第二章-煤层气储层特征

煤层气开发理论与技术第一章绪论第二章煤层气储层特征第三章煤层气钻井技术与工程设计第四章煤层气工程管理与质量控制第五章煤层气测井第六章煤层气钻井第七章煤层气增产技术第八章煤层气排采控制理论与工艺技术第九章煤层气数值模拟《煤层气开发与开采》煤层气开发理论与技术2.1煤的化学组成、岩石学特征2.2煤层特征描述及煤层气赋存状态2.3煤储层的孔隙与天然裂隙2.4煤储层的渗透性2.5煤储层的孔隙压力与原地应力2.6煤储层的吸附性、含气性2.7吸附饱和度与临界解吸压力2.8煤的煤阶概念及特点煤层气储层特征煤层气开发理论与技术煤：§2.1煤的化学组成、岩石学特征一、成煤物质与聚煤作用由于成煤物质和聚煤条件的不同，煤分为：☞腐植煤☞残植煤☞腐泥煤由高等植物、浮游生物经过复杂的物理化学作用形成固体可燃矿产，包括有机和无机化合物，由于生物化学作用的不同和地质化学因素的差异，使煤成为含有几十种煤岩显微组分的复杂混合物。组成、结构非常复杂且不均一。煤层气开发理论与技术§2.1煤的化学组成、岩石学特征煤层：自然界中在特定环境由植物遗体转变而来沉积成层的可燃矿产，由有机质和混入的矿物质所组成。一、成煤物质与聚煤作用煤层气开发理论与技术§2.1煤的化学组成、岩石学特征煤储层：鉴于煤层是煤层气的载体，煤层气界将煤层称之为“煤储层”(即煤层气储层)，以示与煤层、常规油气储层的概念区别。一、成煤物质与聚煤作用独特的赋存状态：以吸附态为主非常规储层：典型的自生自储、多重孔渗的有机储层特有的产出机理：排水—降压—解吸－采气煤层气开发理论与技术§2.1煤的化学组成、岩石学特征一、成煤物质与聚煤作用成煤物质：由于聚煤条件的不同，沉积了不同的成煤物质，主要包括高等植物、高等植物的稳定组分和浮游生物等。由高等植物形成的煤为腐植煤，在沼泽环境中形成。由高等植物的稳定组分（角质、树皮、孢子、树脂等）富集而形成的为残植煤，在沼泽环境中形成。由沼泽、泻湖中的藻类等浮游生物在还原环境下经过腐解形成的煤称为腐泥煤。煤层气开发理论与技术§2.1煤的化学组成、岩石学特征一、成煤物质与聚煤作用聚煤作用：聚煤作用是古气候、古植物、古地理和古构造诸因素综合作用由高等植物及浮游生物经过复杂物理化学变化聚集成煤的过程。物质基础：植物遗体；气候条件：温暖潮湿；古地理条件：常年积水洼地；古构造条件：缓慢下沉。煤层气开发理论与技术聚煤环境§2.1煤的化学组成、岩石学特征一、成煤物质与聚煤作用煤层气开发理论与技术河流相冲积相沼泽相聚煤环境——沉积相分布§2.1煤的化学组成、岩石学特征一、成煤物质与聚煤作用煤层气开发理论与技术§2.1煤的化学组成、岩石学特征一、成煤物质与聚煤作用成煤作用：是原始成煤物质最终转化成煤的全部作用，它分为泥炭化作用、煤化作用两个阶段。煤层气开发理论与技术§2.1煤的化学组成、岩石学特征一、成煤物质与聚煤作用从成煤原始物质的堆积，经生物化学作用直到泥炭的形成，称为泥炭化作用阶段；当泥炭形成后，由于沉积盆地的沉降，泥炭被埋藏于深处，在温度、压力增高等物理、化学作用下，形成褐煤、烟煤、无烟煤，称为煤化作用阶段。对于腐泥来说，则经历了硬腐泥、腐泥褐煤、腐泥亚烟煤、腐泥烟煤到腐泥无烟煤的媒化作用。成煤作用：煤层气开发理论与技术第二次煤化作用阶跃：热裂解气生成湿润热、内在水分、环缩合度等极小孔隙率、总孔容、微孔孔容、孔比表面积等继续增大生气作用和吸附性进一步增强含气量增高主要依赖于有限新生孔容空间第三次和第四次煤化作用阶跃：甲基大量脱落大分子结构有序化程度明显增强孔隙率、孔容、孔比表面积、基本结构单元等达到极大孔隙空间明显增大吸附性极度增强第四次煤化作用阶跃之后：生气作用基本停止，气源消失镜质组孔隙率、总孔容、微孔孔容、孔比表面积等显著变少内在水分从增大变为减小吸附热开始急剧降低吸附能力趋于消失第一次煤化作用阶跃：水分显著减少边基侧链脱落生成油气煤中微孔增多，比表面积增大吸附性增强孔隙空间被快速充填煤层气生成－吸附性增强－煤层气储集生成作用