煤层气概述.

原生生物成因气 生物 成因 次生生物成因气
C1/C1-5>0.95
≤0.5
δ13C1<-55‰ δD1:-250～-150‰
C1/C1-5>0.95 CO2含量极低
0.31.5+
热降 解气 有机 成因 原生热成 因 热成 因 热裂 解气
δ13C1:-46.2～-35.1‰ δD1:-247.3～-225.9‰
煤层气概述
提 纲
1.什么是煤层气
2.煤层气的生成及储存条件
3.煤层气的相关政策和优惠条件 4.煤层气的开采现状
什么是煤层气
煤层气定义：
煤层气，是指赋存在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。其成分以甲烷为主，
故常称为煤层甲烷。
什么是煤层气
>0.5
热降解气、热裂 气与次生生物成 因气的混合
煤层气的生成及储存条件
煤层气的生成及储存条件
经典的3D理论：
解吸模型－Langmuir方程
式中：C(p) — 吸附量，m3/t； VL — 兰氏体积，m3/t ； P — 地层压力,MPa； PL —兰氏压力,MPa。
煤层气的生成及储存条件
经典的3D理论：
次生热成 因
甲烷碳氢同位素进一步变轻
干燥系数进一步增大，但二 氧化碳含量增高 C1/C1-n:0.993～1.0 C1/C2:188.6～2993.7 CO2<2℅ CDMI: 0.64~3.06℅
>0.5
为煤层气富集区
混合 成因
混合气
δ13C1:-61.3～-50.7‰ δD1:-242.5～-219.4‰ δ13C2:-26.7～-15.9‰ △δ13CC2-C1:30.7～57.4‰
C1/C1-n:0.84～0.94 CDMI: 0～90.55
0.5~2.0
δ13C1:-37.5～-29.6‰ δD1:>-200‰
C1/C1+2>0.99 C1/C2≥3385 CDMI≤0.13℅
>2~2.5
由于热演化程度 高，煤层气组分 特干气；甲烷的碳、 和同位素受解吸 氢同位素组成偏重 分馏的影响较小， 但以排采气最稳 定 解吸、扩散和溶解 分馏造成组分与同 位素组成变化 混合气的同位素和 组分变化受所含热 成因气和次生生物 气的比例以及煤岩 热演化程度的影响
扩散模型－Fick定律
式中：qm 为煤基质中甲烷扩散量，m3/day； D 为扩散系数，m2/day； 为形状因子，m-2； g 为甲烷的密度，t/m3； Vm 为煤基质块的体积，m3; C(t) 为煤基质中甲烷的平均浓度，m3/t;
C(P) 为基质-割理边界上的平衡甲烷浓度，m3/t。
煤层气的生成及储存条件
压之后才开始产气的，不具备游离气产出的特征。
什么是煤层气
煤层气赋存状态：
(3) 尽管煤层孔隙及裂隙中充满了水，但水溶甲烷量相 对实测煤层气含量值而言是微不足道的。
甲烷水溶实验表明，在通常煤储层温度、压力和矿化度
条件下，每升水所能溶解的甲烷也不过 0.05 ～ 3.11 升。若 煤层孔隙按 30%（此假设值远大于实际情况）计算，每吨煤 最多也只有0.25m3的水；用最大溶解度 3 L/L计算，每吨煤 最多溶解甲烷只不过是0.75m3。
煤层气赋存状态：
(1) 通过将实测煤层气含量数据与等温吸附实验所获得
的理论吸附量进行对比发现，绝大多数样点的煤层气吸附饱
和度处于吸附欠饱和或接近吸附饱和状态，很少有吸附过饱 和状态。这一事实充分证明煤层气的赋存状态以吸附为主。
什么是煤层气
煤层气赋存状态：
(2) 煤层气开发实践进一步证实，煤层气以吸附 为主的赋存特点。 几乎所有煤层气井都是在排水降
什么是煤层气
经典的3D理论：
解吸—扩散—渗流
煤层气Biblioteka Baidu生成及储存条件



煤中有机质的演化具有阶段性。从物质表现特征和地球化学 机理来看，各阶段之间的分划点为煤化作用过程中存在的四 次煤化作用跃变。煤层气生成受控于这一机理，也必然反映 出相关的阶段性演化特征。 煤储层含气性可从诸多方面进行表征，如煤层气组成、煤层 气含气量、含气饱和度、可解吸率以及煤层气资源量、资源 丰度等。 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。
煤层气的生成及储存条件
解吸与吸附的差异：
煤层气物理吸附 作用过程 吸附偶于煤的热演化生烃、排烃过程之中 （是一种“自发过程”） 吸附是一个漫长的过程 以百万年计 煤层气物理解吸 人为的排水-降压-解吸过程 （是一种“被动过程”） 解吸是一个相对较快的过程 以天、以小时计
经典的3D理论：
渗流模型－Darcy定律
式中： Vl为l相的渗流速度，m/s； l 为l相的粘滞系数，Mpa·s；
K l Pl Vl ul L
Kl = K Krl
Pl为l相的压差，MPa； L 为渗流途径的长度，m；
Kl为l相的有效渗透率，×10-3μm2； K 为多孔介质的绝对渗透率，×10-3μm2； Krl为l相的相对渗透率，×10-3μm2。
100 C
O
3000 120 C
O
10
240 C 260 C
O O
4000 300 200
含气量变化史， 对应右侧的吸附容量标尺
0 0
地质年代(Ma)
100
煤层气的生成及储存条件
持续性
示踪指标 成因类型 同位素组成 δ13C1(PDB), δDCHa(SMOW) δ13C1<-55‰ 组分比值 Ro (℅) 特征 备注 干气，炭同位素组 成偏轻； 煤岩中有与微生物 活动有关的生物标 记化合物及降解特 征 湿气：甲烷δ13C值 和δD1值具正相关 关系 生成早，一般在 后期的煤层中很 难保存下来 煤层受后期抬升， 埋深较浅 热降解气组分以 煤芯解吸气为代 表，同位素组成 则以排采气为代 表
煤层气的生成及储存条件
（6）现今，沁南煤层气藏形成
阶段性
0
C
P
T
J
K
E
N Q
40
（5）白垩纪末沁水盆地形成，沁南煤层气藏已具备雏形
40 C 1000 30
O
吸附容量（m 3 /t）
埋深 (m)
60 C
O
2000
80 C
O
20 140 C 160 C 180 C 200 C 220 C
O O O O O