第五章 煤的渗透性及地质控制
我国煤层气储层特点及主控地质因素
繁． 褶皱 断裂构造发育 ， 岩浆活动性强 ， 造成我国煤 田构造 复杂 ， 山岩侵入频繁 ， 火 煤变质程度差别大等现象 ， 对煤层 气储层地质因素影 响关 系复杂 ， 为煤层 气资源地质评价和 开发选区研 究带来 了困难。
３ 煤 储 层 普遍 欠压 、
方 面给环境带来了巨大 的压力。 再者不合理 的开采还会
煤储层压力指储层 裂缝 中流 体的压力 ， 一般将煤层气 井 中地下水静液面到达井 口的煤层称 为正常压力储层 ； 高 出井 口的称为超压储层 ； 在井 口以下的称为欠压储层 。煤 伴层压力不仅对于煤层 的含 气量 、 气体赋存状态有着重要
煤层气资源量为 １ ． ４３ ４万亿 ｍ ； 。埋深 １０ ｍ 以浅的煤层气 ５０
资源量为 ９２ ． ６万亿 ｍ’ ；埋藏深 度介于 １０ — ０ ０ 的煤 ５０ ２０ ｍ 层气 资源量为 ５ ８万亿 ｍ 。 ． ０ 区域上煤层气资源的分布受含煤地 区的制约 ， 使我 国
煤层 气资源表现 出富集 高产的特征 。在 中国六大聚煤 区
我国煤层气储层特点及主控地质因素
郗 宝华
（ 山西 煤 炭职 业技 术 学 院 ， 山西 太 原 ０ ０ ３ ） ３ ０ １
渗透性 较好 的储 层 ；三级 渗透率 介 于 ５ ０ ｓ １ ． Ｘ１ — ． ０ ０× １ ｍ 之间 ，属于 中等渗透性 的储层 ；四级渗透率 介于 ０ １ ． ０ Ｌ Ｏ１ ０。 。 间， ０×１ ＿ ． Ｘ１ 。 之 属于渗透性差 的储层 ； 五级 渗透率小于 ０１ ０１ ：是渗透Ｉ ．×１－ｍ ， ５ 生极差的储层 。据不 完全
统计 ，中国煤层气储层渗透率等级在二级以上 的占 １％， ４
中国煤层气富集成藏规律
中国煤层气富集成藏规律
中国煤层气富集成藏规律是指煤层气在地质环境下形成富集和保存的规律。
煤层气是一种天然气，在煤炭矿井中富集而成，是一种重要的能源资源。
煤层气的形成、富集和保存受到地质构造、煤层特性、气体来源和运移等因素的控制。
根据中国煤层气资源的分布特点，可以将中国的煤层气富集成藏规律分为以下几个方面：
一、地质构造控制法则：地质构造是煤层气形成、富集和保存的重要因素之一。
在中国煤层气资源的分布中，大部分都分布在古近系地层，随着地质历史的演化和构造变化，煤层气的富集和保存也受到了不同的控制。
比如，华北地区的煤层气主要富集在向阳坡和背风坡的下部，沿断裂带较为富集；而川西南地区的煤层气则主要分布在下凹区和向东倾斜的断块带内。
二、煤层特性控制法则：煤层物性是影响煤层气形成、富集和保存的重要因素之一，包括孔隙度、渗透率等。
不同类型的煤层气田，其物性特点亦不尽相同。
例如，北部地区的煤层气孔隙度较大、渗透性较强，而华南地区的煤层气则相对较为粘稠，导致开采难度较大。
三、气源和运移控制法则：煤层气的气源主要来自于煤层中的天然气、生物气等，在煤层中运移和富集后形成煤层气。
不同气源的煤层气，其成藏规律也有所不同。
例如，华北地区的煤层气以天然气为主，成藏主要受到气源控制；而四川盆地的煤层气以生物气为主，成藏主要受到热演化和构造运动的控制。
以上是中国煤层气富集成藏规律的一些基本介绍，其中的细节和相关数据还需要根据实际情况进行研究和分析。
煤样渗透性及渗流稳定性的实验研究
煤样渗透性及渗流稳定性的实验研究煤样的渗透试验是获取煤层渗透特性对的重要手段。
本文利用瞬态法对矿区的几块煤样进行渗透性测试，旨在对煤层的渗流稳定性进行进一步研究和探讨，并对煤样的加速度系数和渗流稳定性指数进行研究，一边为矿区的进一步发展和开发提供更好的理论依据。
标签：煤样；渗透性；稳定性研究指出，煤样的渗透特性与煤层的渗透特性之间有着很大的区别，且由于煤的承载力较差渗透试验难以顺利开展，这对矿区的开发利用有着很大的限制作用。
有报道指出，煤块的变形能够在很大程度上对煤块的空间缝隙造成改变，这就进一步导致了煤块的渗透性随之改变。
在煤样的应力变化过程中，由于煤内部不断产生的裂隙及其进一步变化和发展，其渗透性会时刻随之而发生变化。
然而在实际生产实践中的渗透性实验过程中，受到检测设备压力因素的影响，煤块之间的缝隙有不同程度的聚合现象，这就导致试验的结果不准确。
虽然近年来随着科学技术的不断发展和进步，实验室在检测煤样的渗透性方面已经形成了一套非常完善的技术，但在后续数据的处理过程中工作人员往往忽视了Darcy流引发的渗透失去稳定性。
煤的渗透性指的就是煤作为多空介质的一种固有属性，这种特性与试验用的设备和相关材质并无关联。
在实验过程中，试验的开展往往受到渗透率离散现象的影响，因而其得到的数据往往不同，难以达到一个统一的标准。
对此，我们就渗流的稳定性指数来对渗流稳定性进行研究。