停止－吸附性消失－煤层气残留/逸散煤层气开发理论与技术§2.1煤的化学组成、岩石学特征二、煤的化学组成与煤岩煤质特征煤的结构煤层气开发理论与技术§2.1煤的化学组成、岩石学特征二、煤的化学组成与煤岩煤质特征煤的结构规则部分煤层气开发理论与技术§2.1煤的化学组成、岩石学特征二、煤的化学组成与煤岩煤质特征煤的结构不规则部分煤层气开发理论与技术§2.1煤的化学组成、岩石学特征二、煤的化学组成与煤岩煤质特征煤的结构煤层气开发理论与技术§2.1煤的化学组成、岩石学特征二、煤的化学组成与煤岩煤质特征煤的结构煤层气开发理论与技术§2.1煤的化学组成、岩石学特征煤的工业分析又叫煤的技术分析或实用分析。它包括水分、灰分和挥发分产率以及固定碳四个项目，用作评价煤质的基本依据。煤质特征：——通过工业分析指标来表征二、煤的化学组成与煤岩煤质特征煤层气开发理论与技术§2.1煤的化学组成、岩石学特征煤是一种有机岩，利用研究岩石的方法来研究煤的学科称为煤岩学。换言之，煤岩即煤的有机岩石性质和特征。煤岩特征：二、煤的化学组成与煤岩煤质特征煤层气开发理论与技术§2.1煤的化学组成、岩石学特征宏观煤岩特征：按宏观煤岩成分的组合及其反映出来的平均光泽强度，可划分为四种宏观煤岩类型，即：光亮型煤半亮型煤半暗型煤暗淡型煤二、煤的化学组成与煤岩煤质特征宏观煤岩成分是用肉眼可以区分的煤的基本组成单位，包括：镜煤亮煤暗煤丝炭。煤层气开发理论与技术§2.1煤的化学组成、岩石学特征二、煤的化学组成与煤岩煤质特征中国煤的分类：根据中国煤炭分类国家标准(GB5751—86)规定，煤分为14大类。无烟煤（anthracite)贫煤(meagercoal)贫瘦煤(meagerleancoal)瘦煤(1eancoa1)焦煤(cokingcoal)肥煤(fatcoaL)气煤(gascoal)1／3焦煤(1／3cokingcoal)气肥煤(gas—fatcoal)1／2中粘煤(1／2mediumcakingcoal)弱粘煤(weaklycakingcoa1)不粘煤(non—cakingcoal)长馅煤(longflamecoal)褐煤(browncoal；1ignite)煤层气开发理论与技术§2.1煤的化学组成、岩石学特征二、煤的化学组成与煤岩煤质特征煤的物理性质：煤的物理性质主要包括五个方面，即：光学性质：颜色、光泽、反射率、折射率、吸收率；机械性质：硬度、脆度、可磨性、断口；空间结构性质：比重、表而积、孔隙度、压缩性；电磁性质：介电常数、导电性、磁性；热性质：比热，导热性等。煤层气开发理论与技术§2.2煤层特征描述及煤层气赋存状态一、煤层特征描述煤层的发育特征：含煤地层、含煤系数、煤层及煤层组、煤层稳定性、煤层结构、煤层分叉与尖灭、夹矸等。煤层的几何特征：煤层厚度、煤层底板标高、煤层埋深等煤层气开发理论与技术§2.2煤层特征描述及煤层气赋存状态二、煤体结构分类原生结构煤构造煤碎裂煤碎粒煤糜棱煤煤体结构瓦斯地质学中对煤体结构进行的宏观分类是根据煤体破坏程度进行的，可分为原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤煤层气开发理论与技术§2.2煤层特征描述及煤层气赋存状态二、煤体结构分类煤层气开发理论与技术§2.2煤层特征描述及煤层气赋存状态三、煤层气赋存状态认识和了解煤层气在储层中的赋存状态，是地质评价的主要内容，是勘探开发的必要工作。目前人们普遍接受的观点是煤层气以、和三种形式储集在煤储层中，且以为主。溶解态游离态吸附态吸附态煤层气开发理论与技术§2.2煤层特征描述及煤层气赋存状态吸附态煤层中煤层气的含量远远超过其自身孔隙的容积，用溶解态和游离态难以解释这一现象。因此必定存在其它赋存状态——吸附态。吸附量与煤的比表面积、温度和压力有关。这种吸附是通过分子间的引力实现的，是可逆的，属物理吸附。煤的比表面积相当大，采用CO2做介质测得煤的比表面积大体为50~200cm2/g，这也正是煤对煤层气有着强烈吸附能力的原因所在。