第五章煤层气储层压力、吸附、解吸特征

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煤层气的藏保存条件及其吸附性分析

煤层气藏保存条件煤层气藏定义：含有一定量煤层气，具有相对独立流体流动系统的煤体或地质体。

即煤层气藏是煤层气聚集的最小单元，具有统一压力系统。

煤层气作为开采利用对象，煤层气藏必须具有一定量煤层气。

其处于同一个压力系统，受相同流体流动系统控制，属于最基本单元。

该地质体不仅指煤层，同时包含了煤层顶、底板。

煤是一种有机质高度富集的烃源岩, 生烃能力很强，其生气能力远超煤层自身储气能力，因而决定煤层含气量的主要因素不是煤层生气能力, 而是其储气能力与保存条件。

保存条件主要指盖层的封盖能力、水动力条件和构造运动等因素。

在地质历史中，上述地质作用主要是通过改变地层的温压条件而改变吸附与解吸和吸附与溶解之间的平衡，来控制地层中的煤层气赋存形式，从而影响煤层气的保存与富集。

1、较强的吸附能力是煤层气富集的前提煤层气以溶解气、游离气和吸附气三种方式赋存于煤层的双孔隙系统中：割理系统和微孔隙系统。

割理孔隙度一般都较小且被水充满，溶解气、游离气较少，煤层气主要以吸附状态存在于煤的基质微孔中，吸附气占总含气量的90～９５％以上，正是由于煤的这种吸附特性决定了煤的储集能力。

在地层条件下，吸附气、游离气和溶解气处于一种动态平衡过程中，在达到吸附平衡后，吸附量是压力和温度的函数。

但煤对气体的吸附属于物理吸附，吸附与解吸是可逆的，当温度和压力条件改变后，吸附量也会改变：当压力下降或温度升高时，吸附气就会解吸，转化为游离气。

同样，在地层水交替作用下，原有的平衡条件也会被打破而使吸附气越来越少。

由于吸附气的活性较游离气和溶解气弱得多，更易保存，因此煤的吸附能力越强，吸附量越大，越有利于煤层气的保存。

各种地质作用就是通过改变吸附与解吸及吸附与溶解的关系而影响煤层气的保存。

2、良好的封盖条件是煤层气保存的重要因素煤层气属于自生自储式，不需要初次运移，这就要求自生气开始，就需要有良好的封盖条件才能使煤层气得以保存。

盖层对于煤层气藏的作用主要是维持吸附与解吸的平衡，减少游离气的逸散和减弱交替地层水的影响。

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。

第5章煤层气藏形成条件及特征

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（2）水压向斜型煤层气富集区：一般为中小型盆地，这类气藏位于盆地内构造向斜部位，是由于大气水的渗流受阻形成异常高压，阻止气体向外扩散、渗流而聚集成藏；
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（3）气压向斜型煤层气富集区：是指在盆地深部，煤生成的气体的扩散速率小于聚集速率，形成气压单斜气藏。具有埋深大、渗透率低的特点，是深盆气的一种。
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（2）中煤阶煤层气藏
多数为深成变质作用的结果，一般不存在二次变质作用。
如山西河东煤田、美国的Piceance盆地、 SunJuan盆地。
此类煤层气藏以含气量较高、储层渗透性好为特征。
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（3）低煤阶煤层气藏
低煤阶煤层气藏可区分为两类：
① 未成熟低煤阶煤层气藏
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（1）高煤阶煤层气藏
一般情况下高煤阶煤层气藏都存在二次变质作用。先期发生了正常古地温下的深成变质作用和与之伴随的第一次生烃；之后在区域岩浆热作用之下发生了第二次变质作用，使得煤阶增高并发生第二次生烃。
此类煤层气藏以煤的吸附能力强、含气量高、渗透性较差为特征，如山西沁水盆地东南部、宁夏二道岭煤层气藏。
（2）赵庆波等（1996）根据构造和水动力提出了四种煤层气藏类型：压力封闭气藏、承压封堵气藏、顶板网络微渗滤水封堵气藏和构造圈闭气藏，该分类方案侧重于水动力影响，对其精他选版控课件气ppt 地质因素考虑不周。15
（3）孙平等（2007）以压力为主线、结合边界类型及煤层气藏自身的构造特征，提出了一套煤层气藏分类方案：
孙平（2007）在借鉴国外煤层气成藏条件的基础上，结合我国煤层气藏的研究，认为煤层气成藏条件包括：含气性、吸附特征、煤阶储层物性、压力、封闭条件、煤层空间展布等。

