煤层气产出过程
简述煤层气的赋存及开采机理。
简述煤层气的赋存及开采机理。
煤层气是一种天然气，主要由甲烷组成，赋存于煤层中。
煤层气的开采机理主要包括煤层气的形成、赋存、运移和采集。
煤层气的形成是由于煤层在地质历史中经历了多次地质作用，如沉积、压实、变质等，导致煤层中的有机质分解产生甲烷等气体。
这些气体在煤层中被吸附或溶解，形成煤层气。
煤层气的赋存主要有两种形式，一种是吸附态，即气体分子被煤层孔隙吸附，另一种是游离态，即气体分子在煤层孔隙中自由运动。
煤层气的赋存状态与煤层孔隙结构、煤层压力、温度等因素有关。
煤层气的运移主要是通过煤层孔隙和裂隙进行，其中煤层孔隙是煤层气的主要运移通道。
煤层气的运移速度较慢，通常需要数年甚至数十年才能从煤层中运移至井口。
煤层气的采集主要是通过钻井和抽采的方式进行。
钻井是为了建立煤层气的采集通道，抽采则是通过井口抽取煤层气。
煤层气的采集需要考虑煤层气的赋存状态、煤层压力、温度等因素，以保证采集效果和安全性。
煤层气的赋存及开采机理是一个复杂的过程，需要综合考虑地质、物理、化学等多方面因素。
随着技术的不断进步，煤层气的开采将会更加高效、安全和环保。
煤层气开发流程
煤层气开发流程煤层气是一种以煤炭为主要储集层的天然气资源，其开发利用对于实现能源结构调整、保障能源安全具有重要意义。
煤层气的开发流程主要包括以下几个步骤。
第一步：煤层气资源评价煤层气资源评价是煤层气开发的第一步，主要是通过采集和分析地质勘探数据，对煤层气资源进行全面的评估。
这包括煤层气的存在性、储量、产出能力等方面的评价，以确定煤层气的开发潜力。
第二步：井场建设与钻井在确定了煤层气的开发潜力后，需要进行井场建设和钻井作业。
井场建设主要包括选址、平整场地、建设井口等工作，而钻井作业则是通过钻机将钻头钻入地下，获取煤层气的样品和数据。
第三步：煤层气采集与测试煤层气采集与测试是煤层气开发的关键步骤，通过井口设备对煤层气进行采集，并进行实时监测和测试。
这些测试数据可以用于评估煤层气的产能、气体成分、渗透性等参数，为后续的生产决策提供依据。
第四步：井筒完善与增产措施在煤层气开发过程中，为了提高产量和增加煤层气的开采效果，需要进行井筒完善和增产措施。
井筒完善包括井壁固井、井下设备安装等工作，而增产措施则可以采取增压、增产化学品注入等手段，提高煤层气的产量。
第五步：煤层气的收集与处理煤层气的收集与处理是煤层气开发的最后一步，主要是通过管道将采集到的煤层气输送到处理站进行处理。
处理站会对煤层气进行除尘、脱硫、脱水等工艺处理，以提高煤层气的质量，使其符合使用要求。
第六步：煤层气的利用与销售经过处理后的煤层气可以用于供暖、发电、工业燃料等领域。
煤层气的利用与销售是煤层气开发的最终目标，通过建设燃气管网，将煤层气输送到用户，满足能源需求，实现经济效益。
总结：煤层气开发流程主要包括煤层气资源评价、井场建设与钻井、煤层气采集与测试、井筒完善与增产措施、煤层气的收集与处理以及煤层气的利用与销售。
每个步骤都是煤层气开发的重要环节，需要科学规划和精细操作，以确保煤层气的高效开发利用。
煤层气资源的开发对于推动清洁能源的发展、实现可持续发展具有重要意义。
煤层气运移排采过程(自己整理)
煤层气运移排采过程（自己整理）
对于光亮煤分层，煤层气由基质孔隙表面解吸，再由基质块扩散到割理内，然后由割理运移至外生裂隙，最终由外生裂隙运移至井筒。
对于暗淡煤分层，由于分层内割理不发育，当煤层气由基质孔隙表面解吸后，直接由基质块扩散到外生裂隙，最后经外生裂隙运移至井筒。
煤层气由基质表面解吸后向割理或外生裂隙迁移的过程是扩散，服从福克定律；煤层气在割理或外生裂隙中的运移过程是渗流，服从达西线性渗流定律。
煤层气的排采：对于煤层气的排采来讲，首先经由外生裂隙和割理将煤层中的水排出，降低煤储层压力，使外生裂隙和割理表面的煤层气解吸，随着储层压力的进一步降低，煤基质中的煤层气由基质孔隙表面解吸，解吸出的煤层气经割理或外生裂隙运移至井筒并排出。
煤层气井排水采气技术
•第一章：煤层气井生产特征
1.6 我国煤层气ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ源的主要特点
③高阶煤和低阶煤占主导，高阶煤可产气； 中国勘探实践表明，为美国理论所否定的高阶煤区恰恰是目前
最活跃的勘探区，并取得了产气突破。低阶煤煤层气资源在中国占 的比例最大，但按现有的理论和技术，其开发难度也大。 ④煤体结构破坏严重，低渗、低压、低饱和现象突出；
1.3 煤层气井的生产过程
1.3.2 煤层气井生产阶段
后期气产量下降阶段：当大 量气体已经采出，煤基质中解 吸的气体开始逐渐减少，尽管 排水作业仍在继续，产气量下 降，产出少量或微量水。该阶 段延长的时间较长，可以在10 年以上。
•
•第一章：煤层气井生产特征
1.4 煤层气井产量的影响因素
与煤层气开采有关的因素很多,主要有： 地质因素：煤层厚度、含气量、煤的种类、煤的沉积方式和分布
当煤储层的出水量和煤层气井井口产水量相平衡时,形成稳定的压力 降落漏斗,降落漏斗不再继续延伸和扩大,煤储层各点压力也就不能 进一步降低，解吸停止,煤层气井采气也就终止。