吸附态总量达到煤层气90％以上煤层气开发理论与技术§2.2煤层特征描述及煤层气赋存状态煤层气储集层多数情况下是饱含水的，在一定温度、压力条件下必定有一部分煤层气要溶解于其中。但量比较少在1％－5％间溶解态煤层气开发理论与技术§2.2煤层特征描述及煤层气赋存状态游离态煤的孔隙或裂隙中有一部分自由气体，称游离态气体。这种赋存状态的气体符合气体状态方程。其运移动力是压力，因其在高温高压下会溶解于水，存在于不被水占据的割理和裂缝孔隙中。量很少，1％左右煤层气开发理论与技术§2.2煤层特征描述及煤层气赋存状态吸附等温线吸附态煤层气可用吸附状态方程来表达，但最直观的是吸附等温线，即状态方程的图示形式，它反映了等温条件下吸附量与压力的关系。吸附等温线在煤层气研究中的应用主要表现在以下四个方面：①评价煤层对气体的最大吸附能力，实测值往往偏低；②预测生产过程中储层压力降低时释放出气体的最大值和释放速率；③确定临界解吸压力。④确定气饱和度。特别是在气体处于未饱和状态，即所含气体量未达到最大吸附能力时，这一测试相当重要。煤层气开发理论与技术§2.3煤储层的孔隙与天然裂隙一、煤储层的孔隙煤中孔隙成因排水-降压-解吸-扩散-渗流-采气煤层气开发理论与技术§2.3煤储层的孔隙与天然裂隙一、煤储层的孔隙煤的孔隙类型及其成因简述类型成因简述对煤层气的运移作用原生孔胞腔孔成煤植物本身所具有的细胞结构孔+屑间孔镜屑体、惰屑体和壳屑体内部颗粒之间的孔+后生孔角砾孔煤受构造应力破坏而形成的角砾之间的孔+++碎粒孔煤受构造应力破坏而形成的碎粒之间的孔++淋滤孔煤中经流水淋滤作用而形成的孔++变质孔气孔煤变质过程中产生气体和气体聚集形成的孔++矿物质孔铸模孔煤中矿物质在有机质中因硬度差异而铸成的印坑溶蚀孔可溶性矿物质在长期气、水作用下受溶蚀而形成的孔+晶间孔矿物晶粒之间的孔+注：+++为作用大；++为作用中等；+为作用小；空白为没有作用煤中孔隙成因煤层气开发理论与技术§2.3煤储层的孔隙与天然裂隙一、煤储层的孔隙煤中孔隙尺度煤层气开发理论与技术§2.3煤储层的孔隙与天然裂隙一、煤储层的孔隙煤中孔隙成因煤层气开发理论与技术§2.3煤储层的孔隙与天然裂隙一、煤储层的孔隙煤中孔隙发育影响因素煤的基质孔隙特征与煤化程度有密切关系。随煤化程度升高，基质孔隙的孔容和孔面积出现有规律的变化煤层气开发理论与技术§2.3煤储层的孔隙与天然裂隙煤储层的天然裂隙割理概念及类型割理是内生裂隙，与构造作用形成的外生裂隙相对应，是煤化过程中失水及烃类产生，煤基质收缩引起张力及高流体压力引起，通常分为两组，面割理和端割理，互相垂直，且垂直于层面方向面割理：割理中延伸距离较长、范围较大的一组，受最大主应力控制端割理：延伸范围局限于面割理之间，受最小主应力控制煤层气开发理论与技术§2.3煤储层的孔隙与天然裂隙煤储层的天然裂隙割理概念及类型煤层气开发理论与技术§2.3煤储层的孔隙与天然裂隙煤储层的天然裂隙割理概念及类型组合类型网格状半网状孤网状孤立状特征主内生裂隙与次内生裂隙均相交部分主内生裂隙存在与之相交的次内生裂隙大部分次内生裂隙仅一端与主内生裂隙相交大部分次内生裂隙两端均不与内生裂隙相交仅发育主内生裂隙或次内生裂隙示意图相对渗透性好中等差很差内生裂隙组合类型表煤层气开发理论与技术§2.3煤储层的孔隙与天然裂隙煤储层的天然裂隙割理概念及类型割理与外生裂隙的区别割理外生裂隙力学性质以张性为主可以是张性、剪性、张剪性纵横向不超过煤岩类型界线，一般发育在镜煤和亮煤中，遇暗煤及丝炭中止不受煤岩类型界线控制割理垂直或近似垂直于层理面可以以任何角度与层理面相交割理上无插痕，比较平整裂隙面上有插痕、阶步及反阶步割理中发育褐铁矿、方解石等自生矿物，很少发育碎煤粒除了自生矿物外，经常发育碎煤粒煤层气开发理论与技术§2.3煤储层的孔隙与天然裂隙煤储层的天然裂隙煤中天然裂隙的分类煤的显微裂隙组合关系煤层气开发理论与技术§2.3煤储层的孔隙与天然裂隙a—规则网状割理,面割