1 渗流稳定性指数的计算与判定据相关研究报道指出，我们假定岩层的厚度为l，那么其渗流失去稳定性必须要满足一下数学统计公式：即χ = 1 +4 βk2ρ0p0/μ2l 0 时，表示渗流是非常稳定的，特别是当χ 大于等于1 时，渗流的速度非常大，甚至近似Darcy 流动；而当χ < 0 时，渗流将会失去稳定性。
故此，我们将χ 定义为渗流稳定性指数。
上述公式也同时表明，渗流稳定性的指数是随着不同的压力梯度（即：p0/l）的变化而不断发生变化的。
煤层气储层渗透性影响因素分析
煤变质作用指由褐煤转变为烟煤、无烟煤、超无烟煤的物理化学作用。煤变质的范围是从褐煤到石墨的演变。煤的变质是温度、压力和时间长期作用的结果，其中温度是煤变质的主导因素，在煤的埋藏过程中，温度加速化学煤化作用，而压力可以促进物理结构煤化作用，时间无疑是煤变质的因素之一。煤变质作用是促使煤中显微裂隙和内生裂隙发育的重要外部因素，煤变质作用可使煤中孔隙产生次生变化，也可经过煤层中孔隙、裂隙的发育改变煤的机械力学性质，进而对其渗透性产生影响。一般低变质和高变质程度的煤割理欠发育，渗透性差；中变质程度的煤割理发育，渗透性好。
Schwerer等人得到如下煤储层孔隙度和渗透率关系式[18]：
（7）
（8）
式中，Cf为孔隙压缩系数，单位 ；P0为初始压力，Mpa；Kf、Kf0分别为裂隙系统的绝对渗透率和初始时刻裂隙系统的绝对渗透率，10−3µm2。
由于煤体自身的性质不同，其基质收缩率也不尽相同，有些几乎没有收缩，而有的收缩率却相当高。关于煤体因解吸或吸附引起基质收缩应变的实验数据极少，这是由于实验的难度和涉足的研究较少所致。
煤层气开发过程中，随着气、水介质的排出，煤基质发生收缩，由于煤基质在侧向上受围压限制，因此煤基质的收缩不可能引起煤层整体的水平应变，只能沿裂隙发生局部侧向应变，造成裂缝宽度增加，渗透率增高。煤储层渗透率增加的倍数与煤储层绝对渗透率关系密切。绝对渗透率愈大，煤基质收缩效应愈明显，收缩效应引起的渗透率增量随流体压力的减少而增大。
ห้องสมุดไป่ตู้5 煤基质收缩
基质收缩效应是指当储层压力低于临界解吸压力后，吸附的煤层气发生解吸导致煤基质收缩，储层物性改善的效应。Gray认为,由于煤层气解吸时，煤基质会收缩使得裂隙扩张，从而导致煤层渗透率的增大[14]；Harpalani等通过室内试验发现，气体压力减小时，煤层气解吸，煤基质体积减小，且煤基质体应变与解吸的气体量呈线性关系[15]。Harpalani和Chen通过室内试验研究了与解吸有关的煤岩体基质体积变化后得出，解吸引起的煤基质收缩变化远大于基质的压缩率[16]；Mavor等利用美国San Juan盆地的现场实测数据验证了“基质收缩理论”的正确性[17]。
华北地区煤层渗透性及主要地质控制因素
镜 质 青 量
Ｄ 低堞缎 目 中煤级
－ 高堞掘
图 ２ 华北地 区割理密度 变化趋势图
割理 的煤 层渗 透性好 ， 具孤 立一 网状 的渗透 性 中等 ， 具 孤立状 的渗透 性差 。就平 行层 面的煤层 渗 透性 各 向异性 的程 度而 言 ， 网状 割 理 的煤层 的各 向异 性 具 不 明显 ， 具孤 立一 网状 的各 向异性 中等 ， 孤 立状 的 具 各 向异 性显 著 。美 国学者 Ｂ Ｗ．ａｈ等人 对煤 层 的 Ｇｓ 渗透 性研 究表 明 ， 行 层 面的 面 割理 方 向的渗 透 率 平 比端 割理 方 向的 高 ， 比垂 直层 面 的 渗透 率 更 高 。如 勇士 盆地 面 、 割理 方 向的 渗透 率 比 为 １：。 由于 端 ７１ 面割理 延 伸较长 ， 距 较 宽 ， 此 一般 情 况 下 ， 行 壁 因 平 面割理 层 面方 向的渗透 率最 大 。就开 发井 的布置 而 言 ， 开 发区在 短期 内达到 峰值产 量 ， 要使 沿端割 理 方 向的井距 应 比沿 面割理 方向 的井距 小 具孤立一 网 状或 孤立 状 割理 的煤 层井 距 应 比网状 割理 发育 的煤
育。
关
键
词： 煤层 ； 渗透 率 ； 隙 ； 体结 构 ； 效地应 力 裂 煤 有 文献标 识 码 ： Ａ 上 的这种差 异密 切相关 。
２ 煤层 渗透性 的地 质控 制 园素 ２ １ 割理 ．
中图分 类号 ：６８ １ Ｐ １ ．ｌ
ｌ 煤层渗量化指标是煤层渗透率和相对渗
二． 煤相 比较 明显 向右偏移 ， 气相 对渗透率 为零 时
所 对应 的裂 隙水饱 和度 由 ６ ％增 加 至 ９ ％。柳 林 、 ０ ０ 安 阳两试 验 区在排采 初期 ， 柳林 试验 区有气 产 出 ， 而 安 阳试 验 区无 气产 出 ， 与它们 在相 对渗透 率特 征 这
地应力对滇东老厂矿区煤层渗透性影响及其控制机理研究
地应力对滇东老厂矿区煤层渗透性影响及其控制机理研究1. 引言1.1 研究背景滇东老厂矿区地处云南省东北部，是中国重要的煤炭资源开发基地之一。
