煤层气地质学内容

第十二章煤地质学在煤层气资源评价中的应用

第一节煤层气地质概述

煤层气又称煤层甲烷、煤矿瓦斯，是在煤化作用过程中形成的、赋存在煤层及其围岩中的以甲烷为主要成分的混和气体。煤层气在煤储层中以吸着态、游离态和溶解态三种形式赋存，吸着态（sorption）包括吸附态（adsorption）、吸收态（absorption）和凝聚态（agglomeration）三种方式。其中，地层条件下，以吸附态方式赋存的煤层气占80~90%以上。

在地下采煤过程中，煤层气长期被视为有害气体，上世纪70年代末以来，由于能源危机的出现，美国等国家从能源的高度，对煤层气资源的开采实施了一系列优惠政策，从而推动了煤层气的研究和开发试验，并于上世纪80年代初取得重大突破，成为第一个进行大规模商业性生产煤层气的国家，也带动了煤层气研究的全球性热潮。

从灾害角度转向资源角度来认识煤层气，并进行相关的研究和勘探开发、利用，是当今能源开发史上的一大重要事件，将对一个国家的能源结构构成具有重大的理论和实践意义。我国是世界上煤层气较为丰富的国家，同时也是煤矿瓦斯灾害最为严重的国家。因此，进行煤层气地质研究，分析煤层气的成因、含气性、储层物性特征、成藏模式以及资源评价，进而促进煤层气资源的勘探开发和利用，对于缓解我国能源危机、加强国家能源安全，降低煤矿瓦斯灾害事故，保护人民生命财产安全和社会稳定，改善我国大气环境，促进环保事业发展都具有重要的意义。

第二节煤储层含气性

含气性是是煤层气资源评价的首要基础，指地层条件下，储层中煤层气含量大小、质量的参数。含气性因素由若干要素组成，如含气量、资源量、资源丰度、含气梯度、气体组成

等。其中，含气量、甲烷浓度、资源丰度和含气饱和度是其四个基本要素。

含气量制定煤层气勘探计划，进行煤层气资源量计算和评价不可缺少的参数，一般用储层条件下的单位质量的煤中煤层气的体积大小来表示（换算为标准状态下的体积），单位是cm3/t或m3/t。基于不同的表达基准，含气量对应着不同的值。下文将对其进行详细描述。

甲烷浓度表示储层条件下甲烷气体占总的煤层气体的百分比。它是评价煤层气质量的重要依据，单位是%。

资源丰度是煤层气含量和煤层厚度综合结果的反映，其高低直接影响煤层气勘探开发的成功与否。是指单位面积的气田中煤层气的资源量大小。单位一般为m3/km2。

含气饱和度是指煤储层在原位温度、压力、水分含量等储层条件下，煤层含气总量与总容气能力的比值。在实际操作中，人们往往用吸附气饱和度来近似表示煤储层含气饱和度。其单位是%。

一、含气量

如何准确地确定含气量和查明含气量控制因素，已成为人们关注的焦点。但截至目前，还没有一个关于煤层含气量测试的国际标准，不同国家或出于不同的研究目的，采用不同的测试标准。其中，大多数人所接受的是美国矿业局（USBM）的直接法。目前在我国瓦斯地质和煤层气地质领域普遍采用的是在此基础上作了大量修改，由抚顺分院等单位制定的“煤层瓦斯含量和成分测定方法”（MT-77-84、MT-77-94）。

1、含气量的表达基准（苏现波，59~60）

2、含气量的构成（苏现波，54~55）

基于不同的含气量测试方法，其构成有所差异。

1）阶段含气量

（1）USBM直接法

USBM直接法测定时，煤储层含气量由测试过程中的三个阶段的实测气量构成，即逸散气量、解吸气量和残余气量。

逸散气量：指从钻头钻遇煤层到煤样放入解吸罐这一过程中解吸出的气量。这部分气体无法直接测得，通常依据前两小时的解吸数据来推测。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，如碎裂煤、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：指在正常大气压和储层温度下，煤样置于解吸罐后，自然脱出的气量。这一过程以解吸速度在一周内平均每天小于10cm3或在一周内每克煤样的解吸量平均小于0.05 cm3为止。这部分气体是由实验室直接测得的。

残余气量：指煤样充分解吸后仍残留在煤中的气量。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。残余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。根据Diamond对美国1500个煤样的统计，残留气体积在低煤级煤中可占总含气量的40%-50%，而中高变质烟煤的残留气仅占总含气量的10%以下。我国晋城无烟煤中残留气量介于1.82%~10.15%之间，平均为6.0%。在煤层气开发中要特别注意残留气的含量，因为这部分气体是目前经济技术条件下难以回收的。

2、MT-77-84解吸法

我国MT-77-84测定的煤层含气量由四部分组成，包括损失气量（V1）、现场2h解吸量（V2）、真空加热脱气量（V3）以及粉碎脱气量（V4）。

国内、外解吸气中逸散气量（损失气量）所指部分是相同的，但国内2h解吸气量只是美国解吸气量的一部分，且不是在储层温度下进行的，尽管气体体积校正到标准状态，但不同温度条件下，煤层气的解吸速度不同。因此，由2h解吸气量推算的逸散气量（损失气量）也存在差别。解吸温度低时，逸散气量（损失气量）偏少；解吸温度高时，逸散气量（损失气量）偏大。

