煤层气储层特征研究
我国煤层气储层特征研究
我国煤层气储层特征研究艾军;肖传桃;郭双;陈肯【摘要】在对国内煤储层渗透性、压力、吸附性及含气性等研究现状系统调研的基础上，提出了每种研究方法存在的局限性。
以国内主要煤层气矿区及室内实验研究为基础，提出：建立围压与煤储层基质收缩程度与裂缝系统开合程度数学模型是下步煤储层渗透性研究的重点；构造应力是影响煤储层压力变化的主要因素；在利用经验公式研究煤储层吸附特性时，应充分考虑影响煤样膨胀量的压力条件；煤层气富集区具有煤层厚度大、分布面积广、煤储层裂缝发育、顶底板封盖性能好及水动力条件优越等特点。
深化煤储层特征研究对进一步提高煤层气动用程度具有较大意义。
【期刊名称】《非常规油气》【年(卷),期】2014(001)001【总页数】8页(P33-40)【关键词】储层渗透率;储层压力;吸附特性;含气量分析【作者】艾军;肖传桃;郭双;陈肯【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TD712.67加快煤层气产业基地建设，把煤层气抽采工作同煤矿安全、环境保护相统一，其核心是找出适合本国煤层气发展的方案[1]。
煤层气在成分上与常规天然气基本相同，区别在于煤层气开发需要进行前期抽排试验[2]。
在开发过程中，煤层气储层（简称煤储层)特征研究的深入程度直接或间接影响煤层气的采收率。
我国煤储层特征等基础研究起步较晚，本文主要从渗透性、储层压力、吸附特性和含气量分析等方面对煤储层加以论述。
煤储层非均质性和储层成因机制的深入研究可指导煤层气的有效开发。
1.1 煤储层渗透性研究现状煤储层渗透性受多方面因素影响，地应力是其中一方面。
地应力大小取决于煤层埋藏深度和应力梯度，构造活动影响着应力梯度的大小。
姚艳斌认为，煤储层显微裂缝不发育、孔隙连通性差和微孔比例过大为煤层气开发的“瓶颈”[3]。
利用压汞实验进行单相渗透性测定，数据表明，“比表面积”和“孔喉直径”为其制约因素，孔缝系统中喉道的发育程度对渗透率的影响具有“短板效应”。
而热演化作用、沉积成岩作用和构造应力应变作用控制裂缝系统的变化。
关于煤层气储层地质特征及勘探开发新领域研究
161随着经济不断发展，温室效应显著，经济水平的提高使得人们环保意识逐步提高，从而对绿色能源发展问题进行探索。
我国地域辽阔，具有丰富的资源，煤层气储备量位居世界第二，并且分布范围广，其中包括我国华北、西北、华南等诸多地区。
1 我国煤层气主要特征从20世纪80年代初开始到90年代末，20年的时间内，我国煤层气井多口，其中有很多失败案例，主要原因就是受到勘探技术的限制，煤层气井深度不够，大部分井都没有达到煤层气储层的实际深度，所以导致含气量较低，煤层气井产量少，煤层气勘探受到影响[1]。
煤层气在生成过程中，会受到火山岩活动影响，导致其中出现次生演变逐步加剧，煤层中逐渐出现一个饱和度高、煤层物性好、含气量高的区域。
同时，煤层气还会受到其他局部热动力影响，与其接触的岩石会出现一个高热区域，其周围环境较为封闭，导致这些热量无法排出，就会吸附于煤层颗粒中，随后扩散到岩石储层中。
受到水的影响后，导致煤层物性变差，饱和度降低[2-5]。
2 储藏煤层气在我国，煤层气分布具有明显分带性，在勘探过程中，应当对煤层气储层中的吸附带重点关注，从而提高勘探效率。
2.1 压力封闭型经过多次的压实、抬升，一个超出压力范围的煤层气储层就逐渐形成，但是由于自身发育不够完善，导致煤层气缺乏物性与联通性，所以在开采过程中，会出现解吸性差等问题，最终导致煤层气产量低。
2.2 微渗滤封闭型通常情况下，底板与中顶板都较薄，岩石缺乏密封性，局部的水与岩层相通后，水逐步向煤层进行渗透，最终产生动力，并且带走部分地层中的甲烷，小部分甲烷处于滞留状态，形成一个较为封闭的环境。
这种情况就会导致煤层气中具有较低的含气饱和度，煤层气产量较低，导致工业价值低，但是有时也会出现例外情况。
2.3 地质构造封闭型一部分煤层气受到地质构造影响，地质构造的特殊性导致其含水量较低，煤层气开采过程中解吸半径小，影响开采量。
我国幅员辽阔，煤层气类型丰富多样，目前我国都是采用构造变形差异聚集承压水封堵型的煤层气作为主要开采目标。
煤层气储层特征研究分解
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，而最终的储力
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。
同一煤样吸附不同气体：CO2>CH4>N2
CH4 CO2 N2
8
10
CH4 CO2 N2
8
10
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
煤层气物理解吸
作用过程
吸附偶于煤的热演化生烃、排烃 人为的排水-降压-解吸过程（是一 过程之中（是一种“自发过程”） 种“被动过程”）
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。
