§2_煤层气储层特征_1-3

ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/91煤层气储层特征张遂安教授第二章《煤层气开发与开采》（第1、2、3节）ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/92上节课回顾：1.煤层气：是指赋存于煤层及其围岩中的与煤炭共伴生的可燃烃类气体，主要气体组分为甲烷，它是地史时期煤中有机质热演化产物。2.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，其数量表述分为资源量和储量。3.由于投资目的和开发条件不同，煤层气资源开发方式分为井下抽采和地面开发两类。4.美国的煤层气资源开发起源于煤矿瓦斯治理，产业形成的背景是石油危机和洞穴完井、煤层压裂技术的突破。5.中国的煤层气资源开发已进入商业化发展阶段。《煤层气开发与开采》ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/932.1煤的化学组成、岩石学特征2.2煤层特征描述及煤体结构分类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煤的岩石力学性质煤层气储层特征第二章ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/94煤：是一种组成、结构非常复杂且不均一的，包括有机和无机化合物的混合物。由于成煤的原始物料和生物化学作用的不同和地质化学因素的差异，使煤称为含有几十种煤岩显微组分的复杂混合物。§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ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/95§2.1煤的化学组成、岩石学特征煤层：是自然界中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ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/96§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ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/97§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。ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/98§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。ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/99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ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/910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ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/911§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。ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/912§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、变无烟煤，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：ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/913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趣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ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/914§2.1煤的化学组成、岩石学特征根据目前对煤的分子结构的认识，主要包括：煤的基本结构单元(芳香核、侧链和官能团、杂原子分布和桥键)二、煤的化学组成与煤岩煤质特征ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/915§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ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/916§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ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/917§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。ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/918§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)ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/919§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。ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/920§2.2煤层特征描述及煤体结构分类一、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ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/921§2.2煤层特征描述及煤体结构分类二、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ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/922煤层气储层特征煤层气储层是一种有机质储层，具有吸附性强、孔渗结构复杂等特点。§2.3煤储层的孔隙与天然裂隙ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/923§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ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/924§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ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/925§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ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/926§2.3煤储层的孔隙与天然裂隙一、煤储层的孔隙煤中孔隙结构特征ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/927§2.3煤储层的孔隙与天然裂隙煤的孔隙结构研究方法ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/928煤的孔隙结构研究方法煤砖煤岩描述真假比重扫描电镜压汞实验液氮吸附裂隙发育程度描述孔隙度测定研究孔隙类型、尺寸等特征研究孔喉分布及连通性研究孔隙内表面积煤样§2.3煤储层的孔隙与天然裂隙ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/929压汞试验进、退汞曲线形态低阶煤中阶煤二段性特征明显：裂隙与基质孔隙小孔小孔§2.3煤储层的孔隙与天然裂隙一、煤储层的孔隙ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/930§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成因分类类型孔隙、裂隙分类尺度分布位置孔隙孔隙几微米～几毫米煤基质块内裂隙微裂隙大裂隙内生裂隙（割理）几毫米～几厘米煤岩分层内气胀节理内生节理外生节理厘米～米或更大整个煤层或延伸到煤层之外ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/931§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尺度分类ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/932褐煤无烟煤§2.3煤储层的孔隙与天然裂隙煤储层的天然裂隙ChinaUniversityofPetroleum,Beijing2020/1/933§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