在现场把出井的煤心或煤屑立即装罐密封，以样品罐密封起计时测量。解吸气量的测定及求取过程中需要进行精确的时间记录。包括：开始钻遇煤层时间（t0）、开始取芯时间（t1）、开始起钻时间（t2）、煤芯提至井深一半时间（t3）、煤芯提出井口时间（t4）、完成煤心封罐时间（t5）、开始解吸时间（t6）。

USBM法测试要求解吸开始按每小时计量4~5次，压力不超过28~34KPa，含气量高的样品计量要求加密，几天过后气量已经很小，气压发生波动，要防止发生倒吸现象，当解吸速率降为一周内平均每天低于10ml时，停止现场解吸。国内煤层瓦斯解吸仪进行解吸测定时要求煤芯提出井口时间(t4)与完成煤芯封罐时间(t5)间隔小于15min，密封时间与解吸时间间隔小于2min，现场解吸2小时后，停止解吸。

在美国应用USBM法测定含气量时一般不测定残余气量，因为解吸周期长，残余气体难以解吸，对采收率几乎没有影响。国内进行现场2h解后，必须测定残余气量。将经过解吸测定的煤样，在密封状态下尽快送到试验室进行加热脱气，加热脱气后将煤样粉碎，再进行一次脱气（简称粉碎脱气）。即要经过以下两个步骤：

加热脱气：开罐之前抽真空，加热至95oC，一直进行到每半小时内脱出气量小于10ml 为止（一般持续5h左右）。

粉碎脱气：煤样密封在球磨罐中到球磨机上粉碎4~5h，使煤样粒度磨到0.25mm以下，然后再进行抽真空、加热脱气5h左右。

3、含气量的控制因素

现今煤层中保存的气体，是长期的煤化过程中，气体生成、逸散后保存于煤层及其周

边围岩中的那部分气体。因此，其含量大小不仅与成煤环境、生烃史有关，更受后期的构

造运动、水文条件以及围岩的封闭性有关。

1）成煤演化的地质历史

成煤有机物沉积以后直到现今经历了漫长的地质年代。其间地层多次下降或上升，覆盖层加厚或受剥蚀，陆相与海相交替变化，遭受地质构造运动破坏等，这些地质过程的不同使煤层气流失排放的过程也不同，对现今的煤层煤层气含量有巨大影响。从沉积环境看，海陆交替相含煤系，往往岩性与岩相在横向上比较稳定，沉积物粒度细，煤系地层的透气性差，这种煤层的煤层气含量可能很高；陆相沉积与此相反，煤层煤层气含量一般较低。

2）成煤条件和煤化程度

成煤的原始物质为植物。高等植物在成煤过程中形成腐殖质，进而成为腐植煤。腐殖

质的成分以芳香族化合物为主，脂类化合物较少，其元素特征是贫氢富贸。腐殖质产生的

甲烷量较多，可达气体成分的90一95％。低等植物在成煤过程中形成腐泥质，进而成为

腐泥煤。腐泥质中脂类化合物相当丰富，元素组成特征是氢高氧低，产生的甲烷量相对较少，一般为形成的气体成分的47—70%。

左右。成煤的条件不同，生成的煤层气量也不同，成煤条件好、含有机质越多、含

杂质越少，煤层气的生成量就越大，含量就越高。如前文所述，煤化程度越低，成煤过程

中生成的煤层气就越少，煤层气含量就少；反之，煤化程度越高，成煤过程中生成的煤层

气就越多，煤层气含量就大。但由于成煤后或成煤期间，由于长期的地质时期发生的复杂

地质变化，成煤过程中产生的煤层气气体大量逸散，使得仅有少量的煤层气保存在现有煤

层中。

国内外大量测定结果表明，煤层原始煤层气含量大多不超过20~30m3/t，仅为成煤

过程生成煤层气量的1/5一1/10或更少。

3）煤层的埋藏深度

煤层的埋藏深度增加不仅加大了地应力，使煤层与岩层的透气性变差，而且加大了煤层气向地表运移的距离，有利于煤层气的储存。在不受地质构造影响的区域，当深度不大时，煤层的煤层气含量随深度呈线性增加，如焦作煤田，在煤层气风化带以下煤层气含量与深度的统计关系式：X＝6.58＋0.038H（X为煤层气含量，衬/t；H为埋深，m）；当深度很大时煤层气含量趋于常量。

4）煤层与围岩的透气性

煤层与围岩的透气性对煤层煤层气含量有很大影响，其围岩的透气性越大、煤层煤层气越易流失、煤层气含量小；反之，煤层气易于保存，煤层煤层气含量大。通常泥岩、页岩、砂页岩、粉砂岩和致密的灰岩等透气性差，易于形成高煤层气压力，煤层气含量大；若地层中岩石以中砂岩、粗砂岩、砾岩和裂隙或溶洞发育的灰岩为主时，其透气性好，煤层煤层气含量小。

5）煤层倾角和露头

煤层倾角大时，煤层气可沿着一些透气性好的地层向上运移和排放，煤层气含量低；反之，煤层倾角小时，一些透气性差的地层就起到了封存煤层气的作用，使煤层煤层气含量升高。煤层露头是煤层气向地面排放的出口，露头存在时间越长，煤层气排放越多；反之，地表无露头时，煤层气含量较高。

6）地质构造

地质构造是影响煤层气储存的重要条件。煤系地层为沉积地层，各种岩石的透气性有很大差别，在地层与地质构造的共同作用下，可能形成封闭型地质构造或开放型地质构造。封闭型地质构造有利于煤层气储存，开放型地质构造有利于煤层气排放。