煤层气实验四煤储层的解吸特征

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V —总解吸量，ml ；1V —逸散气量，ml ；a —系数；t —解吸罐解吸时间，min ；0t —逸散时间，min 。

令0t t T +=，则上式写为：aT V V +=1总其中实测解吸气量aT V =2。

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63.2%时所对应的气体体积V 63.2%=总解吸气量（STP ）×63.2% 2）计算累计达到总解吸气量的63.2%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63.2%时所在的时间区间t 1和t 2，其所对应的累计解吸量为V t1和V t2，则：121%2.63121)(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。

煤体结构对煤层气吸附-解吸及产出特征的影响

煤体结构对煤层气吸附-解吸及产出特征的影响摘要：本文旨在探讨煤体结构对煤层气的吸附-解吸及产出特征的影响。

通过实验研究，结果表明，煤体结构对煤层气吸附-解吸及产出特征具有重要意义，主要体现在以下几个方面：1）小粒径煤体表面纳气（吸附）能力强，对于吸附和解吸有重要影响；2）煤体的结构类型、孔隙侵蚀和水分含量会影响煤层气的产出特征；3）气体流动性能与孔隙尺寸大小有关；4）煤体的结构特征会影响煤层气的吸附-解吸及产出特征。

本文研究结果为开发煤层气提供了理论基础。

关键词：煤体结构；煤层气；吸附-解吸；产出特征正文：煤体结构是影响煤层气吸附-解吸及产出特征的重要因素，通常由煤体的外部特征（如结构类型、粒度、水分含量等）和内部特征（如孔隙径、孔隙空间结构和气体流动性能等）两个方面来描述。