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。
煤层气储层测井响应特征及机理分析
煤层气储层测井响应特征及机理分析摘要：煤层气储层是煤层气储存的载体，是煤层气勘探开发的研究对象。
通过研究煤层气储层特征和测井响应特征，为煤层气储层的识别和评价提供依据。
适当的测井系列可用于有效识别煤层气储层，计算储层的碳含量，灰分和水分，并计算储层的孔隙度，渗透率和气体含量。
测井方法是评价煤层气储层的有效手段。
测井是评价煤层气储层的重要技术手段。
通过研究区的常规测井资料和实验数据，分析了测井响应值的分布特征。
结合煤层煤岩组分，探讨了煤层气储层测井响应特征。
研究表明，煤层气储层的测井响应值是正态分布的。
常规对数值显示高声学时间差，高电阻率值，高中子孔隙率和低自然势，低密度，而负面自然异常的特征和严重的扩张。
为研究区后期煤层气储层测井评价提供理论依据。
前言煤层气储层是储存煤层气的载体，是一种典型的非常规有机储层，具有自生，自储和多孔。
煤层气是一种非常规天然气，以吸附状态存在于煤储层中。
研究煤层气储层的最终目的是探索和开发煤层气资源。
煤层气勘探的方法很多，煤层气测井技术被认为是最有前景的手段。
通过对煤层气测井响应图和响应数值分布直方图的统计分析，评价了煤层气储层的响应特征。
根据测井的基本原理，结合煤层气储层的实际地质特征，总结分析了煤层气储层测井响应机理。
一、煤层气测井响应特征1.1煤和岩石的一般测井特征煤层是生产和储存煤层气的地方。
目前，煤层气储层测井技术中常用的测井方法有：电阻率，自然伽马，补偿密度，补偿中子，声学时间差和光电吸收指数[1]。
普通煤和岩石的测井特征如表1所示。
1.2煤层气的测井特征由于煤层裂缝和基质孔隙度小，气体含量低，测井对煤层气的分辨率低，其测井识别方法不像常规气藏那么简单直观。
但是，一般来说，由于气体的密度小于煤的密度，因此气体后的煤层的体积密度值相对减小。
随着氢含量的增加，补偿中子值相对增加;随着气体含量增加，声波传播速度降低，声波时间差相对增大。
我们可以使用这些特征来定性地识别测井曲线上的煤层气。
鄂尔多斯盆地煤储层特征研究
鄂尔多斯盆地煤储层特征研究摘要：煤层气是以吸附态为主赋存在煤层中的一种清洁能源。
我国煤炭资源非常丰富，煤层气资源量也相当可观。
开发煤层气不仅只是提供能源，对减少瓦斯事故、保护大气层也都有重要意义。
煤储层是煤基质快、气、水（油）三相物质组成的三维地质体，煤储层较常规储层具有非常特殊的物理特征，其物性包括孔裂隙性、吸附解吸特性、力学性质、渗透性等多个方面。
通过汞置换法、低温氮吸附法等实验和各种数据资料统计，总结出鄂尔多斯西缘煤储层特征，有利于准确预测煤层气开发前景、优选煤层气地面开发高渗富集区、制定有效的煤层气开发战略和完井方案，为煤层气资源评价、产能预测、储层改造和提高采收率提供理论依据。
关键词：鄂尔多斯盆地、煤储层特征、孔隙特征、渗透性、最大含气量The Coal Reservoir Feature’s Study on the Odors BasinZHOU Long-fei(The third Road and Bride Department, Zhongyuan Oilfield Construction Group, Puyang 457000, China)Abstract: Coalbed methane (CBM) is a kind of clean energy which is adsorbed in coalbed. There is abundant coal resources in China and the CBM reserves is a considerable figure. Exploitation of CBM not only provides energy but also has important significance on improving safe production level of coal mines and also can protect the atmosphere.Coal reservoir is three-phase composition of 3D geological body which is constitute by matrix fast, gas, water(oil).Coal reservoir had the special physical characteristic that compared to relatively conventional reservoir,its physical properties including hole fractured, adsorption, desorption characteristics, mechanical