在煤层开采过程中，地表以上和地下深部的地应力会对煤层渗透性产生影响，进而影响煤矿的生产效率和安全性。
研究地应力对滇东老厂矿区煤层渗透性的影响及其控制机理具有重要的工程实践价值和理论意义。
传统上，煤层的渗透性主要受煤层内部的孔隙结构和煤体物理性质的影响。
地应力作为外界力的作用下，会改变煤体的孔隙结构和煤层的微观结构，从而影响煤层的渗透性。
特别是在深部开采过程中，地应力的影响更加显著，需要引起重视。
1.2 研究意义地应力对滇东老厂矿区煤层渗透性的影响及其控制机理是一个具有重要理论和实际意义的研究课题。
本研究有助于深入了解地应力对煤层渗透性的影响机理，有利于指导矿区矿井的开采工作，提高煤矿的开采效率和安全性。
通过研究地应力对煤层渗透性的具体影响，可以更好地把握煤层储层的特性和性质，为煤矿勘探和开发提供科学依据。
探讨滇东老厂矿区煤层渗透性受地应力控制的关键因素，可以为该矿区煤矿的合理开发提供技术支持和决策参考。
总结控制地应力对煤层渗透性的方法，有助于优化煤炭资源的开采利用，促进煤炭行业的可持续发展。
对地应力对滇东老厂矿区煤层渗透性的影响及其控制机理进行深入研究，对促进煤矿产业的发展和提高煤炭资源利用率具有重要意义。
1.3 研究目的本研究旨在探究地应力对滇东老厂矿区煤层渗透性的影响及其控制机理，为优化煤层开发提供科学依据。
具体研究目的包括以下几点：1. 分析地应力对煤层渗透性的影响机理，揭示其对煤层孔隙结构和岩石力学性质的影响。
通过深入研究地应力的作用机制，为进一步控制煤层渗透性提供理论支持。
2. 对滇东老厂矿区煤层的特殊地质条件进行详细调查和分析，探讨地应力在该区域煤层中的具体影响特点。
通过比较不同地质条件下地应力对煤层渗透性的影响，揭示其影响规律。
3. 确定滇东老厂矿区煤层渗透性受地应力控制的关键因素，探讨地应力调控措施的有效性及可操作性。
第五章煤体结构与构造煤
主讲：史广山 讲师
安全学院瓦斯地质研究所
2
第五章
煤体结构与构造煤
第一节 煤体结构特征和分类 第二节 煤体变形和构造煤分布
第三节 煤的变质作用
第四节 构造煤结构演化和力化学作用
3
基本概念
1.煤体结构：指煤层在地质历史演化过程中经受各 种地质作用后表现的结构特征。
原生结构煤
是指保留了原生沉积结构和原生构 造特征的煤层。 是煤层在构造应力作用下，发生成分、 结构和构造的变化，引起煤层破坏、 粉化、增厚、减薄等变形作用和煤的 降解、缩聚等变质作用的产物。
作业：
1、什么叫游离瓦斯？吸附瓦斯？ 2、简述郎缪尔方程 基本假设，公式及各物理量的意义。 3、简述温度、压力、瓦斯成分、煤的变质程度、水分对瓦斯 吸附的影响 4、什么叫做解吸？解吸时间？ 5、什么叫做瓦斯含量、煤层原始瓦斯含量、煤层残存瓦斯含 量、煤的可解吸瓦斯瓦斯含量？ 6、简述背斜的瓦斯逸散区、瓦斯集聚区 7、简述断层的开发性与封闭性的条件？ 8、简述煤层瓦斯的垂直分带？ 9、简述划分瓦斯风化带下界的指标？ 10、什么叫煤储层压力、储层压力梯度和压力系数。 11、什么叫孔隙率、简述其公式和物理量的意义 12、简述煤的变质程度、破坏类型、地应力对孔隙率的影响。 13、什么叫做绝对渗透率、相对渗透率、有效渗透率 14、简述气体穿过煤储层孔隙介质的流动机制？
1 宏观结构特征
27
3）糜棱结构 煤被破碎成很细的粉末，主要粒级小于1mm。有 时被重新压紧，煤层原生层理完全被破坏，已看不到煤层原生 层理和节理，滑移面、摩擦面很多，煤体呈透镜体状、粉状、 鳞片状，极易捻成粉末。糜棱结构煤是强挤压、剪切破坏的束 缚，常出现在压应力很大的断裂褶皱带中。
28
1 宏观结构特征
煤渗透和吸附变形规律实验研究
煤渗透和吸附变形规律实验研究一、本文概述《煤渗透和吸附变形规律实验研究》是一篇针对煤的渗透和吸附变形规律进行深入研究的学术论文。
本文旨在通过实验手段，探讨煤在渗透和吸附过程中的变形规律，为煤炭资源的开采利用提供理论支持和实验依据。
文章首先介绍了煤作为一种重要的能源和化工原料，在国民经济中的重要地位。
然而，由于煤的渗透性和吸附性受到多种因素的影响，如煤质、温度、压力等，使得煤的开采和利用过程中经常出现渗透和吸附变形等问题，严重影响了煤炭资源的有效开发。
针对上述问题，本文设计了一系列实验，通过改变煤样的煤质、温度、压力等条件，观察煤在渗透和吸附过程中的变形情况。
实验过程中，采用了先进的测量技术和设备，确保实验数据的准确性和可靠性。
文章通过对实验数据的分析和整理，揭示了煤在渗透和吸附过程中的变形规律，探讨了影响煤渗透和吸附变形的主要因素，提出了相应的改进措施和建议。
这些研究成果不仅有助于深入理解煤的渗透和吸附变形机制，也为煤炭资源的合理开采和利用提供了有益的参考。
《煤渗透和吸附变形规律实验研究》是一篇系统研究煤在渗透和吸附过程中变形规律的学术论文，具有重要的理论价值和实践意义。