闭合而完整的背斜或弯窿又覆盖有不透气的地层是良好的储存煤层气构造，其轴部煤层内往往积存高压煤层气，形成“气顶”。在倾伏背斜的轴部，煤层气浓度通常也高于翼部。但是当背斜轴顶部因张力形成连通地表的裂隙时，煤层气易于流失，轴部煤层气含量反而低于翼部。向斜构造存在两种情况：一种情况下，因轴部受到强力挤压，透气性差，使轴部的煤层气含量高于翼部；另一种情况下，由于向斜轴部煤层气补给区域缩小，当轴部裂隙发育，透气性好时，有利于煤层气流失，开采至向斜轴部时，相对煤层气涌出量反而减少。

受构造影响形成局部变厚的大煤包时，也会出现煤层气含量增高的现象。这是因为煤包在构造应力作用下，周围煤层被压薄，上下透气性差的岩层形成对大煤包的封闭条件。

断层对煤层气含量的影响，一方面要看断层的封闭性，另一方面要看与煤层接触的对盘岩层的透气性。开放性断层（张性、张扭性、导水性）不论是否与地表直接相通，都会引起附近煤层煤层气含量的降低；封闭性断层（压性、压扭性、不导水性）与煤层接触的对盘岩层透气性差时，可以阻止煤层气的排放，可能形成高煤层气区域。

7）煤的吸附特性

煤是天然的吸附体，其煤化程度越高，存储煤层气的能力越强，在其他条件相同时，煤的变质程度越高，煤层煤层气含量就越大。在同一煤田，煤吸附煤层气的能力随着变质程度

河南理工大学煤层气地质学

《煤层气地质学》 煤层气成因 1.煤层气成因： （一）生物成因气： 生物成因煤层气是指在微生物作用下，有机质（泥炭、煤等）部分转化为煤层气的过程。按形成阶段可划分为原始生物成因气和次生生物成因气。 （二）热成因气： 在温度、压力作用下发生一系列物理、化学变化的同时，也生成大量的气态和液态物质。演化过程中形成的烃类以甲烷为主。1.原生热成因气2.次生热成因气。 （三）混合成因气： （1）原地混合，即原地形成的热成因气和原地形成的次生生物气相混合，不发生运移，一般出现在浅部。 （2）异地混合气，热成因气和次生生物气发生了运移，在地下水滞留区聚集、混合。 （四）无机成因气 2.煤层气成因判别： （一）有机成因气的判别-Whiticar图示法。二）无机成因气的判别： 有烃类气体的成分、烷烃碳同位素系列、与烃类气体伴生的非烃类气体、稀有气体的含量与同位素，以及地质背景综合分析 煤层气的地球化学特征： 同位素分布，镜质组反射率。 第2xx煤层气储层xx、裂隙特征

1.煤中孔隙的研究方法： (1)形貌观测： 光学显微镜、电子显微镜下（TEM和SEM）和原子力显微镜下。2）压汞法研究孔隙结构： 是测定部分中孔和大孔xx分布的方法。 （3）低温氮吸附法： 氮吸附法就是将定量的煤样置于液氮温度下的氮气流中，待煤样吸附的氮气达到平衡后，测定其吸附量，计算出煤样的比表面积。 2.割理（内生裂隙）和外生裂隙的区别 割理的力学性质以xx为主 外生裂隙可以是张性、剪性及xx等。 割理在纵向上或横向上都不穿过不同的煤岩类型或界线，一般发育在镜煤和亮煤条带中，遇暗煤条带或丝质终止。 外生裂隙不受煤岩类型的限制。 割理面垂直或近似垂直于层理面。 外生裂隙面可以与层理面以任何角度相交。 割理面上无擦痕，一般比较平整。 裂隙面上有擦痕、阶步、反阶步。 割理中充填方解石、褐铁矿及粘土，极少有碎煤粒。外生裂隙中除了方解石、褐铁矿、粘土外，还有碎煤粒。 割理 外生裂隙

《煤层气地质学》实验指导书

《煤层气地质学》实验指导书 课程建设组 资源与地球科学学院 2006年10月

目录 实验一煤层宏观特征的识别 (1) 实验二压汞实验 (3) 实验三等温吸附实验 (5) 实验四煤层气解吸实验 (9)