properties,permeability, etc. By experiencing mercury displacement,low temperature nitrogen adsorption andanalysing various data,summarized the west margin of ordos coal reservoir characteristics,which is benefit to predict the coalbed gas’s the development of prospects, optimize hypertonic CBM’s zone where the CBM is plentiful on the ground, make effective CBM’s the development of strategy and completed program,which provided theoretical basis for evaluating coal bed methane resource,predicting productivity, reconstructing reservoir ,improving the recovery.Key words: Ordos Basin、Coal reservoir feature、Hole feature、Permeability、The biggest gas content1、引言鄂尔多斯盆地是中国煤层气勘探开发的热点地区之一，经过一系列勘探开发，初步显示出该盆地具有良好的煤层气开发前景[1]。
潘庄煤层气区块15号煤储层物性特征研究
潘庄煤层气区块15号煤储层物性特征研究武杰;刘捷【摘要】煤储层物性特征是影响煤层气开发成效的关键因素,文章基于潘庄煤层气区块地质、煤层气地质及煤层气勘探开发资料,采用煤层气地质理论对该区15号煤储层物性特征进行了研究.结果表明:研究区15号煤储层具有较好的含煤性和含气性,可为煤层气开发提供较好开发对象和气源保障;煤的孔裂隙系统相对发育,煤层渗透性好、渗透率高,有利于煤层气吸附、储集、扩散及渗流;15号煤储层地层能量普遍较弱,煤储层压力为\"欠压\"状态,不利于驱动煤层气高效产出;煤中具有良好的吸附储集煤层气空间,煤对煤层气的吸附能力强、吸附量大,但煤层气解吸速率较低.【期刊名称】《煤》【年(卷),期】2019(028)006【总页数】5页(P1-5)【关键词】潘庄煤层气区块;15号煤层;煤储层物性特征【作者】武杰;刘捷【作者单位】煤与煤层气共采国家重点实验室,山西晋城 048012;易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司,山西太原 030000;中国石油西部钻探工程有限公司井下作业公司,新疆克拉玛依 834000【正文语种】中文【中图分类】P618.131 研究区概况潘庄煤层气区块位于沁水盆地东南部晋城矿区，地理坐标为东经112°24' 00"～112°36'00"，北纬35°40' 00"～35°34' 43"，面积为157.755 km2。
区块内煤系地层相对发育，煤层累计厚度大、可采煤层多，具有良好的含煤性和含气性。
为解决煤层高瓦斯给矿井煤炭开采造成的难题，晋煤集团于20世纪90年代在该区开展了地面煤层气抽采、相关煤层气地质及勘探开发理论方面的研究工作，为我国“采煤采气一体化”的煤与煤层气绿色共采开创出了一条新路[1-2]。
煤层是煤层气的生气层和储集层，具有极强的非均质性，其物性特征不仅影响着煤层气开发技术选择，亦是造成不同煤矿区、不同井田、块段煤层气开发成效的关键之因[3-5]。
中国高煤阶煤层气成藏特征(论文)
第２５卷第１２期天然气工业中国高煤阶煤层气成藏特征＊王红岩１李景明１刘洪林１（１．中国石油勘探开发科学研究院廊坊分院陈东１夏士军２李贵中１２．中国石油天然气勘探开发公司开发生产部）王红岩等．中国高煤阶煤层气成藏特征．天然气工业，２００５；２５（１２）：３１～３３摘要国内学者普遍认为高煤阶煤层由于其演化程度较高、割理不发育、煤层的渗透率极低而低估了勘探前景，以至于形成了煤层气勘探的“禁区”。
中国地质条件和含煤盆地的构造活动要比美国复杂得多，煤层气的生成和‘富集有着自身的特点，而且多数煤层在其沉积后经历了多个期次、多个方向的应力场改造，而且大部分高煤阶形成与岩浆热变质事件有关。
这些因素使得高煤阶的气体成因、物性特征、水文地质条件、含气性和成藏过程等都与低煤阶和国外高煤阶明显不同，有可能形成煤层气高产富集区，形成煤层气勘探的有利地区。
主题词中国煤成气高煤阶气藏形成特征勘探区我国高煤阶煤炭资源量巨大，占中国煤层气总资源量的３０％ｎ３。
由于美国煤层气勘探成功的含煤盆地的煤阶都为中低煤阶，国内学者普遍认为高煤阶煤层由于其演化程度较高，割理不发育，煤层的渗透率极低而低估了勘探前景。
