《煤层气地质学》实验指导书
煤层气地质
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煤层气开发地质学理论与方法
第一章绪论主要内容：本章主要论述了煤层气开发地质学研究的目的与意义，以及煤层气勘探的开发的现状。
从多个方面分析了我国煤层气的储量、勘探、开发等情况，深入细致的描述了目前我国使用煤层气、利用煤层气的状况，同时也对未来我国煤层气开采的发展和利用做了一定的分析和研究。
第二章煤的物质组成及其基本物理化学性质主要内容：一、煤的物质组成1、煤储层固态物质组成（1）宏观煤岩组成煤是一种有机岩类，包括三种成因类型：①主要来源于高等植物的腐殖煤；②主要由低等生物形成的腐泥煤；③介于前两者之间的腐殖腐泥煤。
宏观煤岩成分是用肉眼可以区分的煤的基本组成的单位，宏观煤岩组成是根据肉眼所观察到的煤的光泽、颜色、硬度、脆度、断口、形态等特征区分的煤岩成分及其组合类型。
（2）显微煤岩组成显微煤岩组成包括有机显微组分和无机显微组分—矿物质。
在光学显微镜下能够识别的煤的基本有机成分，称为有机显微组分，是由植物残体转变而来的显微组分。
无机显微组分指显微镜下观察到的煤中矿物质。
2、煤中的水和气（1）煤中的水煤中的液相是指存在的水。
煤中水存在于煤孔隙—裂隙中，其形态分为液态水、固态水（2）煤中的气煤层中赋存的气态物质就是煤层气，主要化学组分为甲烷、二氧化碳、氮气、重烃气等。
二、煤化作用及煤层气的形成1、煤化作用成煤作用是原始煤物质最终转化成煤的全部作用，它分成两个相继的阶段：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、无烟煤和变无烟煤的过程，称为煤化作用阶段，包括成岩作用阶段和变质作用阶段。
2、煤化作用特点及煤化程度指标（1）煤化作用特点①增碳化趋势②结构单一化趋势③结构致密化和定向排列趋势（反光性增强）④煤显微组分性质的均一性趋势⑤煤化作用的不可逆性⑥煤化作用发展的阶段性和非线性（2）煤化程度指标煤化程度指标简称煤化指标，又称煤级指标，不同煤化阶段中各种指标变化的显著性各不相同。
煤层气开发理论与实践
1、煤层吸附等温线测定及其应用煤层气与常规天然气不同，它被煤层吸附在其微孔隙的内表面上。
由于煤的微孔隙极其发育，具有特别大的比表面，每克煤的内表面可达到100~400m2，通过吸附作用，煤比常规砂岩具有更高的储气能力。
煤层的孔隙介质具有双重孔隙特征，基质和割理分别代表着原生和次生的孔隙度。
煤层气以吸附状态储存于煤颗粒的内表面，煤层气的吸附能力由煤质、煤阶（成熟度）、埋藏深度等状态所决定。
煤层等温吸附曲线是指在某一温度条件下，以逐步加压的方式使已脱气的煤岩重新吸附而建立的压力与含气量（吸附气量）关系曲线[1]。
煤层气吸附依赖于气-液-固三相之间的作用，煤层气的吸附收到的影响因素众多，除了受煤阶、煤岩组成、灰分、水分含量、孔隙率、孔径结构等[2]内在因素控制，同时也受温度、压力、湿度等外部环境的制约[3][6][7]。
等温吸附线的测定：由于吸附性是煤的一种自然属性，我们知道煤是一种多孔介质，具有很大的比表面积。
由于气体分子与煤内表面之间的范德华力作用，气体有被吸附到煤内表面上的趋势，这种吸附属于物理吸附，它符合兰格缪尔单分子层吸附理论。
煤的吸附能力是温度、吸附质、压力和煤性质的函数。
在温度和吸附质一定的情况下，煤对气体的吸附量可用兰格缪尔方程描述：V=V L P/(P L+P)式中：V L—兰氏体积，表征煤具有的最大吸附能力；P L—兰氏压力，反映煤内表面对气体的吸附能力, V为煤层气吸附量；p吸附平衡是的气体压力。
当压力等于兰氏压力时，煤的吸附量等于兰氏体积的1/2，即P=P L时，V=V L/2。
V L和P L 的大小决定于煤的性质，由等温吸附试验结果可以求得。
等温吸附曲线应用：1、利用等温吸附曲线形态分析煤层气产量变化：通过对等温吸附曲线的形态分析可以比较不同兰氏压力和兰氏体积下产气量的大小。
由兰氏方程，有：V=V L P/(P L+P)，则d Ve(p)/d p=tanθ= V L P/(P L+P)2。
煤田地质学实验
一、实验须知《煤田地质学》课堂实验教学的目的是培养学生从宏观和微观的尺度观察标本、判别煤岩类型的能力和读懂、绘制常用煤田地质图件的基本技能。
学习如何获得第一性准确的地质资料，编制出反映含煤岩系的时空分布的图件。
参加课堂实习的同学必须以严肃认真的科学态度和强烈的责任心进行实验。
实验中凡是观察到的现象都必须如实记录。
实验完成后，应及时撰写实验报告交给教师。
二、实验室规则为了保证实验的正常进行和培养良好的实验作风，必须遵守下列规则：1．实验前应做好预习，明确实验目的和要求，了解实验步骤和方法。
2．实验室内应保持安静和整洁。
注意安全，爱护仪器，节约药品，水和电等。
3．实验时遵从教师指导。
实验过程中应思想集中，认真小心地进行操作，严格遵守操作规程。
4．实验完毕后，应把实验台、仪器和药品整理干净，关严水龙头，拉开电闸，关好门窗。
实验一：地球历史上的成煤期和成煤作用2 学时一：目的要求：在中国煤炭科技博物馆的自然陈列馆仔细观察各个展馆的实物标本、图片、表格和视频展示，并认真做好笔记。