实验一煤层宏观特征的识别 一、实验目的 掌握腐殖煤中、低变质程度烟煤的宏观物理特征；掌握腐殖煤硬煤的四种宏观煤岩成分和四种宏观煤岩类型的特征和鉴别方法；掌握腐殖煤硬煤光泽岩石类型的划分标志及鉴别方法；了解硬煤宏观结构、构造特点。 二、实验内容 （一）腐殖煤硬煤宏观煤岩成分 腐殖煤硬煤的四种煤的岩石类型(Lithotype)也可以叫做煤的拼分(ingredints)，在国内习惯上称为宏观煤岩成分，是用肉眼可以区分出来的煤岩条带，是组成煤的基本单位，包括镜煤(vitrain)、丝炭(fusain)、亮煤(clarain)和暗煤(durain)，Stopes对四种宏观煤岩成分的原始描述如下： 镜煤：粘着、光滑和均一的整体，具光泽，甚至可以是呈玻璃状的物质。 亮煤：在与层理面垂直的断面上，具有一定轮廓的平滑表面，这些表面具有明显的光泽或闪亮可以辨认出是呈原生条带状。 暗煤：坚硬致密，肉眼下表现为颗粒状结构，无真正平滑的断口，总是呈现为暗淡无光泽的凹凸不平的表面。 丝炭：主要呈碎片或楔形物产出，由易破碎成粉末、易剥离且有纤维状的束缕状物组成。 除上述四种成分外，曾有人提出过暗亮煤(duroclarain)和亮暗煤(clarodurain)的术语(如Cady，1942)，用以描述介于亮煤和暗煤之间的煤岩类型，前者接近与亮煤，后者接近与暗煤。 划分煤岩成分时应注意下列事项： 1只有条带厚度大于3～5mm时，才能单独构成一个煤岩成分，小于这个厚度则应与相邻的条带归为一个煤岩成分。 2肉眼条件下划分煤岩成分与显微镜下所鉴定的显微煤岩类型之间具有一定的联系，但没有完全必然的联系，一般说来，单元组分的煤岩成分（镜煤和丝炭）可以对应与相应的显微煤岩类型（微镜煤和微惰煤），但复组分的煤岩成分（亮煤和暗煤）却往往由一个以上的不同的显微煤岩类型构成。 （二）腐殖型硬煤光泽岩石类型 在实际工作中，采用Stopes-Heerlen系统中的四种煤岩成分来作宏观描述时，由于Stopes四种煤岩成分的单层往往太薄，通常只有几个毫米厚，那么严格用Stopes术语所做的描述会极为详细，对煤层，特别是厚煤层进行宏观描述时不大可能划分得如此详细。鉴于上述原因，在实际工作中就产生了更大级别的宏观划分方法。苏联煤岩工作者按“平均光泽”划分出光亮型煤、半亮型煤、半暗型煤和暗淡型煤四种类型，叫做“煤的光泽岩石类型”或“宏观煤岩类型”，该宏观描述术语系统在国内至今仍在广泛使用（表1-1）。

煤层气地质学期末复习题

一、名词解释 1煤层气:在成煤作用过程中形成的，以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的、以甲烷为主的混合气体。 2生物成因气:是指在微生物作用下，有机质发生降解生成的煤层气，可分为原生生物成因气和次生生物成因气。 3解吸气:在正常大气压和储层温度下，将煤样放入样品罐后，解吸释放出的气体。 4残余气:煤样经充分解吸后仍残留在微孔隙中的气体。 5煤层气藏:受相似地质因素控制，以吸附煤层气状态为主，有一定煤层气资源规模，具有相对独立流体系统的煤岩体。 6煤层气地质储量：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。 7煤层气资源:以地下煤层为储集层且具有经济意义的煤层气富集体。 8煤层气资源量:根据一定的地质和工程依据估算的赋存于煤层中，当前可开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气数量。 9煤层气资源勘查:在充分分析地质资料的基础上，利用地震、遥感、钻井以及生产试验等手段，调查地下煤层气资源赋存条件和赋存数量的评价研究和工程实施过程。 10割理:煤中天然存在的裂隙，一般呈相互垂直的两组出现，与煤层层面垂直或高角度相交。 11储层渗透性:在一定压力差下，储层允许流体通过其连通孔隙的性质。 12有效(相)渗透率:当储层中有多相流体共存时，储层对其中每一单相流体的渗透率。 13基质孔隙:煤的基质块体单元中未被固态物质充填的空间，由孔隙和通道组成。 14比表面积:指单位质量煤所具有的总面积。 15含气面积:单井煤层气产量达到产量下限值的煤层分布面积。 16兰式压力:吸附量达到最大吸附能力的50%时所对应的压力。 17井底压力:煤层气井井底流体流动压力。

考试题-煤层气地质

考试题 一、论述题 1、煤型气、煤成气、煤层气的区别与联系 2、储层压力、临界解吸压力与枯竭压力的区别与联系 3、绝对渗透率、相（有效）渗透率与相对渗透率压力的区别与联系 4、实测饱和度与理论饱和度 5、煤层气含量的影响因素及控制机理 6、煤储层渗透率的影响因素及控制机理 7、煤储层压力的影响因素及控制机理 8、煤层气的勘探开发研究现状 9、中国煤层气的勘探开发前景 10、煤层气含量测试与分析方法评述 11、煤储层孔、裂隙研究方法 12、煤储层渗透率预测方法 13、深部煤层气含量预测方法 14、煤型（层）气与油型气的区别 15、煤层气的利用方向 16、等温吸附曲线的作用 17、煤层气的勘探开发方式 18、煤吸附性的影响因素 19、列表比较美国矿业局的直接法与我国MT77-84解吸法测试煤层 含气量的差异

二、看图论述题 1、下图是甲烷在不同矿化度、不同压力、不同温度条件下的溶解度实验成果图，将该图反映的信息论述出来。 2、下图是不同煤级煤在平衡水和30°C条件下的高压吸附实验成果，即朗格缪尔体积（V L）与镜质组最大反射率R o,max之间的关系，将该图反映的信息论述出来。

3、下图是煤化作用阶段及煤层气生成示意图，将该图反映的信息论述出来。 daf (cf/t)

三、计算题 1、下图是TL005井3号煤层原煤的等温吸附曲线，实测原煤含气量为11.38 m 3/t ，储层压力为5.72MPa ，列出公式和具体数值计算： 1）从图上读出朗格缪尔体积（V L,ad ）、压力（P L,ad ）； 2）计算理论饱和度、实测饱和度； 3）计算临界解吸压力和理论采收率（设枯竭压力为0.7MPa ）； 4）计算临/储比。 2、已知某煤储层在埋深1030m 处实测储层压力为8.64 MPa 、储层温度为36.5℃（恒温带深度30m ，温度为14.2℃）、闭合压力为13.97 MPa 、计算储层压力梯度、压力系数（静水压力梯度取0.98 MPa/100m ）、现代地温梯度、最小水平应力梯度，分析煤储层的饱和状态。 3、煤体在吸附气体时可引起自身的膨胀，在解吸气体时则导致自身收缩（常称之为自调节作用）。煤层气开发过程中，储层压力降低，煤层气发生解吸，煤基质出现收缩，收缩量通过吸附膨胀实验来计算。煤在有效应力和温度不变的情况下，体积形变与流体压力的关系与朗格缪尔方程的形式相同，即： 50 max p p p v += εε 式中，v ε为压力p 下吸附的体积应变；max ε为最大应变量，即无限压力下的渐近值；p 50为最大应变量一半时的压力。吸附与解吸为完全可逆的过程，煤吸附膨

