1、煤層氣儲(chǔ)層特征研究煤層氣儲(chǔ)層特征研究鄒鄒 陽(yáng)陽(yáng) 20132013年年1 12 2月月煤層氣的概念煤儲(chǔ)層的孔隙壓力與原地應(yīng)力吸附飽和度與臨界解吸壓力煤儲(chǔ)層的滲透性主要主要內(nèi)容內(nèi)容煤儲(chǔ)層的吸附性一、煤層氣的概念一、煤層氣的概念 煤層氣是以甲烷為主要成分的礦產(chǎn)，是在煤化作用過(guò)程中形成、儲(chǔ)集煤層氣是以甲烷為主要成分的礦產(chǎn)，是在煤化作用過(guò)程中形成、儲(chǔ)集在煤層及其臨近巖層中的非常規(guī)天然氣。在煤層及其臨近巖層中的非常規(guī)天然氣。 煤層作為煤層氣的煤層作為煤層氣的源巖和源巖和儲(chǔ)層儲(chǔ)層，具有具有2 2方面的特征方面的特征：一是在壓力作用一是在壓力作用下具有容納氣體的能力下具有容納氣體的能力； 二是具有允許氣體流動(dòng)

2、的能力二是具有允許氣體流動(dòng)的能力。 1、煤層氣2、煤層氣儲(chǔ)層二、煤儲(chǔ)層的滲透性二、煤儲(chǔ)層的滲透性1、概念 儲(chǔ)集層的滲透性是指在一定壓力差下，允許流體通過(guò)其連通孔隙的儲(chǔ)集層的滲透性是指在一定壓力差下，允許流體通過(guò)其連通孔隙的性質(zhì)，也就是說(shuō)，滲透性是指巖石傳導(dǎo)流體的能力，滲透性優(yōu)劣用滲透性質(zhì)，也就是說(shuō)，滲透性是指巖石傳導(dǎo)流體的能力，滲透性優(yōu)劣用滲透率表示。率表示。表達(dá)式表達(dá)式：pALQvk二、煤儲(chǔ)層的滲透性二、煤儲(chǔ)層的滲透性2、滲透率影響因素 有效應(yīng)力為總應(yīng)力減去儲(chǔ)層流體壓力。有效應(yīng)力增加，導(dǎo)致裂隙寬有效應(yīng)力為總應(yīng)力減去儲(chǔ)層流體壓力。有效應(yīng)力增加，導(dǎo)致裂隙寬度減小，甚至閉合，使?jié)B透率急劇下降。度減

3、小，甚至閉合，使?jié)B透率急劇下降。根據(jù)大量資料指出隨著有效應(yīng)力的增加，滲透率呈指數(shù)降低根據(jù)大量資料指出隨著有效應(yīng)力的增加，滲透率呈指數(shù)降低。1 1）有效應(yīng)力與原地應(yīng)力有效應(yīng)力與原地應(yīng)力二、煤儲(chǔ)層的滲透性二、煤儲(chǔ)層的滲透性2、滲透率影響因素 實(shí)驗(yàn)表明，煤體在吸附氣實(shí)驗(yàn)表明，煤體在吸附氣體或解吸氣體時(shí)可引起自身的體或解吸氣體時(shí)可引起自身的膨脹與收縮。煤層氣開(kāi)發(fā)過(guò)程膨脹與收縮。煤層氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中，儲(chǔ)層壓力降至臨界解吸壓中，儲(chǔ)層壓力降至臨界解吸壓力以下時(shí)，煤層氣便開(kāi)始解吸。力以下時(shí)，煤層氣便開(kāi)始解吸。由于煤體在側(cè)向上是受圍限的，由于煤體在側(cè)向上是受圍限的，因此煤基質(zhì)的收縮不可能引起因此煤基質(zhì)的收縮不可能引

4、起煤層整體的水平應(yīng)變，只能沿煤層整體的水平應(yīng)變，只能沿裂隙發(fā)生局部側(cè)向應(yīng)變。裂隙發(fā)生局部側(cè)向應(yīng)變。 基質(zhì)沿裂隙的收縮造成水平應(yīng)力下降，有效應(yīng)力相應(yīng)減小，裂隙寬基質(zhì)沿裂隙的收縮造成水平應(yīng)力下降，有效應(yīng)力相應(yīng)減小，裂隙寬度增加，滲透率增高。度增加，滲透率增高。2 2）基質(zhì)收縮效應(yīng)）基質(zhì)收縮效應(yīng)二、煤儲(chǔ)層的滲透性二、煤儲(chǔ)層的滲透性2、滲透率影響因素3 3）樣品尺寸）樣品尺寸由于煤的天然裂縫發(fā)育特征，較大樣品顯示出滲透率較高。由于煤的天然裂縫發(fā)育特征，較大樣品顯示出滲透率較高。滲透率與樣品尺寸的關(guān)系圖三、儲(chǔ)層的空隙壓力與原地應(yīng)力三、儲(chǔ)層的空隙壓力與原地應(yīng)力1、儲(chǔ)層壓力定義 儲(chǔ)層壓力：是作用于煤孔隙裂隙

