煤层气知讲义识培训讲座
煤层气讲课材料
煤层气开发利用现状与展望一、煤层气1 煤层气的概念煤层气、煤层甲烷、煤层瓦斯、矿井瓦斯储集在煤层中的非常规天然气。
煤层气的主要气体成分是甲烷，又称煤层甲烷。
也称其为煤层瓦斯。
煤层甲烷，赋存在煤层中的甲烷及其气态同系物。
矿井瓦斯，是指井下有害气体的总称。
2 煤层气的气体成分甲烷、乙烷-戊烷、二氧化碳、氮气、水、氧气、惰性气体典型的煤层气中，甲烷含量高于95%，目前一般把80%作为工业价值的下限。
3 煤层气的赋存状态吸附气70%-95%；游离气一般小于10%，最大20%；溶解气4 煤层气与常规气的比较自生自储、双孔隙系统、吸附气、蔬水降压5 煤层气开发的意义能源：世界2000米以浅240万亿立方米，是常规气的两倍。
其中，独联体17-113万亿立方米，加拿大5.66-76.4万亿立方米，中国30-35万亿立方米，美国11.35万亿立方米，澳大利亚8.5-14.16万亿立方米,德国和波兰各2.8万亿立方米。
环境：二氧化碳温室效应24.5倍，60亿立方米安全问题：煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸，美国黑勇士盆地橡树林沟煤矿14.2m3/t，经11年地面抽放，含气量3.8m3/t，抽出率73%。
二、国外煤层气开发利用现状1 发展历程1953年第一口煤层气井（圣湖安盆地）1981年开始商业开发1982年 1.7亿立方米1986年 5亿立方米，378口1991年81.7亿立方米，2%1992年207亿立方米，6600口，税收优惠政策取消1996年295亿立方米，5%1998年 324亿立方米，6%2 发展阶段50年代以前，井下抽放阶段抽出率低、气体质量差难以利用50—70年代，地面抽放的理论、技术的探索阶段研究煤储层特征，将天然气的开发理论和工艺技术嫁接到煤层气的地面抽放实践，形成了煤层气的开发理论和工艺。
80—90年代，商业开发蓬勃发展阶段理论、技术、工业日趋成熟；鼓励政策陆续出台；开发规模急速增大，产量急剧上升。
90年代以后，煤层气开发的收缩阶段1993年加1994年的完井总数仅为1992年的1/2。
煤层气的成因分析PPT学习教案
17
第16页/共46页
一、生物成因气
生 物 成 因 煤 层气是 指在微 生物作 用下， 有机质 （泥炭 、煤等 ）部分 转化为 煤层气 的过程 。
原始生物成因气和次生生物成因气
（1.1） （1.2） （1.3）
13
第12页/共46页
Evolution of Methane
Heat and pressure work together to increase coal rank
Methane and water are released in the process
Both methane and water can be trapped for future recovery using CBM/CMM
煤层气的成因分析
会计学
1
煤是成分与结构十分复杂的固体化石燃料，也是烃 类气体的源岩和储集层。在成煤作用的泥炭化作用阶段、 成岩作用和变质作用阶段以及后期煤层抬升阶段，在微 生物、温度、压力的作用下，伴随煤（或泥炭）成分与 结构的变化，都有烃类气体的形成。而不同阶段、不同 成因类型的烃类气体具有不同的成分与同位素特征。
A-2 -a 强键结 合
不能在煤结构中自由运动
A-2-b 松散结 合
能自由进出煤结构
8
第7页/共46页
煤分子两相模型
9
第8页/共46页
煤不仅具有成烃的物质基础，
而且具有容纳烃类物质的空间。
然而，煤能否成为好的烃源岩
和储集层，则主要取决于煤化
作用程度，煤化作用过程中物
理性质的变化（孔隙率、渗透
性）影响烃类气体的赋存和运
表
特干气；甲烷的碳、 氢同位素组成偏重
由于热演化程度 高，煤层气组分 和同位素受解吸 分馏的影响较小， 但以排采气最稳
煤层气知识培训讲座
煤层气的开采方式