第10章 煤层气地质研究中的数值模拟技术【中国矿业大学《煤层气地质学》(傅教授课件)】

第十章煤层气数值模拟技术与方法 数值模拟技术在煤层气勘探开发中应用较广。煤层气储层模拟是进行产量预测、地面开发前景评价和生产工艺优选等的重要手段；煤层气地史演化数值模拟则主要用于定量研究煤层气的生成、逸散和赋存的演化规律。此外，数值模拟技术还被广泛应用于煤层气储层研究和储量计算等方面。 第一节煤层气储层模拟技术 一、概述 煤层气储层模拟（reservoir simulation）又称为产能模拟（coalbed methane production modeling），无论是在常规油气还是在煤层气勘探开发过程中，通常都需要进行这项工作。储层模拟是将地质、岩石物性和生产作业集于一体的过程，在此过程中使用的工具就是储层模拟软件。 储层模拟实际上是在生产井的部分参数已知的条件下，解算描述储层中流体流动的一系列方程，通过历史匹配，对井的产油量、产气量和产水量等参数及其变化规律进行预测的工作。预测的时间可在几个月、几年甚至几十年。产能参数是选择开采工艺、开采设备的重要依据，同时，还可根据产能参数，对生产井的经济价值进行评价。 随着煤层气开发试验的相继实施和实践经验的积累，科技工作者对煤层气的生气、储集和运移规律有了更深入的理解，同时，也意识到需要有一个有效的工具，来进行生产井气、水产量数据的历史拟合，以便获取更为客观的煤层气储层参数，预测煤层气井的长期生产动态和产量。同时为井网布置、完井方案、生产工作制度、气藏动态管理，煤层气开发方案等提供科学依据。正是在这种背景下，煤储层数值模拟研究工作，在继续围绕煤矿瓦斯研究的同时，借鉴油气藏数值模拟理论、技术和方法，扩展到地面煤层气资源勘探、开发领域。 1981年，由美国天然气研究所（GRI）主持，美国钢铁公司（US Steel）和宾州大学等承担了煤层气产量模拟器与数学模型开发项目（Development of Coal Gas Production Simulators and Mathematical Models for Well Test Strategies）。在该项目中，Pavone和Schwerer 基于双孔隙、拟稳态、非平衡吸附模型，建立了描述煤储层中气、水两相流动的偏微分方程组，采用全隐式进行求解，并开发了相应的计算机软件ARRAYS。该软件包括WELL1D和

煤层气地质研究进展与趋势

第25卷第6期 2003年12月 石 油 实 验 地 质 PETROLEUM GEOLOGY&EXPERIMENT Vol.25,N o.6 Dec.,2003 文章编号:1001-6112(2003)06-0644-04 煤层气地质研究进展与趋势 汤达祯1,秦 勇2,胡爱梅3 (1.中国地质大学,北京 100083;2.中国矿业大学,江苏徐州 221008;3.中联煤层气有限责任公司,北京 100011) 摘要:煤层气地质研究正面临以下挑战:a)煤层气成藏的地质过程与动力学机制研究,以揭示生气性和储气性的协调发展关系,查明复杂地质条件下煤层气藏的形成机理、成藏类型和分布规律;b)煤层气储集系统与聚散机制研究,以剖析煤-水-气的耦合关系与煤的储层特性共同制约煤层气的扩散、渗流、运移、逸失和聚集的过程;c)煤层气藏经济高效开发的场效应研究,以探讨地球物理场和地球化学场与人工改造、强化开采间的互动机制,有效预测煤层气的勘探开发效果。 关键词:聚散过程;场效应;成藏作用;煤层气 中图分类号:T E132.2 文献标识码:A 煤层气是赋存于煤层中的自生自储式非常规天然气,是一种新型的洁净能源和优质化工原料,是我国21世纪的重要接替能源之一。 1 煤层气基础地质研究不容忽视 我国煤层气资源潜力巨大,埋深2000m以浅的资源总量达30 1012~35 1012m3,与常规天然气资源量相当,约占世界煤层气总资源量的13%,居世界第二位[1],与我国陆上常规天然气资源量相当。在全国21个大气田中,16个为煤成气气田,煤成气大气田占到全国大气田总储量的86.86%,同时是全国天然气总储量的51.94%。煤层气与常规天然气成因联系极为密切。 美国2000年的煤层气产量已达350 108m3,与我国天然气年产量相当。预计到2010年,我国天然气供需缺口将达400 108m3,煤层气的开发利用势在必行。我国煤层气资源探明程度低,经认证的储量不足全国总量的0.01%,煤层气地面勘探开发刚刚起步,成藏机理不明确,开发工艺技术不成熟,煤层气产业尚未形成。进入21世纪后,我国能源状况十分严峻,能源供需矛盾直接威胁到国家的能源安全,燃煤造成的环境压力也要求目前国内煤炭占绝对优势比例的畸形能源结构必须得到改善。开发利用我国丰富的煤层气资源,不仅能够大幅度增加高效洁净能源的供给,直接减少煤矿甲烷排放量以有效缓解温室效应,同时有望遏制矿井瓦斯灾害以改善煤矿安全生产条件。加强煤层气关键基础科学问题的研究,推动并指导我国煤层气产业的形成与发展,是 开发新能源,实现能源利用与环境保护同步,保证可持续发展 的重大战略举措。 煤层气藏的形成机制和开发原理与常规天然气截然不同。我国埋深2000m以浅的、吨煤含气量大于4m3的潜在可采煤层气资源量,94%集中在贺兰山 龙门山以东的中国东部地区,并主要赋存于上古生界煤储层中。我国经历多期构造运动,盆地复合叠加现象明显,控气因素复杂,煤储层构造变形强烈,煤的多阶段演化和多热源叠加变质作用明显,煤层气多期生成并发生调整与再分配,资源分布非均一性显著,致使煤层气勘探难度巨大,开发风险性极高,明显有别于美国的煤层气开发条件。复杂多变的地质历史,造成我国 三低一高 的煤层气地质背景,即煤储层含气非均质性高,而渗透性、储层压力和含气饱和度偏低。围绕煤层气成藏动力学、规律、条件、类型以及煤储层增渗卸压的岩石力学机理的关键科学问题,查明不同地质时期控气因素的配置关系,探讨各类地质场的互动过程,研究煤、水、气耦合的实质,弄清煤层气的成藏机制和分布规律,是 收稿日期:2003-10-23. 基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB21170);高校博士学科点专项科研基金项目(20020491003).作者简介:汤达祯(1957 ),男(汉族),安徽合肥人,博士、教授、博士生导师,主要从事煤、油气地质的教学与科研工作.