通过本文的研究，可以为煤炭工业的可持续发展提供有力的技术支持。
二、实验材料和方法在本研究中，为了深入探讨煤的渗透和吸附变形规律，我们采用了一系列先进的实验材料和科学的研究方法。
实验材料方面，我们选用了来自不同地质条件和煤层的煤样，以确保实验结果的广泛性和代表性。
所有煤样均经过严格的筛选和预处理，以确保其质量和一致性。
我们还准备了必要的实验设备和仪器，包括高精度渗透仪、吸附仪、显微镜、力学测试机等，以满足实验的各种需求。
在实验方法上，我们采用了多种技术手段相结合的策略。
通过渗透实验，我们测量了煤样在不同压力下的渗透率，以揭示煤的渗透规律。
同时，我们还利用吸附实验，测定了煤样对不同气体的吸附能力和吸附速率，从而探讨了煤的吸附特性。
为了深入了解煤的变形行为，我们还对煤样进行了力学测试，包括抗压强度、弹性模量等指标的测量。
某高瓦斯矿煤岩渗透特性的实验研究
某高瓦斯矿煤岩渗透特性的实验研究摘要：煤岩渗透是煤岩抽采过程中关键影响因素之一。
本文旨在全面研究煤岩渗透特性，从而为煤岩抽采提供可靠的理论支持。
本文采用实验方法，通过室内压力管试验，建立一系列某高瓦斯矿煤岩渗透特性实验模型。
结果表明，洞口压力随着渗流面积增加而上升；某高瓦斯矿煤岩有较高的渗透率，与岩性和亲水性有关。
综上所述，本文为煤岩抽采提供了可靠的理论支持。
关键词：瓦斯矿煤岩；渗透；实验研究1.言煤岩抽采是用于提取煤炭的采矿技术。
它是通过抽取地下煤层中的煤炭来支撑采矿的一项重要技术，其中渗透特性是影响采矿过程中的关键因素之一。
为了更好地控制煤层的开采，有必要研究煤岩的渗透特性。
本文旨在全面研究煤岩渗透特性，从而为煤岩抽采提供可靠的理论支持。
2.实验研究2.1验场地选择本文实验选择了某高瓦斯煤矿为实验场地，在该矿实验以室内压力管法为主，考察该煤矿煤岩渗透特性，并建立一系列实验模型，以验证某高瓦斯煤矿煤岩渗透特性。
2.2验设备和材料实验设备主要包括：高度计，土压力计，普通压力计，塑料杯，压力管，抽象装置，煤岩细节采样钻管和排气膜。
实验材料主要包括：渗透剂（烷基氯磺酸乙酯），支撑剂（泥土）和测试煤岩样品。
2.3验方法首先，根据实验原理，安装实验设备，按照实验要求，准备测试煤岩样品；其次，将测试煤岩样品放入实验管中，添加渗透剂和支撑剂，检查填充是否良好；第三，将压力管安装在管内，给压力管通气，测量多个点的压力，记录各个点的压力数据；最后，将实验结果分析整理，对某高瓦斯矿煤岩渗透特性进行有效描述。
3.果分析通过实验，获取了某高瓦斯矿煤岩渗透特性的实验数据，洞口压力曲线随着渗流面积的增加而上升，呈现出典型的S型曲线，并且某高瓦斯矿煤岩的渗透率较高，与煤岩岩性、亲水性有关。
4.结论本文通过室内压力管法，研究了某高瓦斯矿煤岩渗透特性，实验结果表明，洞口压力随着渗流面积增加而上升；某高瓦斯矿煤岩渗透率较高，并与岩性和亲水性有关。
煤炭开采面围岩渗透性分布规律研究
煤炭开采面围岩渗透性分布规律研究摘要：含水层条件、水道条件等因素都会对煤矿开采过程中底板突水风险产生一定程度的影响。
通过对大量突水案例的分析表明，通过提出突水系数的概念并建立其经验公式，根据实验选取的两个主要影响因素，即含水层压力和隔水层厚度，该公式可以在我国煤矿开采过程中快速应用和推广。
本文对煤炭开采面围岩渗透性分布规律进行分析，以供参考。
关键词：煤炭开采；渗透性；分布规律引言在采煤作业中，含水层环境和水道等客观因素是影响底板承载能力的重要因素，也可能导致整个底板结构突然断裂。
底板突水的危险主要来自含水层渗透性的重大变化、总负荷能力的降低、试验过程的技术验证和分析，这些试验过程成功地总结了含水层水压和隔热层厚度的两个重要参数，并提出相关经验公式，为进一步研究采煤底板承载力变化造成的损害和渗透性提供理论依据。
为了确定影响煤层底板突发性的主要因素，有必要分析煤层底板变形情况，并根据变形情况确定破坏深度。
1概述煤岩体的力学平衡和开采面围岩的水力学特性会随着煤炭的开采而发生改变，进而导致岩层变形，以及围岩渗透性机制发生改变。
因此，研究煤炭开采面中顶底板围岩渗透性分布规律，是目前煤炭开采防治水领域迫切需要攻克的问题。
采动岩层的内部结构以及瞬时的应力-应变状态是复杂且未知的，因此在研究开采面围岩渗透性分布规律方向时，起步探索会遇到瓶颈。
但是，由于数值计算仿真方法可以模拟和探索工作面采煤时岩层变形和地下水流动情况，因此能够观察到煤炭开采过程中岩体的未知状态，并由此总结出规律[1]。
所以，本文以某矿井典型开采面为研究对象，基于有限差分法，建立了应力-应变-渗透性的三维耦合模型，进而得到了采动围岩应力场和应变场的分布情况，在此基础上，对开采面围岩渗透系数场分布情况进行对比评价，最后获得了围岩渗透性分布规律。