•
• 随着排采的进行，围岩中压力梯度逐渐大于煤层中的压力梯 • 度，压力传递轨迹从煤层过渡到围岩中，压力将仅在围岩中 • 传递，开始排采围岩中的水，此时，煤层中压力几乎不再发 • 生变化。
开采过程之中会有煤粉卡泵、会出现煤桥造成气量下降、还会出现 烧泵现象等等，很多。
•
套管
•oil zone
•一开
•表层套 管
•二开
•中间套 管
•(技术套管 )
•三开
•生产套 管
•(油层套管 )
•煤层气井一般都是排 水降压生产，即油管排 水套管产气。
•
目录
•第一章 煤层气井生产特征 •第二章 国内外煤层气井排采设备研究 第三章 煤层气井排采设备分析 第四章 煤层气井排水采气方式优化设计
煤层气的成因
• 煤层气的定义与特性 • 煤层气的成因机理 • 煤层气的形成过程 • 煤层气形成的影响因素 • 煤层气勘探与开发
01
煤层气的定义与特性
煤层气的定义
01
煤层气：指赋存在煤层中以甲烷为主要成分的烃类气体，有时 也包含少量乙烷、丙烷和丁烷。
02
煤层气俗称“瓦斯”，是一种清洁能源，具有高热值和低污染
生成气体的组成
煤层气主要由甲烷组成，还含有少量的一氧化碳、 二氧化碳、氮气等气体。
煤层气的富集阶段
气体扩散作用
在煤化作用和煤层气的生成阶 段，气体通过扩散作用向煤层
孔隙中聚集。
气体吸附作用
煤层中的孔隙具有吸附作用， 能够将气体吸附在孔隙表面。
压力作用
随着煤层中气体的聚集，压力 逐渐升高，促使气体向邻近的 砂岩层和石灰岩层扩散和运移 。
盖层封闭性能
盖层的封闭性能对煤层气的保存和聚 集具有重要作用。盖层封闭性能越好， 煤层气越容易在煤层中聚集。
05
煤层气勘探与开发
煤层气勘探技术
01
02
03
地球物理勘探技术
利用地震、电法等物理方 法探测煤层气的分布和储 量。
钻井勘探技术
通过钻井获取煤层气样品， 分析其成分和储层参数。
遥感技术
利用卫星或无人机遥感技 术监测煤层气分布和动态 变化。
化学成因
煤层气是在高温高压条件下，煤中的有机质通过化学反应转化生成的气体。这 种反应可以在水或干燥条件下进行，生成的气体可以是烃类气体或非烃类气体。
影响因素
温度、压力、气体组分和气体运移条件等。
03
煤层气的形成过程
煤化作用阶段
煤化作用
随着地壳运动和沉积环境的变化，煤层经历了从泥炭到无烟煤的演 化过程，这个过程中煤的化学成分和物理性质发生了变化。
煤层气开发——第6章 煤层气开采工程
（3）产水量
煤层水的产出体现在两个方面： ①煤层水的产出，给气体的解吸提供了一定的空间，保证了气体持续解吸；
②煤层水的产水降低了煤储层的孔隙压力，使之低于解吸压力，为气体解吸提供了先 天环境。
第一节 煤层气开采方法与原理
3.煤层气井排采类型划分
1）单井排采 单井开采的产气机理是：开井排水形成压降漏斗，在井底压力大于临界解吸 压力而小于原始地层压力时，只有水的单向流动。
第一节 煤层气开采方法与原理
（2）煤层气的排水降压 煤层气主要以吸附状态存在 于煤基质的微孔隙中，其生 产过程就是先排水，后采气。 煤层气的生产一般可分为 三个阶段：从煤基质孔隙的 表面解吸、通过基质和微孔 隙扩散到裂隙中、以达西流
方式通过裂隙流向井筒运移。 煤层气井周围气水分布及流动状 态径向剖面示意图
• 煤层的出水量和井口产水相平衡时，形成稳定的压力降落漏斗，降落漏 斗不再继续延伸和扩大，煤层各点储层压力也就不能得以进一步降低， 解吸停止，产气也就终止。
第一节 煤层气开采方法与原理
1、煤层气排采基本理论
（1）煤层气的储层特性
煤层气是一种介于常规天然气与煤层之间的非常规性天然气 资源，其主要成分是甲烷 。在地层压力作用下，煤层中的 甲烷分子大部分以单分子形式吸附于煤基质表面，只有很少 部分以游离气的形式存储于孔隙或裂隙中，或以溶解气的方 式存在于煤层水中。
第一节 煤层气开采方法与原理
• Ш饱和水单相流 压力在煤层和围岩共同传递阶段。排采继续进行，围岩中 压力影响半径增加，煤层中压力梯度逐渐等于甚至大于围岩中的压力梯度， 压力将在煤层和围岩中共同传递，直到煤层中排采影响半径范围内压力达到 临界解吸压力以下时，气体开始解吸，即进入非饱和两相流阶段。 • Ⅳ非饱和流阶段 排采继续进行，当煤层排采影响范围内压力达到临界解吸 压力以下时，一定数量的煤层气开始解吸，并形成气泡，阻碍水的流动，水 的相对惨透率开始下降，但此时气体的量较小，无论在基质孔隙中还是在裂 隙系统中，气水都是孤立的，没有互相连接，不能流动，此阶段称为非饱和 单相流阶段。
煤层气的成因分析课件
煤层气储存与运输技术
研发和应用新型的煤层气开采技术， 提高开采效率和产量。
研究和发展煤层气的储存和运输技术， 降低成本，提高市场竞争力。
煤层气增产技术
研究煤层气的增产技术，如水力压裂、 注气等，提高单井产量。
煤层气开发的市场前景
国际市场需求
国内市场需求
技术进步推动市场发展
THANKS
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化学反应类型
主要的化学反应包括热解、水解和氧 化等。
化学成因证据
化学成因的证据包括在煤层中发现的 矿物变化和化学成分变化等。
