煤层气储层特征研究

煤层气物理解吸
人为的排水-降压-解吸过程（是一
作用过程 过程之中（是一种“自发过程”） 种“被动过程”） 作用时间 计
吸附是一个漫长的过程以百万年 煤具有很强的吸附能力 煤热演化生成的煤层气足以满足 煤的吸附 煤层在演化中逐步脱水、升温、 增压
解吸是一个相对较快的过程以天、 以小时计
作用条件
煤具有更强的吸附能力 有限的降压和极有限的基质孔隙空 间 几乎是恒定的温度
煤层气储层特征研究
邹 阳
2013年12月
煤层气的概念
煤储层的渗透性
主要 内容
煤储层的孔隙压力与原地应力
煤储层的吸附性
吸附饱和度与临界解吸压力
一、煤层气的概念
1、煤层气
煤层气是以甲烷为主要成分的矿产，是在煤化作用过程中形成、储集 在煤层及其临近岩层中的非常规天然气。
2、煤层气储层
煤层作为煤层气的源岩和储层，具有2方面的特征：一是在压力作用 下具有容纳气体的能力； 二是具有允许气体流动的能力。
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
35
3 /(cm g-1 )
长焰煤
CO2 N2
3 /(cm g-1 )
超压——煤层气井喷
三、储层的空隙压力与原地应力
2、煤层气瓦斯压力
煤层气（瓦斯） 压力是指在煤田勘探钻孔或煤矿矿井中测得的煤 层孔隙中的气体压力。煤储层试井测得储层压力是水压，二者的测试 条件和测试方法明显不同。煤储层压力是水压和气压的总和，在封闭 体系中，储层压力中水压等于气压；在开发体系中，储层压力等于水 压与气压之和。
30 24 18 12 6 0 0 2 4 压力
80 CH4 CO2 N2
28 21 14 7 0 0
35
CH4 CO2 N2
CH4
吸附量
2
4 压力 /MPa
6
8
10
气煤
吸附量
6 /MPa
8
10
吸附量 /(cm3g-1 )
吸附量 /(cm3g-1 )
28 21 14 7 0 0 2 4 压力 6 /MPa
煤层整体的水平应变，只能沿
裂隙发生局部侧向应变。
基质沿裂隙的收缩造成水平应力下降，有效应力相应减小，裂隙宽
度增加，渗透率增高。
二、煤储层的渗透性
2、渗透率影响因素
3）样品尺寸 由于煤的天然裂缝发育特征，较大样品显示出渗透率较高。
渗透率与样品尺寸的关系图
三、储层的空隙压力与原地应力
1、储层压力定义
五、吸附饱和度与临界解吸压力
2、吸附饱的表达
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。
解吸为游离态的煤层气逸散速度等
影响因素 煤质、基质孔隙内表面积等
五、吸附饱和度与临界解吸压力
1、吸附饱和度的意义
煤层气吸附饱和度：是指煤层在一定的煤层温度、煤储层压力和煤 层湿度等储层条件下对甲烷的吸附饱和程度（Saturation），一般用百 分比表示。煤层气吸附饱和度是评价煤层气的富集程度和可采性的重要 的综合评价指标。
二、煤储层的渗透性
1、概念
储集层的渗透性是指在一定压力差下，允许流体通过其连通孔隙的 性质，也就是说，渗透性是指岩石传导流体的能力，渗透性优劣用渗透 率表示。
பைடு நூலகம்
表达式：
Qv L k Ap
二、煤储层的渗透性
2、渗透率影响因素
1）有效应力与原地应力
有效应力为总应力减去储层流体压力。有效应力增加，导致裂隙宽度
五、吸附饱和度与临界解吸压力
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
废弃气 含量 废弃 压力 临 界 解 吸 压 力 实 测 储 层 压 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：
储层压力：是作用于煤孔隙－裂隙空间上的流体压力（包括水压和 气压），故又称地层压力或储层裂缝中的流体压力，多由试井获得。习
惯上将煤层气井中地下水静液面到达井口的煤层称正常压力煤储层；高
出井口的称超压煤储层；在井口之下的称欠压煤储层。储层压力的改变 影响到正常有效应力的改变，进而控制渗透率。
三、储层的空隙压力与原地应力
1）煤层气储层的吸附/解吸性能与煤变质程度、煤岩类型、煤岩组分之间的关 系不明确；
2）对影响煤的吸附;解吸效率的主控因素研究不够；
3）煤层气储层表征研究不够精细； 4）对深部温度、压力条件下煤层气储层的孔隙结构、渗透性对煤储层物性的影
响研究较少。
CH4 CO2 N2
焦煤
60
40
20
8
10
无烟煤 0
0
2
4 压力
6 /MPa
8
10
同一煤样吸附不同气体：CO2>CH4>N2
四、煤储层的吸附性
2、煤层气吸附／解吸过程的差异与解吸作用类型划分
地质条件下的煤层气吸附过程与开采条件下的煤层气解吸过程的差异对比 煤层气物理吸附
吸附偶于煤的热演化生烃、排烃
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