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

割理的成因：

割理一般呈相互垂直的两组出现，且与煤层层面垂直或高角度相交。成因假说：

内张力作用、流体压力作用和构造应力作用。

煤储层压力

1.储层压力、静水压力、上覆岩层压力之间的关系

1、)上覆岩层压力（地静压力）上覆岩石骨架和孔隙空间流体的总重量所引起的压力。其值的大小与上覆岩层的厚度、骨架密度和孔隙流体密度有关。单位为MPa。

2、)静水压力（流体静压力）液柱重量所产生的压力。其大小与液体的密度和液柱的高度有关，而与液体的形状和大小无关。

3、)煤层气储层压力：

是地层压力的一种，是指作用于煤孔隙、裂隙内的水和煤层气上的压力，亦称煤储层压力、煤层压力。

静水压力PH 、上覆岩层压力Po和地层压力Pf三者之间的关系：

a、地层渗透性能良好，与地表水相连通：

此时流体承担的压力（地层压力）即为连通孔隙中的静水压力：

Pf = PH ，相应地Gf = GH 。而上覆岩层压力Po全部由岩石基质来承担。

b、地层渗透性能较好，但上下左右均被不渗透的隔层所隔，呈透镜体状：

此时流体所承担的压力最终要和上覆地层压力趋于平衡，即：

Pf = Po，或Gf = Go。

c、地层渗透性能较差，且岩性非均质性较强，孔隙水与地表水有连通，但其连通性不好，流体可缓慢渗透，处于一种半封闭状态：

此时上覆岩层压力由孔隙流体和岩层基质共同负担，这种情况下的地层压力是小于上覆岩层压力而大于静水压力的。即：

PH ＜Pf ＜Po 或GH ＜Gf ＜Go

2.异常地层压力及其形成机理

通常把偏离静水柱压力的地层孔隙流体压力称之为异常地层压力，或称压力异常。异常分为两种情况：

高异常、低异常。

为了反映异常地层压力的性质和大小，国外常采用压力梯度Gp来表示，即每增加1m地层的深度，地层压力的变化值。

Gp =0.01MPa/m时：

正常地层压力；

Gp ＞0.01MPa/m时：

高压异常；

Gp ＜0.01MPa/m时：

低压异常。

1、)异常高压的形成机理

（1）欠压实：

流体受围岩严格控制不易渗流出来

（2）矿物脱水：

矿物会脱出层间水和析出结晶水，增加储层中流体的数量

（3）水热增压：

当热膨胀引起的流体运移由于流体被阻挡而无法逸出

（4）烃类的生成：

体积的增加和流体渗透率的降低（5）古压力

（6）构造作用

（7）测压水位的影响

（8）流体密度差异

（9）注入作用

（10）胶结作用

（11）渗析作用

2、)异常低压的形成机理

（1）测压水位的影响

（2）古压力

（3）构造作用

（4）页岩减压膨胀

（5）温度降低：

（6）地下流体的开采

煤储层吸附解吸特征

1.煤吸附甲烷能力的影响因素？水分：

湿度越大，吸附能力越低温度：同上煤变质程度煤阶

2.等温吸附曲线的用途？

1)、饱和度的计算

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。2)、临界解吸压力(PCD)指在等温曲线上煤样实测含气量所对应的压力。

.理论采收率

煤层气含量及其控制因素

1.煤层气含量测定方法（逸散气、解吸气、残存气）

煤层气含量:

当煤层未受采动影响而处于原始赋存状态时，单位重量煤中所含有的换算成标准状态下（0℃，0.1MPa）的煤层气(瓦斯)体积称之为煤层气含量(原煤瓦斯含量)，它常用m3/t和cm3/g作计量单位。

直接测定法:

1.)煤层气含量测定方法(GB/T 19559-2008)

2.)地勘时期煤层瓦斯含量测定方法(GB/T 23249-2009)

3.)煤层瓦斯含量井下直接测定方法(GB/T 23250-2009）

散失气量：

指煤心快速取出，现场直接装入解吸罐之前释放出的气量。这部分气体无法计量，必须根据散失时间的长短及实测解吸气量的变化速率进行推算。

解吸气：

指煤心装入解吸罐之后解吸出的气体总量。实验过程中需要求出气量随时间的变化规律，结合一些基础数据计算解吸气量。

残存气：