煤的物质组成
煤的元素组成 煤的显微组分
煤的物理化学性 质
吸附性
热解反应
煤在高温下会发生热解反应，释放出 气体，这些气体在煤层中滞留，形成 煤层气。
煤层的地质环境
温度和压力
煤层气的成因分析课件
• 煤层气的成因机理 • 煤层气的形成条件 • 煤层气的开采与利用 • 煤层气开发的环境影响及应对措
煤层气的定义
总结词
详细描述
煤层气的组成
总结词 详细描述
煤层气的形成过程
总结词
煤层气的形成过程主要分为两个阶段，即生物成因和 热成因。生物成因阶段是在较低的温度和压力下，由 细菌作用形成的；热成因阶段是在较高的温度和压力 下，由煤的变质作用形成的。
煤层气中的甲烷可用于 合成氨、甲醛等化工产品。
替代传统燃气，减少对 化石燃料的依赖。
可用于汽车燃料、热力 发电等。
煤层气开采与利用的注意事项
安全措施
资源保护
环境影响 技术创新
煤层气开发对环境的影响
水资源影响
煤层气开采过程中可能会对地下水资源造成 污染，影响当地居民的饮用水安全。
煤层气排采阶段划分及排采制度制定
煤层气排采阶段划分及排采制度制定煤层气是一种储存在煤层内的天然气资源，其开发利用对于我国能源结构转型和大气污染治理具有重要意义。
在煤层气的开发利用过程中，煤层气的排采阶段划分和排采制度的制定是非常重要的环节，可以保障煤层气资源的有效开发利用和环境保护。
一、煤层气排采阶段划分1. 煤层气开发阶段煤层气开发阶段是指从确定煤层气资源、确定可采储量，到建设开采工程，实际开始生产煤层气的整个过程。
这一阶段通常包括前期勘探、中期评价和开发建设三个环节，在勘探过程中需要对煤层气的地质储层特征、地表地质特征、地下水文地质特征等进行详细的调查和分析，以确定煤层气资源的丰度和可采储量。
在中期评价过程中，需要对勘探中得到的数据进行进一步分析和评价，确定煤层气资源的商业可采性和地质储量，以为开发建设提供依据。
在开发建设阶段，需要对煤层气的地下开采条件进行详细规划设计，并建设相应的采气设施和输气管道，最终实现煤层气的商业开发。
煤层气排采阶段是指煤层气勘探开发阶段之后，进行煤层气的采收和排放阶段。
这一阶段通常包括煤层气的排采设备和工艺的建设、煤层气的产量逐步增加和排放逐渐增多。
在排采阶段，需要对已开发的煤层气井进行稳产作业，保证煤层气的稳产和排放。
此时煤层气产量开始增加，对煤层气排采设备和工艺也提出了更高的要求，需要逐步提高排采效率，加强煤层气的排放管控，确保煤层气的有效排采和利用。
二、煤层气排采制度制定煤层气资源的排采过程中，需要建立健全的监管制度，加强对煤层气的排采过程进行监督管理。
这一制度可以明确煤层气的排采责任主体和监管部门，在煤层气排采过程中加强对煤层气排放和利用的管控，确保煤层气排采的安全和环保。
还可以建立煤层气排采的信息公开制度，向社会公众和相关部门公开煤层气排采的监管数据和结果，增加排采过程的透明度和公众参与度。
2. 煤层气排采技术标准制定煤层气的排采过程中，需要建立健全的技术标准制定，完善煤层气排采设备和工艺的技术标准，确保煤层气排采设备和工艺的安全可靠。
煤层气专业知识的名词解释
煤层气等的解释1.煤层气：英文名称CBM，就是指在煤层内产生和赋存的天然气，其主要成分是甲烷,约占70%以上。
2.临界解析压力：临界解析压力是指在煤层降压过程中气体开始解析出时所对应的压力值。
3.生产压差：产层静压与井底流体压力之差称为生产压差。
4.流动压力：生产井在生产时产层中部的压力称流动压力，也称井底压力。
5.油管压力：流动压力把油气从井底经过油管举升到井口后的剩余压力称油管压力，简称油压。
6.套管压力：是指流动压力将油气从井底经过油套管之间的环形空间举升到井口之后所剩余压力，简称套压。
7.静液面：是指非自喷井在关井后井筒内的稳定液面。
8.动液面：是指非自喷井在生产时油管与套管之间环形空间的液面。
9.渗透率：是煤岩渗透流体能力大小的度量，它是煤层气甲烷开采中一个最为关键的参数，也是最复杂最难以确定的参数。
10.孔隙度：煤岩中所有孔隙空间体积之和与该岩样体积的比值，称为该煤岩的总孔隙度，以百分数表示。
11.地解压差：煤层压力与气体临界解析压力之差为地解压差。
12.冲程：是指抽油机驴头上下往复运动时在光杆上的最大位移，也是活塞上下运动一次的距离。
13.冲次：是抽油泵活塞在工作筒内每分钟上下运动的次数。
14.泵效：抽油机井的实际产液量与泵的理论排量的比值，不会超过100%。
15.抽油机的组成：游梁部分：驴头、游梁、横梁、尾梁、连杆、平衡板支架部分：中央轴承座、工作梯、护圈、操作台、支架减速器部分：底船、减速器底座、减速器、曲柄、配重块配电部分：电机座、电机、配电箱16.游梁式抽油机的危险分析：平衡块旋转危险、皮带传送危险、减速箱高处作业危险、电机漏电危险、操作台高处作业危险、电机电缆漏电危险、节电控制箱漏电危险、刹车失灵危险、毛辫子悬绳器危险、攀梯危险17.煤层动态管理的三个阶段：平衡阶段：降低煤层压力，扩大降压面积控制阶段：控制井底流压限制阶段：该阶段应对排采强度加以限制，使产气量平稳缓慢增长，保持煤层渗流通道的稳定18.抽油机的工作原理：电机的带动减速箱运转，通过减速箱减速后，通过抽油机上的曲柄连杆机构，将减速箱的旋转运动转变为驴头上下往复运动，再通过驴头、毛辫子、带动抽油杆、抽油泵，连续不断地上下往复运动，把井底的原油源源不断地抽到地面上来。