煤层气地质学考试重点(经典)

第一章绪论 1、天然气：（广义）所谓天然气是指自然界一切天然生成的气体。（狭义）目前仅限于地壳上部存在的各种天然气体，包括烃类气体和非烃类气体。性评 2、天然气的来源机制，可分为无机成因气和有机成因气。 天然气的成因分类可分为4种：生物成因气（细菌气）、油型气（油成气）、煤型气（煤成气）、无机成因气。 3、煤型气（煤成气）:指煤系有机质(包括煤层和煤系地层中的分散有机质)在变质过程中(即热演化)形成的天然气，也称煤成气。包括煤系气与煤层气两类。 煤系气：是指从生气母岩（煤系地层及煤层）中运移出来聚集在储集层中甚至形成气藏的煤型气，一般均经过较大规模运移。属常规天然气。 ?煤层气：是指赋存于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。属非常规天然气范畴。（也称煤层吸附气、煤层甲烷或煤层瓦斯。） 4、三重国家需求：资源利用/矿山安全/环保 5、全国累计探明面积777km2，探明储量1343亿m3，可采储量621亿m3，初步探明374亿m3。 ?6、我国煤层气研究开发存在的主要问题：①预测理论亟待完善。②产能预测技术有待解决。 ③开发工艺亟待突破。④投入严重不足。⑤煤层气基础设施建设不完善。 7、我国煤层气资源存在低压、低渗、低饱和的“三低”现象以及地质变动的特殊性。 我国煤储层的特点和难点：地史复杂、类型多样、改造强烈；低孔、低渗、低相渗、低压、高非均质性。 第二章煤层气的物质组成、性质和利用 ?1、煤层气有两种基本成因类型：生物成因和热成因。 生物成因气：各类微生物经过一系列复杂作用过程导致有机质发生降解而形成的。 热成因气：指随着煤化作用的进行，伴随温度升高、煤分子结构与成分的变化而形成的烃类气体。 2、生物成因气阶段：①早期生物气（泥炭~褐煤阶段，Ro,max<0.5%）②热解型煤层气（褐煤~瘦煤阶段，Ro,max0.5~2.0%）以含氧官能团的断裂为主③裂解型煤层气（瘦煤~二号无烟煤，2.0%