5、空間上的流體壓力（包括水壓和氣壓），故又稱地層壓力或儲(chǔ)層裂縫中的流體壓力，多由試井獲得。習(xí)慣上將煤層氣井中地下水靜液面到達(dá)井口的煤層稱正常壓力煤儲(chǔ)層；高出井口的稱超壓煤儲(chǔ)層；在井口之下的稱欠壓煤儲(chǔ)層。儲(chǔ)層壓力的改變影響到正常有效應(yīng)力的改變，進(jìn)而控制滲透率。三、儲(chǔ)層的空隙壓力與原地應(yīng)力三、儲(chǔ)層的空隙壓力與原地應(yīng)力超壓煤層氣井噴三、儲(chǔ)層的空隙壓力與原地應(yīng)力三、儲(chǔ)層的空隙壓力與原地應(yīng)力2、煤層氣瓦斯壓力 煤層氣（瓦斯） 壓力是指在煤田勘探鉆孔或煤礦礦井中測(cè)得的煤層孔隙中的氣體壓力。煤儲(chǔ)層試井測(cè)得儲(chǔ)層壓力是水壓，二者的測(cè)試條件和測(cè)試方法明顯不同。煤儲(chǔ)層壓力是水壓和氣壓的總和，在封閉體系中，儲(chǔ)層壓力中水

6、壓等于氣壓；在開(kāi)發(fā)體系中，儲(chǔ)層壓力等于水壓與氣壓之和。三、儲(chǔ)層的空隙壓力與原地應(yīng)力三、儲(chǔ)層的空隙壓力與原地應(yīng)力3、原地應(yīng)力 原地應(yīng)力是指煤儲(chǔ)層沒(méi)有受到任何人為擾動(dòng)，處于原始狀態(tài)的應(yīng)力。原地應(yīng)力是壓裂設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，是儲(chǔ)層滲透性的重要控制因素，同時(shí)也嚴(yán)重影響煤層氣井的排采。四、煤儲(chǔ)層的吸附性四、煤儲(chǔ)層的吸附性07142128350246810壓力 /MPa吸附量 /(cm3g-1)CH4CO2N206121824300246810壓力 /MPa吸附量 /(cm3g-1)CH4CO2N207142128350246810壓力 /MPa吸附量 /(cm3g-1)CH4CO2N202040608002

7、46810壓力 /MPa吸附量 /(cm3g-1)CH4CO2N2長(zhǎng)焰煤氣煤焦煤無(wú)煙煤1、不同煤級(jí)煤吸附不同氣體的差異性同一煤樣吸附不同氣體：CO2CH4N2四、煤儲(chǔ)層的吸附性四、煤儲(chǔ)層的吸附性2、煤層氣吸附解吸過(guò)程的差異與解吸作用類型劃分地質(zhì)條件下的煤層氣吸附過(guò)程與開(kāi)采條件下的煤層氣解吸過(guò)程的差異對(duì)比五、吸附飽和度與臨界解吸壓力五、吸附飽和度與臨界解吸壓力1、吸附飽和度的意義 煤層氣吸附飽和度煤層氣吸附飽和度：是指煤層在一定的煤層溫度、煤儲(chǔ)層壓力和煤層濕度等儲(chǔ)層條件下對(duì)甲烷的吸附飽和程度（Saturation），一般用百分比表示。煤層氣吸附飽和度是評(píng)價(jià)煤層氣的富集程度和可采性的重要的綜合評(píng)價(jià)

8、指標(biāo)。五、吸附飽和度與臨界解吸壓力五、吸附飽和度與臨界解吸壓力2、吸附飽的表達(dá) 飽和煤層（A）含有最大的氣含量，這在理論上是可能的，如由實(shí)驗(yàn)室確定的等溫吸附曲線所定義的。在開(kāi)始脫水和壓力下降時(shí)，氣生產(chǎn)立即開(kāi)始。 欠飽和煤層（B）含有比煤層可能吸附量要少的甲烷，由于先前發(fā)生過(guò)脫氣事件。為了使氣產(chǎn)氣甚至需要幾年的時(shí)間進(jìn)行脫水和降壓，而最終的儲(chǔ)量減少。 飽和的欠飽和的五、吸附飽和度與臨界解吸壓力五、吸附飽和度與臨界解吸壓力2、臨界解吸壓力的意義 在煤層氣開(kāi)采過(guò)程中，壓力降低到煤層氣開(kāi)始解吸的壓力稱之為臨界臨界解吸壓力解吸壓力，一般用MPa表示。理論氣含量實(shí)測(cè)氣含量廢棄氣含量廢棄壓力臨界解吸壓力實(shí)測(cè)儲(chǔ)層壓力結(jié)結(jié) 束束 語(yǔ)語(yǔ) 經(jīng)過(guò)幾十年的研究，煤儲(chǔ)層領(lǐng)域的許多研究成果已經(jīng)運(yùn)用到煤層氣勘探和開(kāi)發(fā)實(shí)踐中。但是，煤層氣儲(chǔ)層研究仍然存在如