1. 对于煤体的小粒径，表面积比大粒径煤体更大，可以有效地提高吸附和解吸能力。

实验证明，当粒径小于0.05mm时，煤体的吸附-解吸特征变化较大。

2. 煤体的结构类型、孔隙侵蚀和水分含量均会影响煤层气的产出特征，孔洞类型越多越复杂，产出率越高；水分含量越高，煤体的渗透性越强，可以有效降低煤层气的产出。

3. 气体流动性能与孔隙尺寸大小有关，孔隙尺寸小时，气体流动受到阻碍，影响煤层气的产出。

4. 最后，煤体的结构特征会影响气体的分布，同时也会影响煤层气的吸附-解吸及产出特征。

结论：煤体结构对煤层气的吸附-解吸及产出特征具有重要意义，因此，我们在建立煤层气模型和研究煤层气资源开发时应将其作为一个重要参考因素。

本文还探讨了另外两个因素对煤层气吸附-解吸及产出特征的影响，即压力和温度。

在实验条件下，压力的升高会增加吸附量，但也可能减少吸附特性的稳定性；温度的升高会提高解吸速率，从而改变吸附-解吸平衡点。

此外，随着温度的升高，气体的渗透度也会增加，结果会促进分布均匀的气体流动。

同时，压力和温度也会直接影响煤层气的产出。

实验研究表明，在某些情况下，随着压力的降低，煤层气的产出会减小，而温度的升高会提高煤层气的产出。

煤层气储层特征分析与开发研究

煤层气储层特征分析与开发研究近年来，随着能源需求的增长和环境问题的日益突出，煤层气作为一种清洁、高效、可持续的新能源逐渐受到人们的重视。

煤层气储层作为煤层气开发的基础，其特征分析和开发研究具有重要意义。

一、煤层气储层特征分析1. 孔隙结构特征煤层气储层的孔隙结构特征决定了煤层气的产出能力和运移性能。

煤层中的孔隙可以分为微孔、介孔和宏孔三类，其中微孔是煤层气储层的主要孔隙类型。

煤层中的孔隙分布呈现出明显的层理性，不同层段的孔隙结构特征不同，这是影响不同层段煤层气开发效益的重要因素之一。

2. 孔隙连接特征孔隙连接特征是煤层气储层中孔隙之间的连通关系，对于煤层气的产出和开发具有至关重要的影响。

煤层中的孔隙系统是一个复杂的三维网络结构，煤层气的储存和运移受孔隙之间的连接方式影响很大。

当孔隙之间存在弱连通性或断裂带等现象时，煤层气的产出难度会增加。

3. 煤层气成因特征煤层气的形成过程主要与煤炭的生生物成因、气源和生成条件等因素有关。

煤层气储层中气组分的组成与气源的降解程度密切相关，早期生成的气成分主要是甲烷、乙烷等轻烃气，随着煤炭的进一步演化，气组分中重烃气和惰性气体占比逐渐增大，这对于煤层气的开发和利用带来了一定困难。

二、煤层气储层开发研究1. 气井井下工艺研究煤层气的开发主要是通过气井进行的，因此，气井井下工艺研究是煤层气开发的核心内容之一。

目前，国内外已经有许多研究者开展了气井井下流体动力学等相关研究，以优化气井的产出效率和稳定性。

2. 联合开采煤层气的联合开采可以将煤炭和煤层气的开发有效地整合起来，提高资源的综合利用率。

联合开采的主要方式有平行开采和交错开采两种。

平行开采是指煤炭和煤层气的共同开采，交错开采则是指煤层气的开采与煤炭的开采交替进行，这可以减少资源浪费，同时对采煤和煤层气开发的影响也有所缓解。

3. 技术创新随着煤层气开发的深入，已有开发技术的局限性也逐渐显现，而技术创新是解决这一问题的重要途径。

不同含水及负压条件下煤层气等温吸附解吸规律

不同含水及负压条件下煤层气等温吸附解吸规律
煤层气等温吸附解吸规律是关于不同含水及负压条件下煤层气的吸附
解吸特性的一种定律。

它对于评价煤层气储层的渗流效率，及其与藏
层岩性特征的关系有着重要作用。

下面结合NSLQ（模型名称）等模
型分述煤层气等温吸附解吸规律:
1、吸附等温规律：煤层吸附容量随着负压和含水量的变化而变化，如果负压趋于0且/或含水量较高，煤层气会有较大的吸附容量；而负压
较大或含水量较低，煤层抽取的气体会减少，从而使吸附容量减少。

2、解吸等温规律：煤层气的解吸规律与吸附规律类似，当负压较大时，煤层气抽取容量会减少，而当负压趋于0且/或含水量较高时，煤层气
抽取容量会增加。

3、NSLQ模型等温规律：NSLQ模型研究发现不论是吸附还是解吸，
当当温度较高时，煤层气的吸附容量和解吸容量会增加，当温度较低时，吸附容量和解吸容量会减少。

4、煤层气吸附解吸动态变化：煤层气蕴藏储层的吸附和解吸是动态的，随着负压的变化，会造成吸附解吸状态的变化，负压较大时让煤层吸
附状态越来越强烈，而负压趋于0时驱动煤层气向外释放。