煤层气生产工艺流程
煤层气生产工艺流程
煤层气生产工艺流程包括以下步骤：
1. 排水降压：通过排水降压，促使煤层气从吸附状态转变为游离状态。
2. 气体扩散和渗流：CH分子从高浓度区向低浓度区运动，从基质向割理扩散，通过煤层裂缝系统向生产井筒渗流。
3. 煤层气开采：利用有效的改造技术（如压裂、洞穴完井等），使人工裂缝尽可能的连通煤层中的天然裂隙，加速煤层裂隙内的水和气流的渗流速度，以加快“排水—降压”过程，提高煤层气产量。
4. 煤层气处理：经过处理后，煤层气可用于加工利用或排放至总回风流中。
请注意，具体的生产工艺流程可能因实际情况而有所不同。
如需更多信息，建议咨询专业人士。
煤层气开采原理与方法
煤层气开采原理与方法煤层气开采是指将煤层中积聚的天然气开采出来，并利用它作为能源。
该过程需要采用特殊的技术来确保提取的天然气质量好、产量高且环境友好。
本文将介绍煤层气开采的原理与方法，包括采气方式、采气工艺和采气设备等。
一、煤层气采气方式煤层气采气方式通常可以分为以下几种：1. 抽采法：也叫常规法采气，通过在煤层上钻井并深入到煤层中，然后利用钻井杆将煤层中的天然气吸到地面。
2. 瓦斯抽采法：采用煤层的瓦斯后期回收的方式，通常在开采期结束时才开始运用。
3. 瓦斯抽放法：也称瓦斯抽采前点火排放法，主要用于瓦斯爆炸危险的采矿地点。
采用钻孔上深入开采工作面，从而将瓦斯提取到地面进行处理。
4. 水力压裂法：采用高压水把煤层内部压裂，从而提高煤层透气性，增加天然气产出。
二、煤层气采气工艺煤层气采气的工艺过程通常包括以下步骤：1. 钻井：使用特殊的钻机和杆道在地面上钻出井眼，然后逐步加深到煤层所在的位置，直到可采气位置。
2. 钻孔装置：将钻机转移到所选定的位置上并安装好各种包括管柱、液体输送装置在内的设备。
3. 注水：通过钻井机将水注入钻孔中，将煤层内部的天然气推出，然后将天然气运输到处理设备。
4. 煤层气净化：使用煤层气净化设备去除其中的杂质和水份。
5. 煤层气输送和储存：利用管道将净化后的天然气运输到目的地，并储存备用。
三、煤层气采气设备1. 钻头：钻头通常用于钻井和采气的过程中，通过钻孔有针对性地深入到煤层中，以便对煤层进行采气和控制。
2. 采气管道：将从煤层中采集出来的天然气输送到采气站或输送管道上进行处理和存储。
一般采气管道使用高强度合金钢制造。
3. 采气压缩机：将天然气向输送管线输送时，必须将其进行压缩。
采气压缩机可以将天然气压缩到高压。
4. 膨胀机：将高压气缸中的天然气膨胀到低压下。
5. 处理设备：将采集的天然气进行净化、脱水和除尘等工序以确保天然气的质量。
煤层气开采是通过特殊的技术将煤层中蕴藏的天然气采集出来，使其成为可再生的能源资源。
煤层气井排采理论与技术
煤层气产出机理
解吸动力学特征及解吸类型：
（3）扩散解吸 根据分子扩散理论，只要有浓度差存在，就有分子扩散运动，这是气
体分子热力学性质所决定的。研究表明，甲烷气体分子在煤的孔隙内表面 得以高度富集，这就与孔隙、裂隙内的流体构成了高梯度的浓度差，这种 浓度差迫使甲烷分子扩散，从而造成非常规解吸。基于扩散的普遍存在性， 因此扩散解吸也是煤层气开采过程中煤层气解吸的重要的一种作用类型。 鉴于扩散解吸的实质是由于浓度差造成的扩散而导致的“解吸”，因此这 种扩散的本身是偶于“解吸作用”之中的，是解吸作用与扩散作用的耦合。 从解吸的角度，称之为“扩散解吸”。
有杆泵 1～100
500 <3000 4420 一般 一般 较好 较好 较大
2 适宜 一般 适宜
电潜泵 80～700
1400 <2000 2500 适宜 适宜 一般 不适宜
大 1.5 适宜 不适宜 适宜
水力泵 30～600
1245 <3500 5486 适宜 适宜 一般 一般 容易 0.5 适宜 不适宜 适宜
煤层气产出机理
区域压力降、井间干扰与产气特征：
95年 1月，9口 95年 7月，7口，共16 口95年12月，5口，共21口 96年5月，10口，共31口 96年10月，10口，共41口 97年 1月，12口，共53口
井网排采有利于提高煤层气产量
拉顿盆地井网排采增 加煤层气产量的成功实例
排采过程中的产层伤害与保护
在煤层气开采过程中，随着排水降压，煤层中流体的压力将逐步降低，煤层气 开始解吸时刻对应的压力则被称之为“煤层气临界解吸压力”，一般用MPa表示。 临界解吸压力是评价煤层气可采性的重要指标。
理论吸附量
实测气含量
煤层气排采阶段划分及排采制度制定
煤层气排采阶段划分及排采制度制定【摘要】煤层气是一种重要的清洁能源资源，具有广阔的开采前景。
为了实现高效的煤层气排采，需要对排采阶段进行划分，并制定相应的排采制度。
文章首先介绍了煤层气资源概况和排采意义，然后详细讨论了煤层气排采的四个阶段：初级开发、稳产提高、系统化开发和制度制定。
随着技术的不断完善和持续增长，煤层气产能也在持续增加。