重点学习地球历史上生物的进化、成煤期、成煤作用的基本特征，并观察不同煤级各类煤标本，记录其物性特征。
二、实验内容：（一）地球厅和生命起源与进化厅：了解地球的历史演化进程、植物出现的地质年代、板块构造与成煤盆地的关系等等。
要求详细记录地球历史上的主要成煤期，时间段、对应的植物进化情况和古地理概况。
（二）矿物岩石与煤及其他矿产资源厅：通过认真观察图片资料、实物标本和相关视频，详细记录影响成煤作用的主要因子、煤种沉积构造环境的关系，特别是不同煤级的煤标本的宏观特征。
特别是褐煤、烟煤、无烟煤的物性差异和内在联系。
实验二：宏观煤岩类型实习 4 学时一、目的要求：观察各种牌号煤的标本、描述其岩石学特征；要求记录观察到的各种煤岩标本物性特征。
二、实验内容：（一）腐植煤的宏观煤岩类型腐植煤的宏观煤岩类型是用肉眼可以区分的煤的基本组成单位，包括：镜煤、亮煤、暗煤和丝炭。
[小学](煤矿)地质学认识实习指导书(fan).docx
地质学认识实习指导书(fan).docx](https://img.taocdn.com/s3/m/5e029566b52acfc788ebc929.png)
《煤矿地质学》认识实习指导书一、太原西山西铭矿一七里沟野外教学路线踏勘路线：学校f南寒f斜坡f西铭矿f七里沟f骆驼脖沟"原路返回观测内容：太原西山月门沟煤系。
No.l点位：西铭矿食堂大烟囱以北50米，电车道旁。
点性：C2b / O2f接触关系以及C2b第一段的岩性、岩相特征。
内容：回顾华北古生代地层特征。
中奥陶世后，华北地区地壳整体抬升，成为陆地，遭受剥蚀，历经人约1.5亿年，致使缺失地层03、S、D、G，肓到中石炭世才又复下沉，再度接受新的沉积。
02主要为灰色、深灰色厚层致密状石灰岩夹白云岩和薄层泥灰岩，顶部夹有两层石膏层，含动物化石头足类珠介石。
由于长期风化剥蚀，顶面形成凹凸不平的剥蚀面，非常明显，与上覆地层C2b 呈平行不整合接触关系。
平行不整合接触关系特征：新老地层平行接触产状一致，但其间存在明显的剥蚀血，表明沉积或长或短有间断，地层或多或少冇缺失，剥蚀面上冇底砾岩。
它表明地壳发生了上升（剥蚀）、下降（沉积）的过程。
其意义在于：有助于我们了解该地区地质构造运动的性质和时代，是划分地层、建立地层顺序的重要依据；同吋，剥蚀而是地质发展阶段性的一个重要标志，它是个软弱带，成矿带，并且还是储汕储水的良好场所。
上覆地层C2b平行不整合于。
2灰岩之上，根据沉积特征分为两段：下部一铁铝岩段，6—8米；上部一畔沟段，16米。
铁铝岩段主要由红褐色、褐黄色的铁铝岩、浅灰口色的铝土岩、灰屮带红色的铝土质页岩、细砂岩、粉砂岩和粘土矿组成。
铁铝岩工业类型叫“山西式恢矿”，即褐铁矿。
黄褐色，多孔状、块状或土状，硬度随含铁量多少而有所变化，2-5,含铁量较低。
铝七岩灰白色，鲫状、豆状结构，能否成为工业矿床，需看AI2O3的含最，若人于40%,即为铝土矿；或者铝硅比值大于2.6,称为“G层铝土矿”。
沉积环境为滨海相、泻湖相，由于风化林滤作用，使Fe2O3> AI2O3富集起来，因其胶体带电，与海水发生化学反应，于是沉积下来，鲫状、豆状结构是受到波浪、潮汐的影响所致。
煤矿开采实验室—实验指导书
煤矿开采实验室—实验指导书实验1 倾斜分层采煤法、煤层群巷道布置课时：2个学时服务课程：煤矿开采学一、实验目的介绍倾斜分层采煤法、煤层群巷道布置的特点，借助模型使学生对倾斜分层采煤法、煤层群巷道布置有更为直观的认识，从而能独立完成类似煤层巷道的设计。
二、原理说明倾斜分层采煤法巷道布置和煤层群巷道布置是类似的，只不过倾斜采煤法是在采区内布置运输上山和轨道上山，将厚煤层分层通过运输上山和轨道上山系统来实现开采；煤层群一般是在最下层煤（岩石）中布置运输上山和轨道上山，将上部煤层通过最下面布置的运输上山和轨道上山来实现开采。
三、实验设备倾斜分层采煤法、煤层群巷道布置模型。
四、实验内容1）讲解模型中巷道布置的特点；2）讲解模型中系统的通风、运煤、运料线路；3）启动模型，演示通风、运煤、运料线路。
五、实验注意项本实验主要是讲解和演示的结合，教师和实验室人员负责答疑和进行操作，学生以观察、询问为主。
实验应按操作说明进行，未经许可学生不得操作试验模型上的装置和仪器。
开启和关闭模型应按下列顺序进行：1）启动模型系统控制台；2）打开通风模型控制台电源；3）关闭通风模型控制台电源；4）打开运煤模型控制台电源；5）关闭运煤模型控制台电源；6）打开运料模型控制台电源；7）关闭运料模型控制台电源；8）关闭模型系统控制台。
六、思考题1）倾斜分层采煤法、煤层群巷道布置与单一煤层开采巷道布置有何区别？2）倾斜分层采煤法巷道布置和煤层群巷道布置主要适用于哪些煤层？3）区段分层平巷与集中平巷的联系方式种类，说明其应用条件？七、实验报告根据实验模型，徒手绘制倾斜分层采煤法、煤层群巷道布置平面图和剖面图，并对各个巷道名称加以标注。
实验2 近水平煤层开采课时：1个学时服务课程：煤矿开采学一、实验目的介绍近水平煤层开采的特点，借助模型使学生对近水平煤层开采巷道布置有更为直观的认识，掌握近水平开采的特点，从而能独立完成类似煤层开采方案的设计。