2煤炭开采中底板变形破坏特征及规律性分析采煤过程中，底板水平应力增大，原因是工作面增大导致底板岩体移动，这是底板变形的重要原因。
煤和岩石渗透系数测定方法
煤和岩石渗透系数测定方法
煤和岩石渗透系数测定方法是用来测量煤和岩石中水分含量的测量方法。
渗透系数是一个相当重要的参数，主要是用来反映煤和岩石介质中水热学性质的指标，可以用来评价储层条件和地质条件。
煤和岩石渗透系数测定方法可以分为实验室法和实地法两类。
实验室法较为常用，可以根据煤或岩石的实验室物理性质来测定，包括比重、均一度、抗压强度β、水分含量m、颗粒结构类型、颗粒度范围等。
实验室法可用于模拟煤或岩石层的
水学入射条件，可以有效地测定它们的渗透系数。
实地法则是依赖野外实际地层特征来进行水分测定的测量，如含水层厚度、背景值随孔深变化趋势、层内渗透性分布变化规律、油气含量变化特点等，实地法可以更好地反映含水层内部实际分布情况。
渗透系数测定方法在断层及构造活动十分活跃的地质结构区和破坏活动程度较大的地层中应用，可以更加合理地识别储层，提高在煤或岩石介质的发现率，从而大大提高采煤效率和预测煤层的准确性。
综上所述，煤和岩石渗透系数测定方法具有重要的理论意义和实际应用价值，可以有效地模拟煤或岩石层的水学入射条件，对于煤层评价有重要的指导作用，提高采煤效率和预测煤层的准确性。
《华北煤田典型岩层空隙分形特征与渗透性研究》范文
《华北煤田典型岩层空隙分形特征与渗透性研究》篇一一、引言华北煤田是我国重要的煤炭资源区，其地质构造复杂，岩层空隙特征对煤炭开采及地下水运动具有重要影响。
本文旨在研究华北煤田典型岩层空隙的分形特征及其与渗透性的关系，为煤炭资源开采及地下水动力学研究提供理论依据。
二、研究区域与方法本文选取华北煤田的典型区域作为研究对象，通过收集地质资料、现场调查、室内试验及数值模拟等方法，对岩层空隙分形特征及渗透性进行研究。
三、岩层空隙分形特征分析1. 分形理论简介分形理论是一种描述复杂、不规则几何形状的科学理论。
在岩层空隙研究中，分形理论可用于描述空隙的形态、大小及分布规律。
2. 岩层空隙类型及分布特征华北煤田典型岩层空隙主要包括孔隙、裂隙和溶洞等类型。
通过现场调查及室内试验，发现这些空隙在岩层中呈一定规律分布，具有明显的分形特征。
3. 分形维数计算及分析采用分形维数来定量描述岩层空隙的复杂程度。
通过图像处理、盒维数法等方法，计算得到不同类型岩层空隙的分形维数，并分析其与岩层性质、地质构造等因素的关系。
四、渗透性研究1. 渗透性基本概念及影响因素渗透性是岩层的重要物理性质，影响岩层的渗流能力。
本文分析了影响岩层渗透性的因素，包括岩层成分、结构、空隙类型及分布等。
2. 渗透性试验方法及结果通过室内渗透性试验，得到不同类型岩层的渗透系数，并分析其与空隙分形特征的关系。
结果表明，岩层空隙分形维数与渗透系数之间存在一定的相关性。
五、空隙分形特征与渗透性的关系通过对岩层空隙分形特征及渗透性的研究，发现分形维数越大，岩层的渗透性越强。
这主要是由于分形维数越大，岩层空隙的复杂程度越高，连通性越好，有利于地下水的渗流。
此外，岩层成分、结构等因素也会影响空隙分形特征及渗透性。
六、结论与建议本文通过对华北煤田典型岩层空隙分形特征及渗透性的研究，得出以下结论：1. 华北煤田典型岩层空隙具有明显的分形特征，分形维数可用来定量描述岩层空隙的复杂程度。
煤的渗透性及地质控制33页PPT
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1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
煤的渗透性及地质控制6Fra bibliotek、露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
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吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
煤层渗透性与煤体(ppt)
1.5.1实验室测定煤样透气性系数
在一定的压差中，测定通过煤样的瓦斯流量。依据煤样 的几何尺寸、两端压差的大小和流量，根据Darcy定律计算 其透气性系数： 2Q pnL
F ( pk pr )
2 2
B
图1.2 不加压时的实验装置
在实验过程及煤样透气性系数计算方法与未加围压时的煤 样透气性系数的测定方法相同，煤样透气性系数的计算公式也 采用公式，但可以通过调节高压泵的压力来模拟地应力对煤样 的作用。
由全应力-应变曲线 可以看出，其应变-渗透 率曲线与应力-应变曲线 变化趋势一致，但表现 出相对“滞后”的特点， 表明渗透率的变化与其 损伤演化过程密切相关。 同时，煤体通过其内部 裂隙的渗透需要一定的 时间过程。 说明煤体结构是煤 储层渗透率的间接反映。