国内外煤层气地质对比及其启示

第３５卷　第５期 ＯＩＬ＆ＧＡＳＧＥＯＬＯＧＹ２０１４年１０月 收稿日期：２０１４－０３－０１；修订日期：２０１４－０７－１０。 第一作者简介：龙胜祥（１９５９—），男，博士、教授级高级工程师，石油地质。E －mail ：ｌｓｘ．ｓｙｋｙ＠ｓｉｎｏｐｅｃ．ｃｏｍ。文章编号：０２５３－９９８５（２０１４）０５－０６９６－０８ｄｏｉ：１０．１１７４３／ｏｇｇ２０１４０５１５ 国内外煤层气地质对比及其启示 龙胜祥，李辛子，叶丽琴，陈纯芳 （中国石化石油勘探开发研究院，北京１０００８３） 摘要：美国、澳大利亚和中国的含煤盆地均很多，但煤层气地质条件差异很大。其中多数盆地地质条件较差，仅少数盆地煤层气资源富集，储层特征和构造、水文条件优越，勘探开发效果好。在圣胡安、沁水等勘探效果良好的盆地内，不同区带（地区）也存在巨大差异。根据煤层气地质条件、富集成藏模式以及开发技术条件，可分为中－高煤阶和低煤阶类型。利用建立的煤层气分类对比方法体系，对美国中－低煤阶型圣胡安盆地、低煤阶型粉河盆地、澳大利亚复合煤阶型鲍温－苏拉特盆地、中国高煤阶型沁水盆地、复合煤阶型鄂尔多斯盆地以及这些盆地中主要区带（地区）进行了对比分析，发现我国的鄂尔多斯、沁水盆地等最具潜力的盆地与圣胡安、鲍温－苏拉特盆地差异较大。樊庄、韩城、延川南、织金等区块仅与圣胡安区３带等相似。因此，我国煤层气地质条件和可采性相对较差，近、中期可有效勘探开发的目标不多。从战略层面看，不宜把中、长期发展目标定得太高；从战术层面看，要重视差异性分析，预测资源甜点，优选目标，并针对性部署勘探开发工作，更要注意控制速度。 关键词：地质条件；煤层气；含煤盆地；国内外 中图分类号：ＴＥ１３２．２ 文献标识码：Ａ Comparison and enlightenment of coalbed methane geology at home and abroad ＬｏｎｇＳｈｅｎｇｘｉａｎｇ，ＬｉＸｉｎｚｉ，ＹｅＬｉｑｉｎ，ＣｈｅｎＣｈｕｎｆａｎｇ （Petroleum Exploration ＆Production Research Institute ，SINOPEC ，Beijing １０００８３，China ） Abstract ：Ａｍｅｒｉｃａ，ＡｕｓｔｒａｌｉａａｎｄＣｈｉｎａａｌｌｈａｖｅｍａｎｙｃｏａｌｂｅａｒｉｎｇｂａｓｉｎｓｗｉｔｈｇｒｅａｔｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｃｏａｌｂｅｄｍｅｔｈａｎｅ．Ａｍｏｎｇｔｈｅｓｅｂａｓｉｎｓ，ｍｏｓｔａｒｅｐｏｏｒｉｎｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｃｏａｌｂｅｄｍｅｔｈａｎｅ，ｅｘｃｅｒｐｔｆｏｒａｆｅｗｗｈｉｃｈｈａｖｅｒｉｃｈｃｏａｌｂｅｄｍｅｔｈａｎｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｅｘｃｅｌｌｅｎｔｒｅｓｅｒｖｏｉｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎｄｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｕｓａｒｅｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｉｎｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｅｖｅｎｉｎｗｅｌｌｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｉｎｓ，ｓｕｃｈａｓＳａｎＪｕａｎＢａｓｉｎａｎｄＱｉｎｓｈｕｉＢａｓｉｎ，ｔｈｅｇｅｏｌｏｇｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅａｌｓｏｇｒｅａｔｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｇｉｏｎｓ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＣＢＭｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｓｅｂａｓｉｎｓｃａｎｂｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｍｉｄ－ｈｉｇｈ－ｒａｎｋｃｏａｌｂａｓｉｎｓａｎｄｌｏｗ－ｒａｎｋｃｏａｌｂａｓｉｎｓ．ＡＣＢＭｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｙｓｔｅｍｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｐｅｒｆｏｒｍｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓａｍｏｎｇｔｈｅｍｉｄ－ｒａｎｋｃｏａｌｉｎＳａｎＪｕａｎＢａｓｉｎａｎｄｌｏｗ－ｒａｎｋｃｏａｌｉｎＰｏｗｄｅｒＲｉｖｅｒＢａｓｉｎｏｆＡｍｅｒｉｃａ，ｃｏｍｐｌｅｘｒａｎｋｃｏａｌｉｎＢｏｗｅｎ／ＳｕｒａｔＢａｓｉｎｏｆＡｕｓｔｒａｌｉａ，ｈｉｇｈｒａｎｋｃｏａｌｉｎＱｉｎｓｈｕｉＢａｓｉｎａｎｄｃｏｍｐｌｅｘｒａｎｋｃｏａｌｉｎＯｒｄｏｓＢａｓｉｎｏｆＣｈｉｎａ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｍａｉｎｚｏｎｅｓ（ａｒｅ－ａｓ）ｉｎｔｈｅｓｅｂａｓｉｎｓ．ＩｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｍｏｓｔｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅＯｒｄｏｓＢａｓｉｎａｎｄＱｉｎｓｈｕｉＢａｓｉｎｉｎＣｈｉｎａａｒｅｇｒｅａｔｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｉｔｈＳａｎＪｕａｎＢａｓｉｎ，Ｂｏｗｅｎ／ＳｕｒａｔＢａｓｉｎ．Ｆａｎｚｈｕａｎｇ，Ｈａｎｃｈｅｎｇ，ｓｏｕｔｈＹａｎｃｈｕａｎ，ＺｈｉｊｉｎａｎｄｏｔｈｅｒｂｌｏｃｋｓａｒｅｏｎｌｙｓｉｍｉｌａｒｔｏｔｈｅＺｏｎｅ－３ｉｎＳａｎＪｕａｎＢａｓｉｎ’ｓ．Ｉｔｉｓｔｈｅｒｅｆｏｒｅｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｏａｌｂｅｄｍｅｔｈａｎｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｒｅｃｏｖｅｒ－ａｂｉｌｉｔｙａｒｅｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｐｏｏｒｉｎｔｈｅｃｏａｌｂａｓｉｎｓｉｎＣｈｉｎａ，ａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔａｒｇｅｔｓａｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｏｆｉｎｄｉｎｔｈｅｎｅａｒａｎｄｍｅｄｉｕｍｔｅｒｍｓ．Ｓｏｆｒｏｍａｓｔｒａｔｅｇｉｃｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ，ｔｈｅｌｏｎｇ－ｔｅｒｍｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｇｏａｌｓｓｈｏｕｌｄｎｏｔｂｅｓｅｔｔｏｏｈｉｇｈ．Ａｎｄｆｒｏｍａｔａｃｔｉｃａｌｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ，ａｔｔｅｎｔｉｏｎｓｓｈｏｕｌｄｂｅｐａｉｄｔｏａｎａｌｙｚｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇｒｅｓｏｕｒｃｅｓｓｗｅｅｔｓｐｏｔ，ｐｉｃｋｉｎｇｔｈｅｆａｖｏｒａｂｌｅｔａｒｇｅｔ，ａｒｒａｎｇｉｎｇｔａｒｇｅｔｅｄｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｏｎｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｐｅｅｄ．Key words ：ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｃｏａｌｂｅｄｍｅｔｈａｎｅ，ｃｏａｌｂｅａｒｉｎｇｂａｓｉｎ，ｈｏｍｅａｎｄｂｒｏａｄ 煤层气是一种非常规天然气，是优质洁净能源和化 工原料，是２１世纪重要的接替能源。美国、加拿大和澳大利亚等国煤层气勘探开发取得了较好经济效益，２０１２年产量分别为４７０×１０８，８０×１０８和５０×１０８ｍ３；我国煤