实验二 压汞实验【中国矿业大学《煤层气地质学》(傅教授课件)】
实验二压汞实验一、实验目的掌握煤孔径测量的方法；掌握各孔径段比孔容、比表面积的统计方法。
二、实验内容1、压汞法的测试原理煤中孔隙空间由有效孔隙空间和孤立孔隙空间构成，前者为气、液体能进入的孔隙，后者则为全封闭性“死孔”。
使用汞侵入法能测得>7.2nm以上的孔隙。
压汞法是基于毛细管现象设计的，由描述这一现象的Laplace方程表示。
在压汞法测试煤孔隙过程中，低压下，水银仅压入到煤基质块体间的微裂隙，而高压下，水银才压入微孔隙。
为了克服水银和固体之间的内表面张力，在水银充填尺寸为r的孔隙之前，必须施加压力p(r)。
对园柱形孔隙，p(r)和r的关系满足著名的Wash burn方程，即：p(r)＝（－4δcosθ/r）×10式中：p(r)—外加压力，MPa；r—煤样孔隙直径，nm；δ—金属汞表面张力；480dyn/cm；θ—金属汞与固体表面接触角（θ=140°）。
压汞实验中得出的孔径与压力的关系曲线称为压汞曲线或毛细管曲线，测出各孔径段比孔容和比表面积及排驱压力（是指压汞实验中汞开始大量进入煤样时的压力，或者是非润湿相开始大量进入煤样最大喉道的毛细管压力，亦称入口压力）、饱和度中值压力（毛细管曲线上饱和度为50%所对应的毛细管压力）、饱和度中值半径（饱和度中值压力对应的孔隙半径）等参数。
2、样品及测试条件采用美国MICROMERITICS INSTRUMENT 公司9310型压汞微孔测定仪,仪器工作压力0.0035~206.843MPa，分辨率为0.1mm3，粉末膨胀仪容积为5.1669 cm3，测定下限为孔隙直径7.2nm，计算机程控点式测量，其中高压段（0.1655≤p ≤206.843MPa）选取压力点36个，每点稳定时间2s，每个样品的测试量为3g左右。
手选纯净的煤样，统一破碎至2mm左右，尽可能地消除样品中矿物杂质及人为裂隙和构造裂隙对测定结果的影响。
上机前将样品置于烘箱中，在70~80℃的条件下恒温干燥12h，然后装入膨胀仪中抽真空至p<6.67Pa时进行测试，测出各孔径段比孔容和比表面积。
煤层气实习报告《新版》
晋城职业技术学院2011届矿业工程系煤层气抽采技术顶岗实习报告班级：煤层气抽采技术五班姓名：杨春江学号：1104763547指导教师：崔灏企业指导老师：杨晓东实习单位：山西蓝焰煤层气集团有限责任公司嘉能项目部2013年12月22日关于在山西蓝焰煤层气集团有限责任公司嘉能项目部的顶岗实习报告城煤业集团下属的专门从事煤层气地面开发和煤田地质勘探的子公司。
公司成立于2003年8月16日，注册资金100188.96万元，现驻地沁水县嘉峰镇。
公司下设15个职能部室，3个党群部门，15个生产区队和5个子公司（漾泉蓝焰煤层气有限责任公司、山西蓝焰煤层气工程研究有限责任公司、山西沁盛煤层气作业有限责任公司、庆阳蓝焰煤层气有限责任公司、山西西山蓝焰煤层气有限责任公司），现有员工2073人。
公司拥有固体矿产勘查（乙级）、气体矿产勘查（乙级）资质、地质钻探（乙级）资质，可完成煤层气开发工程的井网布置、钻井、压裂、排采、修井等工艺的设计与施工。
成立以来，公司坚持走科技创新的新型工业化之路，以项目建设带动、培养出了一批国内顶尖的煤层气工程技术人员和专家，突破了煤层气地面抽采的无烟煤“禁区”，率先创立了“采煤采气一体化”的煤矿瓦斯治理新模式，形成了一套完善的、具有独立自主知识产权的煤矿区煤层气采前地面预抽技术体系，解决了井下瓦斯抽采受时间、空间等条件限制的问题，为我国煤炭矿区瓦斯综合治理、保证高瓦斯矿井安全生产探索出了一条新的有效途径。
目前，公司累计建设完成煤层气地面抽采井3000余口，日抽采气量突破330万立方米，年抽采能力15亿立方米，地面煤层气抽采总量占到全国的60.7％，一举成为目前国内规模最大煤层气开发企业。
煤层气产品销往全国7个省、20多个地市，供应煤层气燃料车7500台、民用15万户40万人、工业用气40-50万方/天，煤层气开发利用为城市建设“蓝天碧水”工程、提高居民生活质量做出了积极的贡献。
如今，公司全体员工正以昂扬的斗志，坚定“不怕榜上无名，坚信脚下有路”的企业精神和“企业做强，员工做富，环境做美”的发展之路，朝着“气化山西，年产百亿”的宏伟目标奋进。
实验一 煤层宏观特征的识别【中国矿业大学《煤层气地质学》(傅教授课件)】
实验一煤层宏观特征的识别一、实验目的掌握腐殖煤中、低变质程度烟煤的宏观物理特征；掌握腐殖煤硬煤的四种宏观煤岩成分和四种宏观煤岩类型的特征和鉴别方法；掌握腐殖煤硬煤光泽岩石类型的划分标志及鉴别方法；了解硬煤宏观结构、构造特点。
二、实验内容（一）腐殖煤硬煤宏观煤岩成分腐殖煤硬煤的四种煤的岩石类型(Lithotype)也可以叫做煤的拼分(ingredints)，在国内习惯上称为宏观煤岩成分，是用肉眼可以区分出来的煤岩条带，是组成煤的基本单位，包括镜煤(vitrain)、丝炭(fusain)、亮煤(clarain)和暗煤(durain)，Stopes对四种宏观煤岩成分的原始描述如下：镜煤：粘着、光滑和均一的整体，具光泽，甚至可以是呈玻璃状的物质。