5、含水率、负压与吸附解吸：煤层气吸附解吸受负压和含水量影响较大。

上述模型研究表明，当含水量低时，煤层气吸附容量减少；负压越大，煤层气的吸附量越强；当含水量较高时，煤层气获取的吸附量和解吸量增加。

以上就是关于不同含水及负压条件下煤层气等温吸附解吸规律的相关研究内容，可以帮助我们更好的理解煤层气的储量及渗流能力，提高煤层气藏层的开发利用效率。

煤层气储层特征研究分解

三、储层的空隙压力与原地应力
3、原地应力
原地应力是指煤储层没有受到任何人为扰动，处于原始状态的应力。原地应力是压裂设计的重要依据，是储层渗透性的重要控制因素，同时也严重影响煤层气井的排采。
四、煤储层的吸附性
1、不同煤级煤吸附不同气体的差异性
吸附量 /(cm3g-1)
35 28 21 14
7 0
饱和的
欠饱和的
饱和煤层（A）含有最大的气含量，这在理论上是可能的，如由实验室确定的等温吸附曲线所定义的。在开始脱水和压力下降时，气生产立即开始。
欠饱和煤层（B）含有比煤层可能吸附量要少的甲烷，由于先前发生过脱气事件。为了使气产气甚至需要几年的时间进行脱水和降压，而最终的储量减少。
五、吸附饱和度与临界解吸压力
减小，甚至闭合，使渗透率急剧下降。根据大量资料指出随着有效应力的增加，渗透率呈指数降低。
二、煤储层的渗透性
2、渗透率影响因素
2）基质收缩效应实验表明，煤体在吸附气
体或解吸气体时可引起自身的膨胀与收缩。煤层气开发过程中，储层压力降至临界解吸压力以下时，煤层气便开始解吸。由于煤体在侧向上是受围限的，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。
2、临界解吸压力的意义
在煤层气开采过程中，压力降低到煤层气开始解吸的压力称之为临界解吸压力，一般用MPa表示。
理论气含量
实测气含量
临
实
废弃气含量
界
测
解
储
吸
层
废弃压力
压
压
力
力
结束语
经过几十年的研究，煤储层领域的许多研究成果已经运用到煤层气勘探和开发实践中。但是，煤层气储层研究仍然存在如下主要问题：

煤的吸附解吸曲线

煤的吸附解吸曲线通常指的是煤对气体（如甲烷）的吸附和解吸过程中的关系曲线。

这些曲线可以用于了解煤储层中甲烷的吸附和释放行为，这对于煤层气的开发和利用具有重要的意义。

煤的吸附解吸曲线通常包括以下关键参数和特性：
1. 吸附等温线：
- 描述在特定温度下，煤对气体的吸附量随着气体压力的变化而变化的曲线。

这反映了煤对气体的吸附能力。

2. 解吸等温线：
- 描述在特定温度下，已吸附的气体在气体压力减小的情况下从煤中解吸的曲线。

这反映了储层中甲烷的释放行为。

3. 吸附解吸等温线的斜率和形状：
- 吸附解吸等温线的斜率和形状反映了煤与气体相互作用的强度和方式。

曲线的形状和斜率的变化可以提供关于储层中气体吸附和解吸机理的信息。

4. 临界吸附压力：
- 描述气体在特定温度下开始吸附的最低压力。

这对于了解气体在储层中的启动吸附条件很重要。

这些曲线通常在实验室条件下通过吸附解吸实验测定。

研究煤的吸附解吸曲线有助于了解煤层气的形成、储存和释放机制，为煤层气资源的勘探和开发提供科学依据。

需要注意的是，实际煤层气储层的吸附解吸行为受到多种因素的影响，包括煤的孔隙结构、温度、压力等，因此煤层气勘探和开发中还需要考虑更多的地质和工程因素。

煤层气气驱吸附及解吸规律实验研究_张杰

收稿日期：20120217；改回日期：20120430基金项目：国家重大专项技术“大型油气田及煤层气开发”之“胜利油田薄互层低渗透油田开发示范工程”部分内容（2011ZX05051）作者简介：张杰（1987－），男，2008年毕业于中国石油大学（华东）电气工程及其自动化专业，现为该校油气田开发工程专业在读硕士研究生，主要从事采油工程及油田化学方面的研究工作。

DOI ：10.3969/j.issn.1006－6535.2012.06.031煤层气气驱吸附及解吸规律实验研究张杰1，林珊珊1，曲永林2，王荣3，李登峰1（1.中国石油大学（华东），山东青岛266580；2.中油大港油田公司，天津300280；3.中海油田服务股份有限公司，河北廊坊065201）摘要：为研究煤层气的赋存形式和气驱原理，通过实验测量了煤层气注气开采中主要涉及的3种气体CH 4、CO 2和N 2的吸附及解吸量，并利用Langmuir 模型和BET 模型进行实验处理拟合等温曲线，比较3种气体吸附性的强弱和模型的适用性，得出气驱煤层气的机理。

此外，还通过实验研究了注入不同气体后煤岩渗透率的变化情况，定性分析了不同气体驱替煤层气时流量的大小以及不同气体驱替的效果。

研究结果表明，开采煤层气时可利用CO 2和N 2的竞争吸附将煤层气采出，N 2具有增渗作用，CO 2具有减渗作用。

关键词：煤层气；气驱；吸附；解吸；渗透率中图分类号：TE312文献标识码：A文章编号：1006－6535（2012）06－0122－04引言煤层气气驱技术是指将驱替气体注入到深部不可开采的煤层中，同时将储藏在煤层中的煤层气（主要成分为CH 4）置换出来［1］。