图3.1 两块不同煤岩样品全应力应变 过程渗透率变化曲线
1.5 煤层透气性系数的测定方法
煤层透气性系数λ测定及计算方法，可以分为历史资料匹配法、实验 室测定方法和现场实际测定方法三类。 实验室测定煤样透气性系数的方法主要有两种，即加压时的煤样透气 性系数测定方法和不加压时的煤样透气性系数测定方法。 目前，在煤层透气性系数的现场测定方法中，国外主要有前苏联学者 提出的马可尼压力法、克氏压力法和克里切夫斯基法。国内由周世宁院士 针对煤层透气性系数测定中存在的不足，根据煤层瓦斯流动理论，提出了 测定煤层透气性系数的钻孔流量法包括单向流量法、径向流量法和球向流 量法。 历史资料匹配法是一种统计模拟法，该方法的原理是:根据区域内己有 煤层气气井的历史产气资料和气藏储备参数，采用储层模拟器对已有的气 井产量井下模拟匹配，从而计算出煤层透气性系数。
破坏煤
碎斑煤
软 煤 糜棱煤或 碎粉煤
碎粒煤
5 煤地质学基础
一般认为，泥炭化阶段生物化学作用大致分为2个阶段：第一 阶段，植物遗体中的有机化合物，经过氧化分解和水解作用，转化为 简单的化学性质活泼的化合物；第二阶段，分解产物互相作用进一步 合成新的较稳定的有机化合物，如腐植酸、沥青质等。这2个阶段不 是截然分开的，在植物分解作用进行不久时，合成作用就开始了。
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第一节 煤
一 煤的形成
（一） 成煤原始物质 植物是形成煤的原始物质。在煤层及其顶、底板岩石
中常保存有完好程度不同的植物化石. 以高等植物为原始物质形成的煤，称腐植煤。以低等植物 为主并有浮游生物为原始物质形成的煤，称腐泥煤。由高 等植物和低等植物混合形成的以腐泥煤为主的煤，称腐植 腐泥煤；以腐植质为主的煤，称腐泥腐植煤。
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宏观煤岩成分
1、丝炭
❖ 灰黑色，形如木炭，具明显的纤维状结构和丝绢光泽； ❖ 疏松、多孔、硬度小、脆度大、易染指； ❖ 没有粘结性、吸氧性强、易氧化自燃、易成煤尘； ❖ 在煤层中多呈几毫米厚的扁平透镜体，数量不多，但分布广。
2、镜煤
❖ 乌黑、光亮如镜、内生裂隙发育、结构均一、易碎、粘结性强； ❖ 在煤层中不形成独立分层，以透镜或条带状散布于亮煤中；
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第一节 煤
1）煤的成岩作用 泥炭和腐泥被掩埋后分别转变为褐煤与腐泥褐煤的作
用，称煤的成岩作用。煤成岩作用处于煤化阶段的初期。 泥炭和腐泥形成后，由于盆地的沉降，在上覆沉积物的覆 盖下被埋藏于地下，经压实、脱水、增碳，游离纤维素消 失，出现凝胶化组分，逐渐固结并具有了微弱的反射力， 经过这种物理化学变化转变成年青褐煤。这一转变所历经 的作用称为煤的成岩作用。E．stach认为，这种作用大致 发生于地下200～400m的浅层。
我国主要含煤区煤体结构特征及与渗透性关系的研究
（ 煤炭科学研究总院西安分院， 西安 ７ ０ ） 陕西 １５ ０４
摘要： 通过对我国主要含煤区的１ 多个煤层以及若干个钻孔煤心， ０ ０ 进行宏观煤岩类型、 煤体结构、 煤裂隙以及与煤层渗透性等方面研究， 结果表明：． ａ我国煤体破坏程度由北向南、 西向东增强， 自 从 盆地中 部向盆缘增强。我国中、 西部和北部主要是原生结构煤， 东部和南部以及盆缘构造煤发育。 ｂ糜棱煤是地层构造变形强烈的产物， ． 但构造变形强烈的地层不一定形成糜棱谋。ｃ碎裂煤的渗 ． 透率比原生结构煤高， 碎粒煤和糜棱煤渗透率低。对于一个即有碎裂煤， 又有碎粒煤和糜棱煤发育 并交替出 现的煤层， 碎粒煤和糜棱煤在碎裂煤之间 起着低渗透性的屏障作用， 渗透性低的煤分层扼 杀了 渗透性高的煤分层， 极大地降低了 煤层渗透性。因此在有碎粒煤和糜棱煤发育的煤层， 煤体结 构对煤层渗透性的影响大于裂隙发育程度的影响， 成为控制渗透性的首要因素。 关 键 词： 煤体结构； 特征； 渗透性； 中国主要含煤区
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半 亮煤 半暗煤 暗淡煤
图１ 我国主要含煤区典型煤层煤体结构、 煤岩类型柱状图
矿井
煤层
煤厚度 构煤 十
／ ｍ
碎粒煤 十 糜棱煤
碎裂煤
／ ％
６ ．０ １４
／ ％
１ ３一 １ １ ３一 １
７６ ２５ ２ ２１ ２ ７５ ０ ０１ ７５
煤的渗透性及地质控制33页PPT
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
煤的渗透性及地质控制