亮煤：在与层理面垂直的断面上，具有一定轮廓的平滑表面，这些表面具有明显的光泽或闪亮可以辨认出是呈原生条带状。
暗煤：坚硬致密，肉眼下表现为颗粒状结构，无真正平滑的断口，总是呈现为暗淡无光泽的凹凸不平的表面。
丝炭：主要呈碎片或楔形物产出，由易破碎成粉末、易剥离且有纤维状的束缕状物组成。
除上述四种成分外，曾有人提出过暗亮煤(duroclarain)和亮暗煤(clarodurain)的术语(如Cady，1942)，用以描述介于亮煤和暗煤之间的煤岩类型，前者接近与亮煤，后者接近与暗煤。
划分煤岩成分时应注意下列事项：1 只有条带厚度大于3～5mm时，才能单独构成一个煤岩成分，小于这个厚度则应与相邻的条带归为一个煤岩成分。
2 肉眼条件下划分煤岩成分与显微镜下所鉴定的显微煤岩类型之间具有一定的联系，但没有完全必然的联系，一般说来，单元组分的煤岩成分（镜煤和丝炭）可以对应与相应的显微煤岩类型（微镜煤和微惰煤），但复组分的煤岩成分（亮煤和暗煤）却往往由一个以上的不同的显微煤岩类型构成。
（二）腐殖型硬煤光泽岩石类型在实际工作中，采用Stopes-Heerlen系统中的四种煤岩成分来作宏观描述时，由于Stopes四种煤岩成分的单层往往太薄，通常只有几个毫米厚，那么严格用Stopes术语所做的描述会极为详细，对煤层，特别是厚煤层进行宏观描述时不大可能划分得如此详细。
实验五 煤储层的解吸特征【中国矿业大学《煤层气地质学》(傅教授课件)】
实验五煤储层的解吸特征煤储层的三元孔、裂隙结构决定了煤层甲烷解吸动力学的阶段性，在排水降压作用下，煤储层宏观裂隙内压降较快，显微裂隙、大孔隙次之，而微孔隙则压降缓慢。
当储层压力低于临界解吸压力以后，甲烷首先在宏观裂隙内开始解吸，然后依次是显微裂隙、大孔隙、微孔隙。
煤层甲烷不断由吸附相变成游离相。
解吸与吸附作用几乎是完全可逆的过程，同样可用Langmuir 等温吸附定理来描述。
当煤储层压力降低到一定程度，煤中被吸附的甲烷开始与微孔表面分离，这个过程叫解吸。
解吸是煤中吸附气由于储层压力降低而转变成游离气体的过程，在压降过程中，吸附/解吸动态平衡结果是造成吸附量减少。
煤储层解吸特性常用可解吸率或可解吸量和解吸速率来衡量，解吸总量由阶段解吸量组成，解吸速率往往采用吸附时间来定量表示。
一、解吸率与解吸量我国煤层气井和美国煤层气解吸资料由3部分构成，即逸散气量、解吸气量（解吸至一周内平均每天小于10cm3时为止）、残余气量。
逸散气量、解吸气量之和为可解吸量，其与总含气量之比称为可解吸率。
我国前期煤田地质勘探资料，瓦斯（煤层气）解吸资料多由四部分构成，即损失气量（V1）、现场两小时解吸量（V2）、真空加热脱气量（V3）和粉碎脱气量（V4）。
通常，将损失气量与解吸气量之和与总气量之百分比称为解吸率，解吸率与该深度下实际含气量的乘积称为解吸量。
沁水盆地中南部煤储层的解吸特性变化较大，煤层甲烷解吸率分布范围为15.6 ～68.0%（表5-5），平均为37.82%，其中，3煤解吸率、解吸量基本上随埋深增加而增大（图5-16）；15煤在埋深500m左右解吸率最高（图5-17）。
层域上，15煤解吸率、解吸量大于3煤，3煤平均解吸率为30.9%，15煤平均为37.8%，区域上，屯留、大宁解吸率最低，樊庄次之，但大宁、樊庄、屯留井田含气量大，二、吸附时间吸附时间表示甲烷通过煤基质块进入裂隙的扩散时间。
由罐装煤样解吸实验求得，定义为实测解吸气体体积累计达到总解吸气量（STP：标准温度、压力）的63%时所对应的时间。
实验四 煤储层的解吸特征【中国矿业大学《煤层气地质学》(傅教授课件)】
实验四 煤层气的解吸特征一、实验目的掌握解吸法测试煤层气含量的方法；掌握损失气（逸散气）的推算方法；掌握吸附时间的计算方法。
二、实验内容1.逸散气量（损失气量）的推算逸散气量（损失气量）与取心至样品密封解吸罐中所需时间有关, 取心、装罐所需时间越短, 则计算的逸散气量（损失气量）越准确。
当逸散气量（损失气量）不超过总含气量的20%时, 直接法所测的含气量比较准确。
解吸气和逸散气（损失气量）是煤层气的可采部分, 因此准确测定逸散气（损失气量）至关重要。
美国矿业局采用的直接法计算逸散气的理论依据是：煤体内的空隙是球形的, 且孔径的分布是单峰的, 气体在孔隙中的扩散是等温的且服从菲克第一定律, 所有孔隙中气体的初始浓度相同, 球体的边界处浓度为零。
则解吸最初几个小时释放出的气体与解吸时间的平方根成正比, 总的解吸量可由下式表示：01t t a V V ++=总式中: —总解吸量, ml ； —逸散气量, ml ；—系数； —解吸罐解吸时间, min ； —逸散时间, min 。
令 , 则上式写为:aT V V +=1总 其中实测解吸气量 。
由此在解吸气量与时间的平方根的图中（一般取前10个点）, 反向延长到计时起点, 即可估算出逸散气量（图4-1）。
图4-1 逸散气量的估算直接法的计时起点与钻井液类型有关, 对于气相或雾相取心, 假设取心筒穿透煤层即开始解吸, 损失时间（逸散时间）为取心时间、起钻时间和样品到达地面后密封在解吸罐中之前时间的总和。