该过程不仅减少了温室气体CO 2的排放，同时还大幅度提高了煤层气采收率，因此气驱替煤层气技术越来越受到很多国家的重视［2］。

美国、加拿大、日本、欧盟等纷纷开展研究，并先后进行了不同规模的现场试验［3－5］。

第五章煤层气储集层

0.012 0.008 0.004
碎粒煤
0.012 糜棱煤 0.008 0.004 0.000 10 100 0.01 0.1 1 孔径D( µ m)
100
0.000 0.01 0.1
10 100 1 孔径D( µm)
糜棱煤与原生结构煤不同孔径孔的孔容也存在差异
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(5) 断裂的影响
断裂作用对煤的孔隙特征的影响采样点断距断层总孔容孔面积层距离 (cm3/g (m2/g) 性 (m) ) 质上 10 正盘 20 断层下 30 盘 30 0.053 0.047 0.049 0.042 13.87 17.28 16.44 16.84 孔隙体积(cm3/g) 排驱压力 (×105 Pa) 1.2 172.2 97.3 247.6
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(4) 煤体结构的影响
煤体结构的分类
类型号类型原生 I 结构煤碎 II 裂煤碎 III 粒煤糜 IV 棱煤层状、似层状透镜状，煤岩类型界限清与上下分层呈整合接触透镜状、团块状，与上下分层呈构造不整合接触透镜状、团块状，与上下分层呈构造不整合接触晰，原生条带结构断续可见光泽暗淡，原生结构遭到破坏光泽暗淡，原生结构遭到破坏呈现棱角状块体，但块间已有相对位移煤被揉捻碎，主要粒级在 1 mm 以上煤被揉搓捻碎得更小，主要粒级在 1 mm 以下构造、揉皱镜面发育煤体被多组互相交切的裂隙切割，未见揉皱镜面构造镜面发育可捻搓成厘米、毫米级或煤粉易捻搓成毫米级碎粒或煤粉极易捻搓成粉末或粉尘层状、似层状与上下分层整合接触煤岩类型界限清晰，原生条带状结构明显呈现较大的保持棱角状的块体，块体间无相对位移内、外生裂隙均可辨认，未见揉皱镜面捏不动或成厘米级块赋存状态和分层特点光泽和层理煤体的破碎程度裂隙、揉皱发育程度手试强度

【管理资料】煤层气地质学课件分解汇编

输入型：多位于构造高点。初期本井降压解吸气随降压漏斗从本井产出，后期构造下倾部位解吸气又运移到本井产出。排采井一般位于构造高点，日产气量呈上升—稳产—上升—递减四个阶段。此类井一般高产、稳产期长。
成藏模式及开采特征
开采效果
煤层气的产出是一个“排水－降压－解吸－扩散－渗流”的过程。有效应力效应、基质收缩效应和克林肯伯格效应三种效应共同作用决定了煤储层渗透率的动态变化过程，而这一过程对煤层气井的开发效果有直接的影响。根据渗透率及产气量可以将煤层气的开采效果分为三类：
等维递补灰色－时序组合模型
利用该组合模型，采用等维递补技术对该井未来4年的发展趋势进行预测，如图所示。从图中可以看出，该井煤层气排采在近期一二年内会出现持续上升的阶段，当达到一定排采上限后总体呈一种平稳下降的趋势。
排采动态分析预测
黄学锋(2004)采用数值模拟方法，从煤层气的流动机理入手，利用Langmuir等温吸附方程描述煤层气从煤表面的解吸过程，用Fick定律描述煤层气在煤基质和微孔隙中的扩散，综合考虑了煤层气的解吸、扩散和渗流3个过程，建立了煤层气储层数学模型，推导数值模型并进行了模拟计算，对气井排采动态进行分析预测；傅雪海（2004）选择目前我国某煤层气具体井，从含气饱和度、临界解吸压力、渗透率、水文地质条件等地质背景出发，结合套压、井底压力、产气量、排水量等排采参数，剖析影响煤层气产能的主控因素，寻求煤层气稳定、连续、平衡开发的排采参数配置；倪小明（2009）根据恩村井田勘探、试井、压裂、排采阶段的资料，对煤层气开发区块内煤储层原始渗透率、含气性、水平最小与最大主应力、煤层气井平均日产水量等进行了系统分析；利用模拟软件模拟比较了在其它地质参数不变的情况下，仅改变某一参数引起的产能差异性。