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
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0
5
10
15 20 25 30 含 气饱和 度／%
35
40
第四节
渗透率的动态变化
采气过程中煤储层的自调节效应
负效应
压力基块裂隙渗透率
正效应
解吸基块裂隙渗透率
1.2 1 3.2M Pa
渗 透 率综 合 变 化 率 ( %)
0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 1.5 2 2.5 镜质组最大反射率 (%) 3 3.5 4.2M Pa 5.3M Pa 2.2M Pa
三、应力渗透率物理模拟与数值模拟
在渗透率与围限压力实验模拟的基础上，建立煤储层渗透 率与储层埋深的关系，进行深部煤储层渗透率预测；在分析试 井资料的基础上，建立渗透率与实测地应力的耦合关系，利用 引进的FLAC-3D和其它一些力学商业软件，结合煤岩体的力学 实验，模拟煤储层的三维地应力状态，通过深部地应力数值模 拟后，再进行深部渗透率数值模拟。
1、样品制备
实验煤样常沿层理方 所钻取，直径有25mm、
300mm×300mm× 300mm φ100mm
38mm、50mm、75mm
四种规格，高度通常 为直径的2倍。实验前将
煤样置于干燥器中干燥
12h~24h待用。
压力增量指示器 湿度测量计
X射 线 探 测 器 压力控制加湿器 岩芯卡
下流液体 压力计 手动加载回转 压力调节器
二、单相渗透率
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单相渗透率。
Kg
2 p0 q g g L 10 2
2 A p12 p0
q w w L 10 2 Kw A p1 p 0
Kg—气测渗透率， 10 m； p0—大气压，MPa； qg—大气压下气流量，cm3／s； s； g —在测定温度下CH4的粘度，mPa· L—煤样长度，cm； A—煤样横断面面积，cm3； p1—进口压力，MPa； 3 2 Kw—水单相渗透率， 10 m ； qw—大气压下水流量，cm3／s； w —在测定温度下水的粘度，mPa· s。
பைடு நூலகம்
10 淮南主采煤层 1
试井资料，建立煤储 层渗透率与煤体结构 的耦合关系，进一步 拟合出煤储层渗透率 与地球物理响应之间 的经验公式。
0.1
0.01
y = 7.6428e-0.0968x r = 0.79 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0.001 Ⅱ、Ⅲ类构造煤厚度百分比/％
CH4克氏渗透率 /10-3μ m2 3.801 0.348 0.029 0.034 0.213 0.125
Swo
He绝对渗透率 /10-3μ m2 9.743 0.441 0.029 0.037 0.248 0.131
Sgo
水单相渗透率 /10-3μ m2 0.205 0.079 0.007 0.015 0.082 0.011
数之间的拟合关系；开展煤岩体裂隙宽度与围限压力的实验
模拟，再利用裂隙宽度，结合裂隙产状和裂隙密度进行深部 煤储层渗透率预测。
二、煤体结构分析
利用电测井、声波测井、放射性测井、井间成像技术、 地震资料评价煤体结构和煤储层裂隙发育情况，间接获得煤 储层渗透性好坏的相 对资料，利用煤层气
渗透率× - 3μ m 2 10
Sw o
S
相对 渗透率／ %
40 35 30 25 20 15 10 5 0 Kr g Kr w
Ro,max=1.65%
Ro,max号煤样 1 =2.87%
相对渗 透率／％
30 25 20 15 10 5 0 20 25 30 35 40 45 50 含气饱和 度／％ 55 60 Kr g Kr w
第六章
煤储层的渗透性特征
第一节 渗透性的基本概念
第二节 煤层气的扩散与渗流 第三节 扩散系数与渗透率测试与实验 第四节 渗透率的动态变化* 第五节 渗透性的地质控制 第六节 渗透性研究方法
第一节 渗透性的基本概念
一、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。
1,3－取样阀； 2－岩心夹持器；4－恒温箱； 5,7,8,9,12,13－截止阀； 6－差压传感器； 10,11－压力表；14,15－三通阀
二、 渗透率测试与实验 （一）试井渗透率
高渗透率煤储层，渗透率大于1010-3μ m2
国 中渗透率煤储层，渗透率大于1~10× 10-3μ m2 渗外
透 率 分 类国
0
30
60
90
120
150
现代构造应力场主应力差(MPa)
1.20 1.00
Ks /10-3 μ m2
Ro,max=2.87%