最后强调了煤层气排采制度的重要性，只有建立科学的制度才能保障煤层气的可持续开发和利用。
本文对煤层气排采过程进行了系统的介绍，为相关研究和实践提供了参考。
【关键词】- 煤层气资源- 排采阶段划分- 初级开发- 稳产提高阶段- 系统化开发- 排采制度- 技术完善- 产能增长- 制度重要性1. 引言1.1 煤层气资源概述煤层气是一种储存在煤层中的天然气资源，是随着煤炭地质勘探和煤炭开采活动的展开而被发现的。
煤层气主要是由甲烷组成，是一种清洁能源，可以替代化石燃料的使用，从而减少对环境的污染。
煤层气资源分布广泛，不仅存在于地表附近的浅层煤矿中，还存在于更深的煤层中。
我国是煤层气资源丰富的国家之一，拥有着大量的煤层气资源储量。
煤层气资源的开发利用对于我国实现能源转型和保障能源供应具有重要意义。
随着我国经济的快速发展和人口的增长，对能源的需求也越来越大，因此开发利用煤层气资源可以有效缓解我国能源紧张的情况，降低对进口能源的依赖。
煤层气的开发利用也可以促进当地经济的发展，提高当地居民的生活水平，创造就业岗位，促进社会稳定。
煤层气资源的开发利用对于我国经济和社会的可持续发展具有重要意义。
1.2 煤层气排采意义煤层气是一种具有高效清洁能源特点的可再生资源，在当前能源转型和减排需求的背景下，其排采具有重要的意义。
煤层气的排采可以有效减少对传统煤炭资源的开采压力，降低煤矿开采对地下水和地表环境的影响。
煤层气的利用能够提高能源利用效率，减少化石能源消耗，降低温室气体排放，对于应对气候变化具有积极意义。
煤层气产出机理及控制
游离气
水溶气
吸附气
气体组分：CH4、CO2、N2
煤层气排采方式：排水→降压→采气 煤层气排采过程：解吸→扩散→渗流
一、煤层气排采的内涵—排采方式
一、煤层气排采的内涵—过程原理
一、煤层气排采的内涵—增产技术
煤层气勘探技术的发展
3、定向水平井、羽状水平井 2、洞穴完井（空气钻井） 1、常规钻井、套管射孔（井组井群）
五、储层参数与产能的敏感参数分析
20
井间距 18
16 14 12 10
8 6 4 2 0
0
日产气量（104m3/d）
250×200m 350×300m 500×400m
1000
2000
3000 时间（d）
4000
5000
6000
不同井间距日气产量预测对比曲线
六、排采分析目标——产能预测
日产气量（m3/d） 累计产气量（104m3）
2005-11-7 2005-11-17 2005-11-27
2005-12-7 2005-12-17 2005-12-27
2006-1-6 2006-1-16 2006-1-26
2006-2-5 2006-2-15 2006-2-25
2006-3-7
产水量m 3 / 日
35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00
800
1000 1200 1400
时间 /d
PZ-4井累计气产量历史拟合曲线图
五、储层参数与产能的敏感参数分析
日气产量（m3/d）
厚度
30000 25000 20000
煤厚=5.5m 煤厚=6.5m 煤厚=4.5m
煤层气成因及产地研究
煤层气成因及产地研究煤层气（CoalbedMethane，简称CBM）是一种从固体煤组织中释放出来的液化烃，这种烃称为煤层气。
煤层气主要由甲烷（90%-95%）和少量烷烃、烯烃、炔烃组成，比库仑值绝大多数大于3000 m3/t，是一种绿色能源。
煤层气的诞生是由于深地的热液和有机质的作用而产生的，一般来说，煤层气产化过程可分为3个阶段：有机质的降解和转化，富氢的凝聚和蒸发，甲烷的蓄积和压缩。
煤层气的产地主要有几大类：低含碳高含氢煤层、高含碳/高含氢煤层、煤中释放烃态气体和含二烯烃煤层。
煤层气的产地受到多种因素的制约，如比表面积、煤层温度、煤层厚度、煤层岩性、孔隙度等，这些因素都会影响煤层气的含量。
低含碳高含氢煤层是目前发现最多的煤层气成因和产地，高含碳/高含氢煤层具有较高的气体含量，但其可采气性较差，其煤层中含有大量微量烃及有机质，当这些微量烃和有机质在煤中受温度和地压的作用时，能有效的释放出烃态气体和甲烷，因而产生煤层气。
含二烯烃煤层的含气量比其它类型的煤层要低，但具有较高的可采性，可以作为储量计量的一种可靠依据。
另外，除了这些煤层产气外，煤层中还有许多非渗3气产生机制，它们也是煤层气的重要来源之一。
例如，当煤层深度达到一定阈值时，煤层中的有机质会被深层的热液处理，热液可以将煤层中的有机质转化成气态物质。
此外，煤层中还可能存在矿物物质，它们也可以与热液反应产生气态物质，从而形成煤层气。
煤层气是一种绿色能源，在国民经济发展中具有重要作用。
正确认识煤层气的成因及产地是煤层气勘探开发的基础，它不仅可以帮助我们更好地发掘和开发煤层气，还可以更好地保护和利用煤层气资源。
因此，研究煤层气的成因及产地具有非常重要的意义。
今天，国内外的科学家们正在努力深入研究煤层气的成因及产地，以便挖掘和利用煤层气的最大潜力，为更好地开发煤层气提供基础。
煤层气成因及定义
煤层气的定义及成因
1. 煤层气的定义