煤储层含气性及其地质控制

第五章煤储层含气性及其地质控制含气量是确定煤层气资源量必不可少的参数，与储层压力和吸附等温线结合起来使用，还可以预测煤层气的产能。

值得注意的是，并不是每个含煤区，每个煤层都赋存有可供开采的煤层气。

因此，必须预先测定煤层的含气量。

第一节煤储层含气量的构成煤层含气量测定方法目前为大多数人所接受的是美国矿业局（USBM）的直接法（Kissel 等，1973）。

我国在此基础上作了大量修改，由抚顺分院等单位制定了“煤层瓦斯含量和成分测定方法”（MT-77-84、MT-77-94）。

新的煤层气含量测定方法（GB/T 19559—2004）见附录五。

一、阶段含气量1、USBM直接法USBM直接法测定的煤层含气量是由三阶段实测气量构成，即逸散气量、解吸气量和残留气量。

逸散气量：指从钻头钻至煤层到煤样放入解吸罐以前自然析出的天然气量。

这部分气体无法直接测得，通常依据前两小时的解吸资料推测。

逸散气的体积取决于钻孔揭露煤层到把煤样密封于解吸罐的时间、煤的物理特性、钻井液特性、水饱和度和游离态气体含量。

缩短取心时间是准确计算逸散气的有效途径之一，如采用绳索取心对于600m的井深只需几分钟，这就大大降低了逸散气的体积。

不同物理特性的煤具有不同的解吸速率，如碎粉煤、糜棱煤由于扩散距离短造成逸散气体积大。

钻井液的比重较大时对于煤层气的逸散有阻滞作用。

如果煤储层被水饱和，游离态煤层气含量低，则逸散气体积小；相反如果煤储层未被水饱和，游离态煤层气含量高，则逸散气体积较大。

解吸气量：解吸气是指煤样置于解吸罐中在正常大气压和储层温度下，自然脱出的煤层气量。

终止于一周内平均解吸气量小于10ml/d或在一周内每克样品的解吸量平均小于0.05ml/d，实测的解吸气量只是总解吸气量的一部分，总解吸气量应包括逸散气量。

残留气量：是指充分解吸结束后残留在煤样中的气量。

将样品罐加入钢球后密封，放在球磨机上磨2h，然后按测试解吸气的程序测残留气。

残留气或者是由于扩散速率极低所致，或者是在一个大气压下煤层气处于吸附平衡状态，不再解吸。

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。

不同温度下煤层气吸附解吸特征的实验研究

西安科技大学硕士学位论文不同温度下煤层气吸附/解吸特征的实验研究姓名：王鹏刚申请学位级别：硕士专业：矿产普查与勘探指导教师：马东民@论文题目：不同温度下煤层气吸附/解吸特征的实验研究专业：矿产普查与勘探硕士生：王鹏刚（签名）指导教师：马东民（签名）摘要煤层气吸附/解吸机理的研究是煤层气开发技术发展的关键理论。

在长期的等温吸附/解吸实验研究中我们发现，增压吸附与降压解吸过程中，随着压力变化实验对象的自由空间皆伴随温度的变化；吸附过程与解吸过程相同压力平衡点自由空间的温度变化量存在差异。

煤层气的开采现场，基本地质条件、工艺技术、排采制度相同的两口生产井产气能力差别很大。

尤其是不同季节进行压裂作业的垂直井，由于大量的前置液以微小的温度差异进入煤层，相邻两口井产气时间有时相差3月之久。

这些都说明了煤层气吸附/解吸过程中有温度效应。

温度对于煤层气吸附/解吸作用的影响，属于当前煤层气研究的盲区，需要专门来做实验进行分析。

论文通过3个煤样在系列温度点的等温吸附/解吸实验，得到不同阶煤煤样的等温吸附/解吸曲线，利用Langmuir模型拟合吸附实验数据，Weibull模型拟合解吸实验数据，并根据Clausius-Clapeyron方程计算吸附/解吸过程的吸附热，以此分析煤层气吸附/解吸的热效应机制，而后总结了温度对煤层气吸附/解吸的影响。