对于清水取心, 假设当岩心提到距井口一半时开始解吸, 这种情况下, 损失时间为起钻时间的一半加上地面装罐之前的时间。
2.吸附时间的计算吸附时间通常由煤样的自然解吸实验（美国的直接法）来确定。
1）计算累计达到总解吸气量的63%时所对应的气体体积V 63%=总解吸气量（STP ）×63% 2）计算累计达到总解吸气量的63%时所对应的时间在煤样的自然解吸实验中找到该样品累计达到总解吸气量的63%时所在的时间区间t1和t2, 其所对应的累计解吸量为Vt1和Vt2, 则:121%63121)(t t t V V V V t t t --⨯-+=τ三、实验报告根据煤样的自然解吸实验（美国的直接法, 表4-1, 煤层段为清水钻进）推算损失气（逸散气）含量和计算吸附时间。
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2章煤层气储层孔、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孔径分布的方法。
（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张性为主外生裂隙可以是张性、剪性及张剪性等。
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。
第七章 煤层气地质录井、气测录井技术
C1 C 2 Td12 Td 22 t0 H1 H2 Q 4Q 4Q
式中： C1和C2——分别代表钻杆和钻铤的内容积， m3 ； Q——钻井液泵排量， m3 /s； d1和d2——分别为钻杆和钻铤的内径， m； H1和H2——分别为钻杆和钻铤的长度，m；
（7-2）
7.1 地质录井技术
煤的构造是指煤成分之间的空间排列和分布特点以及它们之间的 相互关系。煤是一种沉积岩，煤最重要的构造标志是层理。按层理特 征又分为层状构造和块状构造。
（k）含油气性 前已述及，不在重复。
7.1 地质录井技术
2、岩屑录井 地下的岩石被钻头钻碎后，随钻井液被带到地面上，这样的岩石碎块称 为岩屑。如果是煤碎块，称为煤屑。
第七章 煤层气地质录井、气测录井技术
• 地质录井技术 • 气测录井技术 • 资料的录取与总结
7.1 地质录井技术
在煤层气勘探过程中，通过地面地质调查和地球物理勘探 可以认识有利含煤区和有利构造，但必须通过钻井和试气才能 证实煤层气藏有无工业性开采价值。地质、气测录井工作的任 务是在钻井过程中取全取准各项直接反映地下地质情况的原始 资料和数据，为煤层气评价提供可靠的第一性资料，同时决定 该井有无试气价值。 1、岩心录井 岩心是最直接最可靠反映地下地质特征的第一性资料。通 过岩心分析，可研究钻遇煤层及其顶底板的岩性、物性、电性、 含油气性，掌握煤层的生气特征及其地球化学指标，分析沉积 环境，认识构造和断裂发育情况，是煤层气勘探综合评价的依 据。
在钻井过程中地质人员按照一定的取样间距和迟到时间，连续收集与观 察岩屑，并恢复地下地质剖面的过程的称为岩屑录井。具有低成本、简单易 行、了解地下情况及时和资料系统性强等优点。 （一）选取有代表性的岩屑
煤矿地质学实验指导共10页word资料
《煤矿地质学》实验指导书资源与地球科学学院二O一三年三月目录实验一常见矿物的肉眼鉴定实验二火成岩的肉眼鉴定实验三沉积岩变质岩的肉眼鉴定实验四煤的肉眼鉴定实验五古生物化石肉眼鉴定实验六读水平岩层地区地质图并作剖面实验七读倾斜岩层地区地质图并作剖面实验八读褶皱地区地质图并作剖面实验九编制勘探线剖面图实验十编制煤层顶板等高线图——剖面法实验十一编制断煤交线图和水平切面图实验一常见矿物的肉眼鉴定一、目的与要求1. 通过观察，了解矿物形态和物理性质。
2. 通过观察，熟悉和掌握矿物的描述、鉴定方法。
3. 掌握常见矿物的基本鉴定特征。
二、实验内容石墨、黄铁矿、滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、斜长石、石英、方铅矿、普通角闪石、黑云母、白云母、普通辉石、高岭石、橄榄石、石榴子石、黄铜矿、赤铁矿、磁铁矿三、观察与描述内容观察和描述矿物标本以如下顺序进行：单体形态、集合体形态、颜色、条痕色、透明度、光泽、解理（包括组数、完全程度）、断口、硬度（用小刀、指甲刻划比较）、比重（用手掂重）、最后命名。
四、注意事项1. 实验前注意复习有关内容。
2. 观察时注意相似矿物之间的比较。
五、作业1. 描述部分标本。
2. 比较黄铁矿和黄铜矿的区别？实验二火成岩的肉眼鉴定一、目的与要求1. 通过实验认识常见的火成岩的结构、构造。
复习常见火成岩的造岩矿物的鉴定特征以及火成岩类型及其特征（见教材71页表2－4）。
2. 掌握火成岩的观察、鉴定和描述方法，了解火成岩命名方法。
3. 通过观察，了解常见火成岩的宏观鉴定特征。
二、实验内容观察以下标本，并做好观察记录：超基性岩类：橄榄岩基性岩类：辉长岩、玄武岩中性岩类：闪长岩、安山岩酸性岩类：花岗岩、流纹岩三、观察与描述内容观察、鉴定辉长岩标本时，按以下顺序进行观察和描述，最好利用表格形式：颜色、结构、矿物成分及其百分含量、其它特点（如次生变化、孔洞、裂隙等）、命名。
