煤层气地质学考试重点(经典)

第一章绪论

1、天然气：（广义）所谓天然气是指自然界一切天然生成的气体。（狭义）目前仅限于地壳上部存在的各种天然气体，包括烃类气体和非烃类气体。性评

2、天然气的来源机制，可分为无机成因气和有机成因气。

天然气的成因分类可分为4种：生物成因气（细菌气）、油型气（油成气）、煤型气（煤成气）、无机成因气。

3、煤型气（煤成气）:指煤系有机质(包括煤层和煤系地层中的分散有机质)在变质过程中(即热演化)形成的天然气，也称煤成气。包括煤系气与煤层气两类。

煤系气：是指从生气母岩（煤系地层及煤层）中运移出来聚集在储集层中甚至形成气藏的煤型气，一般均经过较大规模运移。属常规天然气。

❤煤层气：是指赋存于煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主并部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体。属非常规天然气范畴。（也称煤层吸附气、煤层甲烷或煤层瓦斯。）

4、三重国家需求：资源利用/矿山安全/环保

5、全国累计探明面积777km2，探明储量1343亿m3，可采储量621亿m3，初步探明374亿m3。

❤6、我国煤层气研究开发存在的主要问题：①预测理论亟待完善。②产能预测技术有待解决。

③开发工艺亟待突破。④投入严重不足。⑤煤层气基础设施建设不完善。

7、我国煤层气资源存在低压、低渗、低饱和的“三低”现象以及地质变动的特殊性。

我国煤储层的特点和难点：地史复杂、类型多样、改造强烈；低孔、低渗、低相渗、低压、高非均质性。

第二章煤层气的物质组成、性质和利用

❤1、煤层气有两种基本成因类型：生物成因和热成因。

生物成因气：各类微生物经过一系列复杂作用过程导致有机质发生降解而形成的。

热成因气：指随着煤化作用的进行，伴随温度升高、煤分子结构与成分的变化而形成的烃类气体。

2、生物成因气阶段：①早期生物气（泥炭~褐煤阶段，Ro,max<0.5%）②热解型煤层气（褐煤~瘦煤阶段，Ro,max0.5~2.0%）以含氧官能团的断裂为主③裂解型煤层气（瘦煤~二号无烟煤，2.0%

3、在含煤盆地中，次生生物作用活跃并影响气体成分的深度间隔称作蚀变带，一般位于盆地边沿或中浅部；不发生蚀变的气体一般位于盆地深部，称为原始气带。

4、生物气的形成应满足两个条件：一是要有丰富的有机质提供产气的物质基础；二是具备有利于甲烷菌繁殖的环境条件。

5、次生生物气的生成和保存条件：①煤级：为褐煤~焦煤，煤层所在区域发生过隆起(抬升)作用；②渗透性：煤层有适宜的渗透性；③水文条件：沿盆地边缘有流水回灌到盆地煤层中；④微生物条件：有细菌运移到煤层中，具备缺氧环境；⑤圈闭条件：煤层具有较高的储层压力和能储存大量气体的圈闭条件。

❤6、主要生气阶段：①褐煤至长焰煤阶段；②长焰煤至焦煤阶段，烃类气体迅速增加；③瘦煤至无烟煤阶段，产气最多，几乎没有重烃。

7、常用甲烷(C1)与总烃量(C1~C5)的比率作为确定气体的干度指标，即C1/C1~5:

8、三种煤岩组分的烃气产率，以壳质组最高，镜质组次之，惰性组最低。

❤9、煤层气地球化学组成的地质控制：①煤岩组分；②煤级的影响；③埋深的影响；④煤层气成分的影响；⑤CH4和CO2的碳同位素交换平衡效应；⑥煤层气的解吸和扩散；⑦次生作用；

⑧水文地质条件。

10、煤中可溶有机质的烷烃含量大大少于原油，芳烃和其他含脂肪型结构的侧链也较少，热解生成重烃气分子的量，远少于原油。

❤11、煤层气的鉴别标志：根据煤层气组分特征及其同位素特征鉴别煤层气。

❤12、临界温度：是指气相纯物质维持液相的最高温度，高于这一温度，气体即不能用简单升高压力的办法（不降低温度）使之转化为液体。

临界压力：是指气、液两相共存的最高压力，即在临界温度时，气体凝析所需的压力。高于临界温度，无论压力多大，气体不会液化；高于临界压力，不管温度多少，液态和气态不能同时存在。

超临界状态：当温度和压力均超过其临界温度和临界压力，且在临界点附近的状态。

❤13、溶解度：20℃、1atm下单位体积水中溶解的气体体积称为溶解度（m3气/m3水），溶解度同气体压力的比值称为溶解系数（m3/m3·atm）。

温度对溶解度的较复杂,温度<80℃时,随温度升高溶解度降低;温度>80℃时,溶解度随升高而增加。甲烷溶解度随压力的增加而增加,低压时呈线性关系,高压时(>10MPa)呈曲线关系;甲烷溶解度随矿化度的增加而减少。