煤层气，是指赋存在煤层中以甲烷（CH4）为主要成分、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烃类气体。
2.煤层气的成因
植物体埋藏后，经过微生物的生物化学作用转化为泥炭（泥炭化作用阶段），泥炭又经历以物理化学作用为主的地质作用，向褐煤、烟煤和无烟煤转化（煤化作用阶段），在煤化作用过程中，成煤物质发生了复杂的物理化学变化，挥发份含量和含水量减少，发热量和固定碳含量增加，同时也生成了以甲烷为主的气体。
煤化作用要经历两个过程，即生物成因过程和热成因过程，生成的气体分别称为生物成因气和热成因气。
生物成因气主要形成于煤化作用的未成熟期，而热成因气主要形成于煤化作用的成熟期和过成熟期。
生物成因气可形成于煤化作用早期阶段（原生生物气），也可由微生物次生作用形成于褐煤～焦煤阶段中的任何阶段（次生生物气）；热成因气可以通过沉积有机质的热催化降解作用形成（热解气），也能够通过对已生成烃类或沉积有机质的热裂解而形成（裂解气）。
3.煤层气与常规天然气的关系与差异
煤层气又称煤层甲烷（Coalbed Methane(CBM))，由于其独特的赋存状态（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）和特有的产出机理（排水－降压－解吸－采气）等特征，因此煤层气被称之为非常规天然气。
与常规天然气相比主要异同如下：
次为CO2、N2等，热值为36.72KJ／m3（相当于1.22kg/m3标准煤），燃烧过程中基本无烟尘，可以说是一种非常洁净、热值高、优质、安全、开发利用前景广阔的新能源，也是造成煤矿井下事故的主要原因之一。
煤层气产出过程
煤层气产出过程第五章煤层气产出过程煤层气井的排采过程与常规天然气井显然不同，通常具有一个产气高峰期。
这种差异，起源于煤层气主要以吸附状态赋存。
第一节主要内容：在煤层气开采初期一般要进行“脱水”处理，即所谓的“排水降压”过程，目的是诱导煤层气的解吸、扩散、渗流作用由高势能方向往低势能方向连续进行。
一、煤层气流动机理煤层气产出包括三个相互联系的过程，即解吸、扩散与渗流。
地下水的采出使煤层气压力降低。
当煤层压力降低到一定程度时，煤中被吸附的气体开始从微孔隙表面分离，即解吸。
解析气浓度在解吸面附近较高，在裂隙空间中较低。
因此，煤层气会在浓度梯度的驱动下，通过孔隙—微裂隙系统向裂隙空间扩散。
在煤层中，可能有三种扩散机理：以分子之间相互作用为主的体积扩散，以分子—表面相互作用为主的Knudsen扩散，基质表面的吸附气层表面扩散。
按照煤层中发生的物理过程，煤层气产出相继经历了三个阶段：第一阶段，水的单相流。
在此阶段，煤层裂隙空间被水所充满，为地下水单相流动阶段。
第二阶段，非饱和单相流。
这一阶段，裂隙中为地下水的非饱和单相流阶段，虽然出现气—水两项阶段，单只有水相才能够连续流动。
第三阶段，气—水两相流。
随着储层压力下降和水饱和度降低，水的相对渗透率不断下降，气的相对渗透率逐渐升高。
最终，在煤层裂隙系统中形成了气—水两相达西流，煤层气连续产出。
上述三个阶段在时间和空间上都是一个连续的过程。
随着排采时间的延长，第三阶段从井筒沿径向逐渐向周围的煤层中推进，形成一个足以使煤层气连续产出的降压漏斗。
二、煤层气开采过程原始地层条件下，煤层及其围岩中地下水一般较多，储层压力大致等同于水头压力，气体在压力作用下吸附于煤层中。
当排水使储层压力降至临界解吸压力之后，煤层气开始解吸，并通过扩散进入裂隙系统产生流动。
1、煤层气井排水阶段煤层气井的排水阶段主要取决于临解比（临界解吸压力与储层压力之比）和煤层渗透率。
临解比大，所需的压降幅度就大，排水量多，排水时间相对较长。
煤层气井排水采气技术
第一章：煤层气井生产特征
1.5 影响煤层气井排采效果的主要因素
非连续性排采的影响:煤层气井的排采生产应连续进行, 使液面与地层压 力持续平稳的下降。如果因关井、卡泵、修井等造成排采终止, 给排采效 果带来的影响表现在:(1) 地层压力回升, 使甲烷在煤层中被重新吸附； (2) 裂隙容易被水再次充填，阻碍气流；(3) 回压造成压力波及的距离受 限,降压漏斗难以有效扩展，恢复排采后需要很长时间排水, 气产量才能 上升到停排前的状态。（4）贾敏效应和速敏效应
第一章：煤层气井生产特征
1.3 煤层气井的生产过程
1.3.2 煤层气井生产阶段
中期稳定生产阶段：随着排 水的继续，产气量逐渐上升并趋 于稳定，出现高峰产气，产水量 则逐渐下降。该阶段持续时间的 长短取决于煤层气资源丰度（主 要由煤层厚度和含气量控制）， 以及储层的渗透性。
第一章：煤层气井生产特征
当煤储层的出水量和煤层气井井口产水量相平衡时,形成稳定的压力 降落漏斗,降落漏斗不再继续延伸和扩大,煤储层各点压力也就不能 进一步降低，解吸停止,煤层气井采气也就终止。
随着排采的进行，围岩中压力梯度逐渐大于煤层中的压力梯 度，压力传递轨迹从煤层过渡到围岩中，压力将仅在围岩中 传递，开始排采围岩中的水，此时，煤层中压力几乎不再发 生变化。
第二章：国内外煤层气井排采设备研究
2.1 国外研究现状