一、成因类型和含气量１．以原生和次生热成因煤层气为主高煤阶煤层气藏主要为原生与次生热成因煤层气。
以沁水盆地南部煤层气藏为代表。
沁南地区煤层主要为高煤阶无烟煤，Ｒ。
一２．２％～４．０％，煤层气主要为热成因。
煤层气甲烷艿１３Ｃ总体偏小，在一２６．６‰～一３６．７‰之间，且随着埋深的增加而变大。
这是由于煤层气的解吸一扩散一运移引起同位素的分馏所致。
这种次生热成因的煤层气在国内外非常多见。
滞流区受解吸一扩散一运移分馏作用的影响小，基本保持了原始状态。
可见沁南煤层气藏煤层气的成因在空间上存在分带现象：次生热成因煤层气存在于浅部径流带，原生热成因气存在于深部滞流区。
２．煤阶高。
煤层吸附量大，含气量高煤阶越高，煤层气生成量越大。
吸附能力随煤阶增高经历了低一高低３个阶段，在Ｒ。
浅谈我国煤层气的基本储层特点与开发对策
浅谈我国煤层气的基本储层特点与开发对策摘要：全球埋深浅于2000米的煤层气资源约为240万亿立方米，是常规天然气探明储量的两倍多，世界主要产煤国都十分重视开发煤层气。
美国、英国、德国、俄罗斯等国煤层气的开发利用起步较早。
中国煤层气资源丰富，可采资源量约10万亿立方米，累计探明煤层气地质储量1023亿立方米，可采储量约470亿立方米。
全国95%的煤层气资源分布在晋陕内蒙古、新疆、冀豫皖和云贵川渝等四个含气区。
了解我国煤层气的基本储层特点，有助于对煤层气的开发利用。
关键词：煤层气储层特点开发对策煤层气俗称瓦斯，是指与煤炭共伴生、赋存于煤层及围岩中、以甲烷为主要成分的混合气体，是一种新型的清洁能源和优质的化工原料。
煤层气的化学组成有烃类气体，例如甲烷及其同系物、非烃类气体，例如二氧化碳、氮气、氢气、一氧化碳、硫化氢以及稀有气体。
其中，甲烷、二氧化碳、氮气是煤层气的主要化学成分，尤其是甲烷的含量最高。
煤层气的热值是普通煤的2-5倍，与天然气的热值相当，1立方米的纯煤层气的热值相当于1.13千克的汽油，1.21千克标准煤。
可以与天然气混输混用，而且燃烧后很清洁，几乎不产生任何的废气，是上好的工业、化工、发电、居民生活燃料。
煤层气也可用作民用燃料、工业燃料、发电燃料、汽车燃料和重要的化工原料。
用途很广泛。
没标准立方煤层气大约相当于9.5度电、3立方米水煤气、1升的柴油、接近0.8千克的液化石油气，1.2升的汽油。
中国煤层气资源丰富，居世界第三。
每年在采煤的同时排放的煤层气在130亿立方米以上，合理抽放的量应可达到35亿立方米左右，除去现已利用部分，每年仍有30亿立方米左右的剩余量，加上地面钻井开采的煤层气50亿立方米，可利用的总量达80亿立方米，约折合标煤1000万吨。
如用于发电，每年可发电近300亿千瓦时。
在国际能源局势趋紧的情况下，作为一种优质高效清洁能源，煤层气的大规模开发利用前景诱人。
煤层气的开发利用还具有一举多得的功效：提高瓦斯事故防范水平，具有安全效应；有效减排温室气体，产生良好的环保效应；作为一种高效、洁净能源，产生巨大的经济效益。
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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
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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
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。
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 )
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
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。
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。
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。
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
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。
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
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：
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。
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