主要结论为：（1）采用Langmuir模型能够较好的描述等温吸附实验数据，而对于等温解吸过程，Weibull模型是目前最好的模型；（2）增压吸附是一个持续放热的过程，吸附量越大，放出热量越大；解吸作用是非自发的吸热过程，吸收热量小于吸附过程同平衡压力点放出的热量，解吸过程促使储层温度降低，抑制了解吸作用的持续进行；（3）随着温度的升高，解吸率增大，温度升高促进了解吸作用。

在3.5~5Mpa中高压阶段，温度增高比压力降低对解吸作用的影响更敏感。

而此压力范围属于排采的排水阶段，对排采制度的制定十分重要。

煤层气勘探与开发利用技术第五章ppt课件

• 煤层气数值模拟技术的主要用途包括:150页
• 二、数值模拟步骤与方法 • 1、参数准备 • 2、建立地质模型 • 3、产能预测 • 三、煤层气井产能影响因素 • 1、煤层气含气性对产能的影响 • 2、煤层物性对产能的影响 • 3、流体动力条件对差能的影响
• 任一距离处任一时刻储层压力的传播与分布见146页。
• 二、煤储层渗透率排采诱导变化效应
• 1、有效应力负效应
• 见147页
• 2、煤基质收缩正效应
• 煤体在吸附时可引起自身膨胀，在解吸气体时则导致自身收缩。称为煤基块弹性自调节作用。煤层气开发过程中，煤层气发生解吸，煤基质收缩，收缩量通过吸附膨胀实验计算。公式见147—148.
• 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。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，该模型是样品出口端水饱和度的函数。
• P.Puri et al提出，使用X射线扫描技术来测定束缚水的饱和度，主要步骤见142页。
• 相对渗透率是有效渗透率与绝对渗透率的比值。煤储层相对渗透率采用单相有效渗透率同气相（甲烷或氮气）克氏或绝对渗透率之比值。公式见141页。
• 二、测试方法
• 目前，相对渗透率还无可靠的理论计算方法，主要依靠实验室测定。
• 1、稳态法
• 采用稳态法测定煤的相对渗透率时，一般采用恒速法，即气和水按一定流量同事流过样品，知道样品两端的压差达到平衡(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，按照达西凌律分别求出气和水的有效渗透率，进而得到相对渗透率。
第五章煤层气的产出过程
• 问题： • 1、 • 2、

煤层气地质学4 储层压力与吸附性

2 2 3 15 3 15 2 10 9 15
反射率（%）
0.56 0.54 0.92 0.64 2.12 2.28 0.87 1.04 1.16 2.26 1.86 1.92 4.35 4.32 1.43 1.53 JM ,SM JM
2、封闭体系储层压力等于上覆岩层压力
3、半封闭体系上覆岩层压力由储层内孔隙流体和煤基质块共
同承担
二、储层压力状态
压力系数：即实测储层压力与同深度静水压力之比，%
① 超压：压力系数>1，压力梯度>0.98 MPa/100m； ② 正常压力：压力系数=1，压力梯度=0.98 MPa/100m； ③ 欠压：压力系数<1，压力梯度<0.98 MPa/100m。我国三十二个矿区煤层气试井结果表明，各煤级煤储层超压状态占33.2%，正常压力状态占21.9%，欠压状态占45.3 %，各煤级煤储层中三种状态均有分布，其中中煤级煤储层大多处于欠压状态。
吸附模型：单层吸附，多层吸附，容积充填理论
一、朗格缪尔理论
8
12
7
V Vmbp abp VL p
6
10
VL,daf / m3 t·-1 VL,daf / m3 t·-1
1 bp 1 bp p pL 5
8
3 0℃
4
4 0℃
6
VL或Vm或a—最大吸附量；
3
5 0℃ 4
VL 、PL——朗格缪尔体积
矿区
铁法辽河靖远窑街韩城淮南新集徐州峰峰潞安晋城霍州恩洪
我国部分矿区煤层甲烷平均解吸量统计结果
地层时代
K1 E J1+2 J1+2 P1 C2 P2 P1 P2 P1 P1 C2 P1 C2 P1 C2 P2 P2