四、作业描述上述标本实验三沉积岩变质岩的肉眼鉴定一、目的与要求1. 通过实验认识常见的沉积岩和变质岩的结构、构造。
煤层气实验测试技术与方法
GB/T15224.1——2004
（三）煤的挥发分
1、测定方法
粒级 <0.2mm ad 1g 隔绝空气 900 ±10 ℃ 7min 煤样减轻的质量占原煤质量的百分数，减去煤的M ad . 测得V ad ，挥发分产率是一个固定值，与水分、灰分无关
Vdaf Vad
100 ,% 100 M ad Aad
煤层气 实验测试技术与方法
傅雪海 中国矿业大学
二OO九年十一月二十六日
目录
一、煤质分析基础 二、煤岩学研究基础 三、煤的孔裂隙测试分析
四、煤层气吸附/解吸测试技术
一、煤质分析基础
（一）概述
有机质：主要由C、H、O、N、S等元素组成，是复杂的
高分子有机化合物，是煤的主要组成部分；
无机质：包括矿物杂质和水分，它降低了煤的利用价值。
燃烧法 粒级 <0.2mm ad 0.2g O2 CaCl2· 2H2O (吸H2O) 2H2O+CaCl2
CO2+2NaOH
4SO2+4PbCrO4 4SO3+4PbCrO4
Na2CO3+H2O
(吸CO2)
4PbSO4+2Cr2O3+O2↑ (除 S) PbSO4+2Cr2O3+3O2↑ (除S )
（2）煤中硫对煤利用的影响 （3）煤中硫的测定方法
① 煤中全硫含量的测定(St%) 高温燃烧法：粒级 <0.2mm ad 0.5克， 1250℃煤中各 种硫变成SO2和SO3，通入H2O2溶液中，氧 化为H2SO4 ，以标准的NaOH溶液滴定生成 的H2SO4，便可计算出煤中的全硫含量。
重量法：粒级 <0.2mm ad 1克， 850℃ 与2g艾什卡试剂混合（Na2CO3：MgO=1：2)， 在850℃下燃烧，煤中各种硫变成SO2和SO3，并 与艾氏剂反应生成Na2SO4和MgSO4，加入BaCl2 溶液，即生成BaSO4沉淀，称取BaSO4的质量 ， 即可计算出全硫含量。
煤层气地质学
煤 层 气 资 源 总 量
经 济 的
非经 济的 不可采 地质及工程 控制
经 经 经 济 技 济技 济 技 技潜 技推 术在 术测 可 术 可术 地 可 术 地 采 可 采可 质 采 可 地 可资 资 可资 资 采 采 质 储 采 储采 储 储 采 质 资源 源 资源 源 储 量 储 量 储 量 量 储 储 （量 量 源 量 量 赋存于地下煤储层及其围岩中的甲烷（包括重烃） 赋存于地下煤储层及其围岩中的甲烷源 包括重烃） 量 量 量 量 量 量 量 估算量。 估算量。
ZK2505
三、中国煤层矿业学院（ 焦作矿业学院（1987） ） 李明潮等（ 李明潮等（1990） ） 地矿部石油地质研究（ 地矿部石油地质研究（1990） ） 张新民等（1991） 张新民等（ ） 中国统配煤矿总公司（ 中国统配煤矿总公司（1992） ） 段俊琥（ 段俊琥（1992） ） 张新民等（ 张新民等（1995） ） 叶建平等（ 叶建平等（1998） ） 张新民等（ 张新民等（2000） ） 国土资源部 国家发改委（ 国家发改委（2006） ） 资源量（ 资源量（1012m3） 原地 31.92 32.15 10.6～25.2 ～ 30～35 ～ 24.75 36.30 32.68 14.34 31.46 36.81 10.87 未包括褐煤和藏、 未包括褐煤和藏、粤、闽、台地区，以及南方C1、P1 台地区，以及南方 煤层 未包括浅部煤层气含量小于4m 的区域 未包括浅部煤层气含量小于 3/t的区域 未包括褐煤和藏、 未包括褐煤和藏、粤、闽、台地区，以及南方P1煤层 台地区，以及南方 未见正式资料 未包括褐煤和藏、粤、闽、台地区，及南方C1、P1煤 未包括褐煤和藏、 台地区，及南方 层 全国所有可采煤层中可回收的煤层气量 技术可采 全国所有可采煤层 全国所有可采煤层 计算范围
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《煤层气地质学》实验指导书课程建设组资源与地球科学学院2006年10月目录实验一煤层宏观特征的识别 (1)实验二压汞实验 (3)实验三等温吸附实验 (5)实验四煤层气解吸实验 (9)实验一煤层宏观特征的识别一、实验目的掌握腐殖煤中、低变质程度烟煤的宏观物理特征；掌握腐殖煤硬煤的四种宏观煤岩成分和四种宏观煤岩类型的特征和鉴别方法；掌握腐殖煤硬煤光泽岩石类型的划分标志及鉴别方法；了解硬煤宏观结构、构造特点。
二、实验内容（一）腐殖煤硬煤宏观煤岩成分腐殖煤硬煤的四种煤的岩石类型(Lithotype)也可以叫做煤的拼分(ingredints)，在国内习惯上称为宏观煤岩成分，是用肉眼可以区分出来的煤岩条带，是组成煤的基本单位，包括镜煤(vitrain)、丝炭(fusain)、亮煤(clarain)和暗煤(durain)，Stopes对四种宏观煤岩成分的原始描述如下：镜煤：粘着、光滑和均一的整体，具光泽，甚至可以是呈玻璃状的物质。