1986年，美国又开始使用螺杆泵排水采气实验，不断地改进螺杆泵 系统，使其发展到适合煤层气井排水所需的排量和扬程，同时可以 很好地适应井液中细煤粉及气液混合体，加上投资成本和运行成本 低等特点，使该设备在特殊开采要求的煤层气井中得到推广。
第一章 煤层气的形成
沼泽及其形成条件 沼泽是指有植物生长的常年积水的洼地。沼泽中植物死亡 后其遗体能够被沼泽水所覆盖，使其与空气隔绝而不被完全氧 化分解，并在逐渐堆积过程后经以生物化学作用为主的变化后 可转变成泥炭的，称为泥炭沼泽。 沼泽的形成和发育是地质、地貌、气候、水文、土壤、植 被等多种自然因素综合作用的产物。 1）低洼的能够积水的地形和能够给植物提供养分的土壤； 2）年降水量大于蒸发量的气候条件； 3）入水量（流入的地表水、地下水与大气降水）>出水量 （流出的地表水、地下水与蒸发量）。
主讲人：林晓英 单位：河南理工大学能源科学与工程学院
联系方式： 18039127753 lxy2002199@
内容提纲
绪论 煤层气的生成 煤层气的储集 煤层气的赋存与产出 煤层气勘探开发选区与评价 煤层气勘探开发钻完井技术 煤层气勘探开发地球物理勘探技术 煤层气勘探开发基本参数测试技术 煤层气勘探开发增产技术 煤层气地面排采与集输工艺
第四节 煤成烃机理
一、煤成烃的物质基础
2.0 H2 O I 1.5 II CO2 1.0 III
H/C（原子比）
CH 4 0.5 IV
0
0
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
O/C （原子比）
23
图 1.1 干酪根类型及演化路径 Van Krevelen 图解[2]
第四节 煤成烃机理
从化学分类上讲，镜质组主要由III型干酪根组成，是生 气的主要物质，而壳质组主要由I型干酪根组成，是生油的主 要物质。
25
第四节 煤成烃机理
二、煤的化学结构与双组分模式
1. 煤的大分子结构 macromolecular structure 煤的大分子是由多个结构相似的 “基本结构单元” (elementary structural unit或basic structural unit) 通过桥键(bridge bond)连接而成。 这种基本结构单元类似于聚合物的聚合单体 (monomer) ，它可分为: 规则部分和不规则部分。
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第五章煤层气产出过程
煤层气井的排采过程与常规天然气井显然不同，通常具有一个产气高峰期。
这种差异，起源于煤层气主要以吸附状态赋存。
第一节主要内容：
在煤层气开采初期一般要进行“脱水”处理，即所谓的“排水降压”过程，目的是诱导煤层气的解吸、扩散、渗流作用由高势能方向往低势能方向连续进行。
一、煤层气流动机理
煤层气产出包括三个相互联系的过程，即解吸、扩散与渗流。
地下水的采出使煤层气压力降低。
当煤层压力降低到一定程度时，煤中被吸附的气体开始从微孔隙表面分离，即解吸。
解析气浓度在解吸面附近较高，在裂隙空间中较低。
因此，煤层气会在浓度梯度的驱动下，通过孔隙—微裂隙系统向裂隙空间扩散。
在煤层中，可能有三种扩散机理：以分子之间相互作用为主的体积扩散，以分子—表面相互作用为主的Knudsen扩散，基质表面的吸附气层表面扩散。
按照煤层中发生的物理过程，煤层气产出相继经历了三个阶段：
第一阶段，水的单相流。
在此阶段，煤层裂隙空间被水所充满，为地下水单相流动阶段。
第二阶段，非饱和单相流。
这一阶段，裂隙中为地下水的非饱和单相流阶段，虽然出现气—水两项阶段，单只有水相才能够连续流动。
第三阶段，气—水两相流。
随着储层压力下降和水饱和度降低，水的相对渗透率不断下降，气的相对渗透率逐渐升高。
最终，在煤层裂隙系统中形成了气—水两相达西流，煤层气连续产出。
上述三个阶段在时间和空间上都是一个连续的过程。
随着排采时间的延长，第三阶段从井筒沿径向逐渐向周围的煤层中推进，形成一个足以使煤层气连续产出的降压漏斗。
二、煤层气开采过程
原始地层条件下，煤层及其围岩中地下水一般较多，储层压力大致等同于水
头压力，气体在压力作用下吸附于煤层中。
当排水使储层压力降至临界解吸压力之后，煤层气开始解吸，并通过扩散进入裂隙系统产生流动。
1、煤层气井排水阶段
煤层气井的排水阶段主要取决于临解比（临界解吸压力与储层压力之比）和煤层渗透率。
临解比大，所需的压降幅度就大，排水量多，排水时间相对较长。
临解比大，储层压力与临界解吸压力接近，排水量就少，时间相对较短。
渗透率大，排水速度相对较快，压降漏斗扩展较快，煤层气井的控制面积也相对较大。
排水时间对煤层气生产具有重要指导作用。
2、煤层气井产气阶段
煤层气井的生产动态受到煤层吸附性和扩散作用的影响，其动态规律比常规天然气井更为复杂。
煤层气井产量的影响因素有煤层厚度、储层压力、临界解吸压力、水文地质条件、吸附等温特性、扩散特性、渗透率等。
特征吸附时间表示了煤层气的解吸速率，其值越小，气体解吸扩散的时间就越短，煤层气井的早期气产量就可能越高。
煤层渗透率越高，排水速度就越快，在相同排采时间内的降压漏斗就越大，气产量就越高，生产时间也越长。
第二节主要内容：