❤14、煤层气的化学组成：①烃类气体：甲烷＞80%、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷；②非烃类气体：N2、CO2、CO、HS、H2及微量的惰性气体。

控制煤层气化学组成的主要因素：煤的显微组分，特别是富氢组分的丰度；储层压力；煤化作用程度，即煤阶/煤级；煤层气解吸阶段；水文地质条件

第三章煤储层的物质组成和孔隙结构特征

1、煤储层系由煤基质块（被裂隙切割的最小基质单元）、气、水（油）三相物质组成的三维地质体。其中煤基质块则由煤岩和矿物质组成；气组分具有四种相态，即：游离气（气态）、吸附气（准液态）、吸收气（固溶体）、水溶态（溶解气）；水（油）组分也有三种形态，即：裂隙、大孔隙中的自由水、显微裂隙、微孔隙和芳香层缺陷内的束缚水、与煤中矿物质结合的

化学水；在一定的压力、温度、电、磁场中各相组分处于动平衡状态。

2、❤三相介质：煤基质块；气（准液态）；水（油）

❤三元结构：宏观裂隙；显微裂隙；孔隙

3煤的宏观组成：①煤岩成分：镜煤，丝炭，亮煤，暗煤；②宏观煤岩类型：光亮型煤，半亮型煤，半暗型煤，暗淡型煤

4、煤的宏观结构：①条带状结构②线理状结构③透镜状结构④均一状结构⑤粒状结构⑥叶片状结构⑦木质状结构⑧纤维状结构

5、煤的次生结构：①碎裂构造②碎粒构造③糜棱构造

6、煤储层中的液相介质包括裂隙、大孔隙中的自由水（油）及其内表面与显微裂隙、微孔隙内表面、芳香层缺陷内的“准液态”物质。

7、煤化学—外在水分、内在水分和化合水三部分。地下水渗流角度—结合水、液态水。煤层气—平衡水或临界水。

8、吸附态—指裂隙、大孔隙、显微裂隙、微孔隙等吸附甲烷的统称。其与游离态甲烷是不断运动和交换的，在一定温度和压力下处于平衡状态。

游离态—正常情况下，游离甲烷约占8%-12%，煤层气开发时，要通过煤储层降压解吸、升温解吸，或通过N2、CO2置换出游离甲烷才能得以实现。

9、割理：煤储层中的裂隙在国外煤层气工业中常被称为割理。割理是煤中的天然裂隙，在整个煤层中连续分布的割理称为面割理（Face cleat），中止于面割理或与面割理交叉的不连续割理称为端割理（Bull cleat）。面割理与端割理通常是相互垂直的或近似直交的。

10、❤裂隙：或由内应力（煤化作用过程中，凝胶化组分收缩应力及超高孔隙流体压力）或由外应力（构造应力、重力及热应力等）或由内应力与外应力二者综合作用而形成。

分类：张性裂隙、张性剪裂隙、压性剪裂隙

组合类型：①矩形网状―主要为小裂隙,一般面裂隙密度大于端裂隙.彼此近于直交,因而具有较高的渗透性，渗透率的方向性中等。②不规则网状―小裂隙与微裂隙交织在一起,面裂隙与端裂隙均较发育。这种组合类型的渗透性中等,没有明显的各向异性,主要发育于低煤化烟煤中。

③平行状―实际上是由于端裂隙不发育而只见面裂隙平行产出。这种组合一般只反映局部现象,当端裂隙出现时又会变成矩形网状组合。由于只发育一组裂隙。渗透率的各向异性明显,具有优势方位。大裂隙呈平行状或羽状,中、小裂隙以矩形网状为主、其次为平行状,微裂隙多为不规则网状。

11、显微裂隙是肉眼难以辨认的、必须借助显微镜或扫描电镜才能观察。（只局限一个煤岩成分分层内，发育多组，方向凌乱，主要是流体压力、收缩应力形成。）

12、❤裂隙发育程度的地质控制：①煤级：中煤阶煤的裂隙密度较高，低煤阶和高煤阶煤的裂隙密度较低。②煤岩类型与成分：在煤阶相似情况下,裂隙密度由光亮煤→半亮煤→半暗煤→暗淡煤逐渐降低，即随镜质组含量降低而减少。③煤层厚度：天然裂隙发育密度常随煤岩类型条带或分层的厚度变薄而减小。④矿物质含量：随矿物质含量增高，煤层中裂隙密度、长度和宽度均降低。⑤煤层结构：在简单结构煤层中，大、中裂隙可以穿透整个煤层，垂向连通性