

29.绝对渗透率：

若孔隙中只存在一相流体，且流体与介质不发生任何物理化学作用，则多孔介质允许流体通过的能力称为绝对渗透率。

式中K0——克氏渗透率；

Pm——平均压力（实验煤样进口压力与出口压力的平均值）；

Kg——每一个测点的气测渗透率；

b——与气体性质、孔隙结构有关的常数。

30.：

单相渗透率系指单相流体通过煤岩体孔、裂隙时的渗透率。

通过测量煤岩样在一定压差下的流体流量，然后由达西定律计算出气和水等单相渗透率。

气和水的单相渗透率计算如下：

式中，Kg——气测渗透率，10−3μm2；

p0——大气压，MPa；

qg——大气压下气流量，cm3／s；

μg——在测定温度下CH4的粘度，mPa·s；

L——煤样长度，cm；

A——煤样横断面面积，cm2；

p1——进口压力，MPa；

Kw——水单相渗透率，10−3μm2；

Qw——大气压下水流量，cm3／s；

μw——在测定温度下水的粘度，mPa·s。

31.若孔隙中存在多相流体，则多孔介质允许每一相流体通过的能力称为每相流体的相渗透率，也称为有效渗透率。

32.有效（相）渗透率与绝对渗透率的比值称为相对渗透率。

煤储层相对渗透率通常采用单相有效渗透率同气相（甲烷或氦气）克氏渗透率或绝对渗透率的比值。

即：

式中Krw、Krg——水、气相对渗透率；

Kwe、Kge——水、气有效渗透率；

K0——气相克氏渗透率。

33.面排水降压开发煤层气过程中，随着水、气的排出，一方面煤储层内流体压力降低，有效应力增大，渗透率降低（简称为渗透率负效应）；另一方面煤基质收缩，渗透率增大（简称为渗透率正效应）。

*34分析说明煤储层渗透率的有效应力效应，基质收缩效应和气体滑脱效应

有效应力（垂直于裂隙方向的总应力减去裂隙内流体压力与有效应力系数的乘积）是裂隙宽度变化的主控因素。

有效应力增加会使裂隙闭合，使煤的绝对渗透率下降。

渗透率越低，相对变化越大，有的减少2~3个数量级。

C.R.Mckee（1988）等人给出了煤储层渗透率与有效应力的关系，即：

式中Ke——一定应力条件下的绝对渗透率；

K0——无应力条件下的绝对渗透率；

C——煤的孔、裂隙压缩系数；

Δσ——从初始到某一应力状态下的有效应力变化值。

2、煤基质收缩效应

气体吸附或解吸导致煤基质膨胀或收缩。

煤层气开发过程中，储层压力降至临界解吸压力以下时，煤层气开始解吸，煤基质出现收缩。

由于煤储层侧向上受到围限，煤基质的收缩不可能引起煤储层的整体水平应变，只能沿裂隙发生局部侧向应变，使煤储层原有裂隙张开，裂隙宽度增大，渗透率增高。

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