亮煤：在与层理面垂直的断面上，具有一定轮廓的平滑表面，这些表面具有明显的光泽或闪亮可以辨认出是呈原生条带状。
暗煤：坚硬致密，肉眼下表现为颗粒状结构，无真正平滑的断口，总是呈现为暗淡无光泽的凹凸不平的表面。
丝炭：主要呈碎片或楔形物产出，由易破碎成粉末、易剥离且有纤维状的束缕状物组成。
除上述四种成分外，曾有人提出过暗亮煤(duroclarain)和亮暗煤(clarodurain)的术语(如Cady，1942)，用以描述介于亮煤和暗煤之间的煤岩类型，前者接近与亮煤，后者接近与暗煤。
划分煤岩成分时应注意下列事项：1只有条带厚度大于3～5mm时，才能单独构成一个煤岩成分，小于这个厚度则应与相邻的条带归为一个煤岩成分。
2肉眼条件下划分煤岩成分与显微镜下所鉴定的显微煤岩类型之间具有一定的联系，但没有完全必然的联系，一般说来，单元组分的煤岩成分（镜煤和丝炭）可以对应与相应的显微煤岩类型（微镜煤和微惰煤），但复组分的煤岩成分（亮煤和暗煤）却往往由一个以上的不同的显微煤岩类型构成。
（二）腐殖型硬煤光泽岩石类型在实际工作中，采用Stopes-Heerlen系统中的四种煤岩成分来作宏观描述时，由于Stopes四种煤岩成分的单层往往太薄，通常只有几个毫米厚，那么严格用Stopes术语所做的描述会极为详细，对煤层，特别是厚煤层进行宏观描述时不大可能划分得如此详细。
鉴于上述原因，在实际工作中就产生了更大级别的宏观划分方法。
苏联煤岩工作者按“平均光泽”划分出光亮型煤、半亮型煤、半暗型煤和暗淡型煤四种类型，叫做“煤的光泽岩石类型”或“宏观煤岩类型”，该宏观描述术语系统在国内至今仍在广泛使用（表1-1）。
表1-1硬煤的宏观煤岩类型（光泽岩石类型）煤岩类型+亮煤含量光亮型煤、亮煤半亮型煤、亮、暗煤，夹丝炭半暗型煤，有亮煤暗淡型煤划分宏观煤岩类型（光泽岩石类型）时应注意下列事项：1只有煤级和成因类型相同的煤才能进行平均光泽强度的比较，仅仅比较光泽的相对强度，不涉及到具体的光泽特征。
2划分依据：①不同煤条带的平均光泽强度；②宏观煤岩成分的相对含量，显微组分是微观特征，仅作为一种辅助标志。
3以光泽强度最强的镜煤条带作为比较平均光泽强度的标准。
4划分光泽岩石类型的最小分层厚度是3～10厘米，视具体的研究目的而定。
5每一光泽岩石类型还可以根据结构、构造等特征进一步细分。
（三）煤的结构和构造1、煤的结构(texture)煤的结构是指煤的组成成分的各种特征，包括形态、厚度、大小、植物组织残迹以及它们之间的数量关系变化等，依据观察方法的不同，可分为宏观结构和显微结构；依据成因又可分为原生结构（泥炭化时期形成的）和次生结构（煤化作用期间在构造运动等外力下形成的）两类。
宏观的原生结构常见的有：条带状结构、线理状结构、透镜状结构、均一状结构、粒状结构、致密状结构、叶片状结构、木质结构、纤维结构等。
煤的结构往往不是单一的，常见的几种结构同时存在，如细条带～线理状结构、透镜状～线理状结构。
构造煤中可以见到各种次生的宏观结构，如碎裂结构（煤被密集的次生裂隙相互交切成碎块，但碎块之间基本没有位移）、碎粒结构（主要粒径>1mm，大部分煤粒由于相互间摩擦已失去棱角）、糜棱结构（煤已成较细的粉末，主要粒径<1mm，有时被重新压紧）。
2、煤的构造(structure)煤的构造是指煤的组成成分在空间的排列和分布特点以及它们之间的相互产出关系，它们与煤的组成成分的自身特点无关，而与泥炭的堆积环境和煤化程度有关，煤的构造同样也可分为宏观和微观，以及原生和次生大类。
煤的原生宏观构造包括层状和块状两种，层状构造反映成煤沼泽中水流的活动状态，而块状构造则表明成煤沼泽的滞留状态。
由于构造变动而形成的构造煤中具有滑动镜面、鳞片状构造、揉皱状构造等次生的宏观构造。
三、实验报告交“煤岩成分、光泽岩石类型观察描述报告”描述它们的主要特征并画图表示。
实验二压汞实验一、实验目的掌握煤孔径测量的方法；掌握各孔径段比孔容、比表面积的统计方法。
二、实验内容1、压汞法的测试原理煤中孔隙空间由有效孔隙空间和孤立孔隙空间构成，前者为气、液体能进入的孔隙，后者则为全封闭性“死孔”。
使用汞侵入法能测得>7.2nm以上的孔隙。
压汞法是基于毛细管现象设计的，由描述这一现象的Laplace方程表示。
在压汞法测试煤孔隙过程中，低压下，水银仅压入到煤基质块体间的微裂隙，而高压下，水银才压入微孔隙。
为了克服水银和固体之间的内表面张力，在水银充填尺寸为r的孔隙之前，必须施加压力p(r)。
对园柱形孔隙，p(r)和r的关系满足著名的Wash burn方程，即：p(r)＝（－4δcosθ/r）×10式中：p(r)—外加压力，MPa；r—煤样孔隙直径，nm；δ—金属汞表面张力；480dyn/cm；θ—金属汞与固体表面接触角（θ=140°）。
压汞实验中得出的孔径与压力的关系曲线称为压汞曲线或毛细管曲线，测出各孔径段比孔容和比表面积及排驱压力（是指压汞实验中汞开始大量进入煤样时的压力，或者是非润湿相开始大量进入煤样最大喉道的毛细管压力，亦称入口压力）、饱和度中值压力（毛细管曲线上饱和度为50%所对应的毛细管压力）、饱和度中值半径（饱和度中值压力对应的孔隙半径）等参数。