0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 600 750 900 1050 1200 1350 1500 H/m
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
内
低渗透率煤储层，渗透率小于110-3μ m2
高渗：Kt>1×10-3μ m2；
中渗：0.1×10-3μ m2<Kt<1×10-3μ m2；
低渗：Kt<0.1×10-3μ m2
1md=0.98710-3µ 2 m
（二）实验渗透率
煤岩样品渗透率实验通常包括气（He、CH4）、水单 相渗透率和CH4气、水双相渗透率实验。
煤储层渗透率动态变化模拟结果
3.0 2.5
Ro,max>2.7%
模拟渗透率 /md
K = 1719.7d-1.0874
2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0 5 10 15 20 25
r = 0.99
时间/年
第五节 渗透性的地质控制 一、地应力
0.300 0.275 0.250 0.225 0.200 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 有效应力 /MPa 4.5 5.0 R o,max =1.65% 山西沁源煤样 y = 0.3814e-0.1218x r = 0.96
K滑脱效应 K 0
pm—平均压力 b—与气体性质、孔隙结构有关的常数。
b pm
第二节
煤层气的扩散与渗流
一、扩散 1、（准）稳态扩散——Fick第一定律
煤基质显微孔隙内甲烷气体的扩散系在浓度差的驱 动下进行的，若单位时间内通过单位面积的扩散速度与 浓度梯度呈正比。
2、非稳态扩散——Fick第二定律
第六节
一、裂隙分析
渗透率研究方法
在井下进行宏观裂隙描述、统计，在室内进行显微裂隙
观测。裂隙分析的内容包括裂隙走向、倾角、长度、连通性 、高度、宽度、密度、裂隙表面形态、裂隙粗糙度、裂隙充
填状态和裂隙指数等，进行裂隙分级、力学性质分类、组合
形态描述及煤自然粒级块度分形、宏观裂隙、显微裂隙系统 分形研究，建立煤储层渗透率与裂隙面密度、或裂隙分形维
总流量计 上流压力 调节器 温度探头 X射 线 源 氦瓶 氦瓶 声波分离器 计算机 加回压阀门
图2 非 稳 态 气 水 相 对 渗 透 率 测 定 装 置 示 意 图
煤岩体单相渗透率测试成果
镜质组反射率 ／％ 2.87 2.17 2.10 1.89 1.65 0.89
Sgo
40 35 5 号 煤样
性变化；
非稳态:流体压力不随时间和流体产量呈非线性变化。
七、三种渗透率效应
1、有效应力效应
K e K 0 e3c
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；
Δ σ —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 3、气体滑脱效应
y = 0.0492e0.681x r = 0.96
c
0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 4.0 Ro,max/％
出口压力传感器 差压传感器
入口传感器
背压调节阀 液体 体积 计量 器 真空泵
柱 塞 泵
气 瓶 孔隙压力系统
柱塞泵控制仪
二、埋藏深度
10
渗透率× -3 μ m 2 10
K K rw 、 rg 分别为水、气相对渗透率；
K we 、 ge 分别为水、气有效渗透率； K 0 为气相克氏渗透率。 K
率
五、三级渗流
宏观裂隙 裂隙渗透率 紊流或层流
显微裂隙
孔隙
裂隙渗透率
基质渗透率
达西渗流
菲克扩散
六、三种流态
稳态:储层内任一部位的流体压力不随时间和流体产量变化
而变化；
准稳态:储层内任一部位的流体压力随时间和流体产量呈线
渗透率 /10 -3 μ m 2
构造应力场：裂隙特征 局部构造：裂隙发育程度 强烈变形煤：阻塞裂隙 埋藏深度：静压力
试井渗透率( 1 0 - 3 u m 2 )
6
渗透率(10-3 um2)
5 4 3 2 1 0
0 0.05 0.1 0.15 构造曲率(10 /m)
-4
5 4 3 2 1 0 0.2 0.25 0.3
y = 30.412X-2.5902 r=0.585
1
0.1
0.01 2 4 6 8 10 12 14 最小水平应力／MPa
三、 裂隙系统
•
双重裂隙介质 面裂隙，端裂隙 渗透率各向异性
大裂隙：切穿整个煤层，甚至顶板 中裂隙：切穿几个煤的自然分层或光泽岩石类型分层，包括夹矸 小裂隙：切穿几个煤岩石类型分层 微裂隙：局限在一个煤岩类型分层内
3 2
三、有效（相）渗透率