煤层气地质学复习题

煤层气地质学复习题 一名词解释： 1生物成因气：是指在微生物作用下，有机质发生降解部分转化为煤层气的过程。 2基质块：这些裂隙把煤体切割成一系列形态各异的基质单元。 3基质孔隙：煤的基质块体单元中未被固态物质充填的空间，由孔隙和通道组成。 4原生粒间孔：指各种成煤物质颗粒间的孔隙。 5外生裂隙：是构造应力作用的产物，根据其形成力学性质可区分为剪性外生裂隙，张性外生裂隙和劈理。 6储集层的渗透性：是指在一定压力差下，允许流体通过其连通孔隙的性质。 7原地应力：煤储层没有受到任何人为扰动，处于原始状态的应力。8井底压力：煤层气井井底流体流动压力。 9煤层气储层压力：是指作用于煤孔隙，裂隙内的水和煤层气上的压力。 10储层压力梯度：是指单位垂深内储层的压力增量，即随着深度的增加储层压力的改变速度，常用kPa/m或MPa/100m来表示。 11解吸气：在正常大气压和储层温度下，将煤样放入样品罐后，解吸释放出的气体。 12逸散气：钻头钻遇煤层到煤样装入样品罐密封好这一过程中解吸出的气体称逸散气。

13上覆有效地层厚度：是指煤层到其上部第一个不整合面之间的地层厚度。 14煤层气藏：含有一定量煤层气，具有相对独立流体流动系统的煤体。 15煤层气资源：是指以地下煤层为储集层且具有经济意义的煤层气富集体。 16煤层气资源量：是指根据一定的地质和工程依据估算的赋存于煤层中，当前可开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气数量。 17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 18原始开采储量：是指在现行的经济条件和政府法规允许的条件下，采用现有的技术，预期从某一具有明确计算边界的已知煤层气藏中可最终采出的煤层气数量。 19经济可采储量：是指在现行的经济条件和政府法规允许条件下，采用现有的技术，预期从某一具有明确计算边界的已知煤层气藏中可以采出，并经过经济评价认为开采和销售活动具有经济效益的那部分煤层气储量。 20煤层气：是一种赋存在煤层中以甲烷为主要成分，以吸附在煤基质孔隙表面为主并部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的混合气体。 21储量计算单元：是各种地质因素控制的含气的煤储集体，当没有

煤层气地质学内容

第十二章煤地质学在煤层气资源评价中的应用 第一节煤层气地质概述 煤层气又称煤层甲烷、煤矿瓦斯，是在煤化作用过程中形成的、赋存在煤层及其围岩中的以甲烷为主要成分的混和气体。煤层气在煤储层中以吸着态、游离态和溶解态三种形式赋存，吸着态（sorption）包括吸附态（adsorption）、吸收态（absorption）和凝聚态（agglomeration）三种方式。其中，地层条件下，以吸附态方式赋存的煤层气占80~90%以上。 在地下采煤过程中，煤层气长期被视为有害气体，上世纪70年代末以来，由于能源危机的出现，美国等国家从能源的高度，对煤层气资源的开采实施了一系列优惠政策，从而推动了煤层气的研究和开发试验，并于上世纪80年代初取得重大突破，成为第一个进行大规模商业性生产煤层气的国家，也带动了煤层气研究的全球性热潮。 从灾害角度转向资源角度来认识煤层气，并进行相关的研究和勘探开发、利用，是当今能源开发史上的一大重要事件，将对一个国家的能源结构构成具有重大的理论和实践意义。我国是世界上煤层气较为丰富的国家，同时也是煤矿瓦斯灾害最为严重的国家。因此，进行煤层气地质研究，分析煤层气的成因、含气性、储层物性特征、成藏模式以及资源评价，进而促进煤层气资源的勘探开发和利用，对于缓解我国能源危机、加强国家能源安全，降低煤矿瓦斯灾害事故，保护人民生命财产安全和社会稳定，改善我国大气环境，促进环保事业发展都具有重要的意义。 第二节煤储层含气性 含气性是是煤层气资源评价的首要基础，指地层条件下，储层中煤层气含量大小、质量的参数。含气性因素由若干要素组成，如含气量、资源量、资源丰度、含气梯度、气体组成