2、样品及测试条件采用美国MICROMERITICS INSTRUMENT公司9310型压汞微孔测定仪,仪器工作压力0.0035~206.843MPa，分辨率为0.1mm3，粉末膨胀仪容积为5.1669 cm3，测定下限为孔隙直径7.2nm，计算机程控点式测量，其中高压段（0.1655≤p ≤206.843MPa）选取压力点36个，每点稳定时间2s，每个样品的测试量为3g左右。
手选纯净的煤样，统一破碎至2mm左右，尽可能地消除样品中矿物杂质及人为裂隙和构造裂隙对测定结果的影响。
上机前将样品置于烘箱中，在70~80℃的条件下恒温干燥12h，然后装入膨胀仪中抽真空至p<6.67Pa时进行测试，测出各孔径段比孔容和比表面积。
3、孔隙大小分级煤的孔径结构划在国内煤炭工业界应用最为广泛的是Χoдoт（1961）的十进制分类系统（表2-1），Gan（1972）和国际理论与应用化学联合会（IUPAC，转引自Walker，1988）基于煤吸附特性的分类系统则较普遍地见诸国外煤物理和煤化学文献。
此外，傅雪海（2001）基于煤层气的运移特征，进行过煤孔径结构的分形分类与自然分类，以孔半径75nm为界，划分出>75nm的渗流孔隙和<75nm 的吸附孔隙。
表2-1煤孔径结构划分方案比较单位：直径，nmΧo дo т（1961）(1966)（1978）(1972)(1991)（1991），＜10，＜2，＜2，＜1.2，＜5，＜10，10~100，5~50，10~50，100~1000，2~20,2~50,1.2~30，50~500，50~750，＞1000，＞20，＞50，＞1000，500~7500，＞1000三、实验报告根据表2-2中的数据统计煤比孔容和比表积分布，并将其填入表2-3、表2-4中。
表2-2压汞实验原始数据MICROMERITICS PORE SIZER 9310PRESSURE PSIAPRESSURE PSIADIAMETERumINTR.VOLUMEcc/g SURFACE AREA m 2/g VOLUME dV/dD cc/g ·umINTR.VOLUMEcc/g 1.934.595.27.11113.115.117.220.121.323.2273240506999153197304410PRESSUREPSIA PRESSUREPSIADIAMETERumINTR.VOLUMEcc/gSURFACEAREAm2/gVOLUMEdV/dDcc/g·umINTR.VOLUMEcc/g499610807656101412371616203225363032352040164528500860488000013890249984120081300014024150401751220000249682899225000 4.20.0028 200000.0023 175360.0018 150400.0005 139920.0018 130483119840.0014 100160.0005 90800.0014 80640.0018 6984060.0005 60080.0014 5040PRESSUREPSIA PRESSUREPSIADIAMETERumINTR.VOLUMEcc/gSURFACEAREAm2/gVOLUMEdV/dDcc/g·umINTR.VOLUMEcc/g450440320.0009 352029920.0009 24880.0009 206415960.0005 11889470.0014 802628502389301201148960.0009 72510.0005 160.0009 201148960.0009 72510.000516.60.0009 SAMPLEINSTRUMENTPENETROMETER NUMBERINTRUSION（PRESSURIZATION）DATA SUMMARYINTRUSION VOLUME=0.1135cc/gTOTAL PORE ARAR=30.2168m2/gMEDIAN PORE DIAMETER（VOLUME）=0.0140 umMEDIAN PORE DIAMETER（AREA）=0.0099 umA VERAGE DIAMETER（4V/A）=0.0150umBULK DENSITY=1.1550 g / ccAPPARENT（SKELETAL）DENSITY=1.3292 g / ccCAPILLARY=42.3668%表2-3煤样孔容基本数据／10－4cm3·g-1／100％地层号层1234t1／V t2／V t3／V t4／V t注：V－孔容；V1－大孔（Ф＞1000nm）；V2－中孔（1000nm>Ф>100nm）；V3－过渡孔（100nm>Ф>10nm）；V4－微孔（10nm>Ф>7.2nm），V t－总孔容表2-4煤样孔表面积基本数据／m2·g-1／％样号层层1234t1／S t2／S t3／S t4／S t注：S－孔表面积；S1－大孔（Ф＞1000nm）；S2－中孔（1000nm>Ф>100nm）；S3－过渡孔（100nm>Ф>10nm）；S4－微孔（10nm>Ф>7.2nm），S t－总表面积。