相对渗透率是多相介质渗流研究的一个重要特征，是煤层气开发过程中重要的关系曲线，影响到煤层气井的排采速度和产能。
一、相对渗透率
相对渗透率是有效渗透率与绝对渗透率的比值。
相对渗透率与多孔介质的结构有关，如与介质的有效孔隙体积、有效孔隙度、绝对渗透率等，同时还与该流体的饱和度及与该流体相伴随的另一相流体的特性有关，也明显受到试样饱和过程的影响。
二、测试方法
1、稳态法
一般采用恒速法，即气和水按一定流量同时流过样品，只到样品两端的压差得到平衡（稳定值）。
此时，采用X射线扫描法测定样品的含水饱和度，根据稳定压力和注入流量，按照达西定律分别求出气和水的有效渗透率，进而得到
相对渗透率。
煤的渗透率一般很低，达到压差平衡的时间较长，一般需要几天时间。
2、非稳态法
非稳态法过程中从未达到气—水饱和度平衡，原因是先将煤样用水饱和，然后采用气体对水进行置换。
在此基础之上，根据压差和流量数据，采用数学模型求得煤样的相对渗透率。
三、我们部分煤样的相对渗透率
我国高级煤气、水两相介质条件下的渗透性不如中煤级煤，束缚水饱和度大，大部分煤层气难于解吸，残余气多，气井服务年限短。
但是，平衡点处饱和度低，能较快达到产气高峰。
第三节主要内容：
一、煤储层压力传播特性
煤储层压力传播是压力差所引起的，其传播速率、影响范围等主要受抽排水量大小、含水层段供水能力以及透水、导水性能的影响和控制。
影响因素主要包括被疏排含水层段的富水性、补给条件、分布、厚度、孔隙裂隙发育程度及其非均质程度等。
在实际排采过程中，抽排水量大小的影响最为敏感。
此外，还与煤层与顶底板含水之间的连通性及顶底板含水层的富水程度有一定关系。
二、煤储层渗透率排采诱导变化效应
1、有效应力负效应
随着煤层水和地下气的排出，一方面煤储层内流体压力降低，有效应力增大，裂隙相对闭合，造成渗透率降低，称为有效应力负效应。
2、煤基质收缩正效应
另一方面煤基质收缩，裂隙相对拉张，导致渗透率增大，称为煤基质收缩正效应。
3、正、负效应的耦合分析
低收缩率或不收缩的煤层，有效应力的影响相对较强，渗透率随排采过程的进行而降低。
对于高收缩率煤层，基质收缩占主导地位，渗透率随排采的进行不断提高。
此外，才煤层气排采过程中，还存在气体滑脱效应的影响。
三种效应尽
管同时存在，但在不同排采阶段对渗透率的影响程度有所不同。
在排采初期，有效应力效应作用强；在排采中期，煤基质收缩效应较为明显；在排采后期，气体滑脱效应的影响较大。
第四节主要内容：
一、数值模拟技术的进展与用途
煤层气数值模拟技术的主要用途包括：
①预测煤层气井的产量
②提供煤层气开发设计所需的重要参数
③通过历史拟合重新描述煤层
④确定最终经济采收率
⑤发现和诊断煤层气井在生产过程中出现的问题
二、数值模拟步骤与方法
1、参数准备
参数准备是数值模拟工作的重要环节，没有足够的可靠数据，就不会有理想的模拟结果。
在这些参数中，对储层模拟最敏感、也是最重要的数据包括：
①决定气体采收率的煤储层裂隙绝对渗透率
②用以确定排采过程中某一时间原位含气量和采收情况的初始含气量
③决定产气率变化特征及最终采收率的吸附等温线
④决定水产率的裂隙孔隙率
2、建立地质模型
建立煤层气地质模型的基本步骤是，首先收集各种地质和工程资料，然后对各种资料进行分析和判断，从中总结出煤层气藏的各种特征，构成初步的地质模型，最后再根据实际生产数据，通过历史拟合对模型进行完善。
3、产量预测
对于地质评价选区来说，产量预测的主要目的是要在获得实际产量以前，运用数值模拟手段，在现有资料情况下，对一个矿区的煤层气生产潜力进行预测，达到指导地质评价选区的目的。
三、煤层气井产能影响因素
研究表明，某些参数对煤层气产能预测结果影响较大，其中：吸附气体含量、等温吸附曲线和初始水饱和度的影响最大，渗透率、净储层厚度和孔隙率有较重要的影响，灰分含量、解吸时间和初始储层压力的影响较小。
1、煤层含气性对产能的影响
吸附时间通常取决于煤的物质组成和裂隙间距，直接影响煤层气井不同生产时期的产气量。
一般来说，吸附时间越短，早期产量越高。
煤层含气饱和度的高低，决定了其临界解吸压力的大小。
临界解吸压力越高，意味着煤层气井需要排水降压的幅度越小，开始产气的时间越早，煤层能解吸的甲烷气量越大。
2、煤层物性对产能的影响
渗透率高的煤层，井筒的排水降压能有效地传播到更大的范围，从而控制更大面积煤层，使更多的煤层气解吸，获得更高的产量。
渗透率高，不但早期产量高，而且累积产量也高。
但应注意的是，生产后期由于气源供给不足、渗透率大的情况下产气量衰减较快。
在初始状态下裂隙被水饱和充填，则煤层单位体积内的水含量增高，气含量则相应地减小。
因此，孔隙度增大，煤层气井的水产率增大，而产气高峰和累积气产量均有所降低。
3、流体动力条件对产能的影响
影响煤层气井产能的主要因素是煤层的含气饱和度、渗透率和供给半径；煤层的孔隙度和原始储层压力对产气情况也有一定影响。
影响煤层气井水产率的主要因素包括煤层的渗透率、原始储层压力、供给半径和煤的孔隙度。
因此，在进行煤层气选区时，首先要选择含气饱和度高、渗透率高的区块；而在进行煤层气开发时，要合理布置井网密度，确定适当的供给半径。
只有这样，才能使煤层气井达到较高的产气量。