地面钻井开采方式，国外已经使用，我国 有些煤层透气性较差，地面开采有一定困 难，但假设积极开发每年至少可采出50亿 立方米；由于过去除了供暖外没有找到合 理的利用手段，未能充分利用，所以，抽 放瓦斯绝大局部仍然排入大气，花去了费 用，浪费了资源，污染了环境。
煤层气的开采方式
2 两种开采模式的一样点
煤层气的开采方式
美国、英国、德国、俄罗斯等国煤层气的 开发利用起步较早，主要采用煤炭开采前 抽放和采空区封闭抽放方式抽放煤层气， 产业开展较为成熟。80年代初美国开场试 验应用常规油气井〔即地面钻井〕开采煤 层气并获得突破性进展，标志着世界煤层 气开发进入一个新阶段。
煤层气的开采方式
煤层气的开采方式： 一是地面钻井开采； 二是井下煤层气抽采。 地面钻井开采的煤层气和抽放瓦斯都是可
煤层气的开采方式
使井下煤层气得以抽采的两个根本条件是： 在小范围内有足够的煤层气资源 使煤层瓦斯得以释放的煤层透气性大小。
煤层气的开采方式
1 实施方法的不同
井下煤层气抽采主要是通过钻孔方式钻进几 百米到上千米，利用抽放泵对井下煤层气进展 采收，资源量和透气性是其发生根底。地面钻 采煤层气是通过排水降压使煤层气解吸并采出， 其实施方式主要是打垂直井或定向井。并在井 下煤储层下制造口袋，利用抽水泵抽取煤储层 中的水使煤储层压力降低到临界解吸压力以下 产出
煤层气特征及用途
煤层气空气浓度到达5%-16%时，遇明火 就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。 煤层气直接排放到大气中，其温室效应约 为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极 强。在采煤之前如果先开采煤层气，煤矿 瓦斯爆炸率将降低70%到85%。
煤层气特征及用途
煤层气或瓦斯的热值跟甲烷(CH4)含量有 关，地面抽采的煤层气甲烷(CH4)含量一 般大于96.5%，当甲烷含量97.8%时，在 0℃, 101.325kPa下，
煤层气ppt课件
成藏模式及开采特征
开采效果
煤层气的产出是一个“排水－降压－解吸－扩散－渗流”的 过程。有效应力效应、基质收缩效应和克林肯伯格效应三种 效应共同作用决定了煤储层渗透率的动态变化过程，而这一 过程对煤层气井的开发效果有直接的影响。根据渗透率及产 气量可以将煤层气的开采效果分为三类：
排采动态分析预测
产量递减法
产量递减法是使用递减曲线分析预测煤层气产量的方法。最 早是由Hanby（1991）在使用指数递减对美国黑勇士盆地的 煤层气井进行经济评估时提出来的。
该方法主要是通过研究煤层气井的产出规律、分析气井的生 产特性和历史资料来预测储量。假设一旦煤层气井达到了实 际高峰值，产气量就开始下降，持续呈典型的可预测的递减 趋势，并沿着一条拟定的递减率曲线变化，由此就可以利用 传统递减分析法及开采特征
开采特征
外输型：多位于构造翼部、非均质性强的地区。气产量一部分通 过本井降压解吸半径内从本井产出，大部分通过高渗通道或沿上 倾部位扩散到其他井内产出。排采井一般位于构造翼部、非均质 性较强的地区。日产气量呈不产—上升—缓慢递减三个阶段。此 类井多低产。
成藏模式及开采特征
开采特征
排采动态分析预测
因为缺乏科学的工具，早期对煤层气排采动态分析预测是很困 难的。大多数煤层气井初始排采时气、水产能较高，经过一段 时间（如数月）的抽排后，出现产量衰减甚至被迫关闭，对后 续产能缺乏系统的预测，极大地制约着煤层气产业的发展。通 过近几十年发展，国内外诸多学者对煤层气井的排采动态分析 预测进行了相应的研究和探讨。当前在国外对煤层气井煤层气 排采动态分析预测采用较多的方法主要是产量递减法及数值模 拟法。
煤层气基础知识(整理)
1.1.煤层气的定义和全然特征从矿产资源的角度讲，煤层气是以甲烷为要紧成分〔含量＞85%〕，是在煤化作用过程中形成的，储集在煤层气及其临近岩层之中的，能够利用开发技术将其从煤层中采出并加以利用的特不规天然气。
对煤层气而言，煤层既是气源岩，又是。
煤层具有一系列独特的物理、化学性质和特不的岩石力学性质，因而使煤层气在贮气机理、孔渗性能、气井的产气机理和产量动态等方面与常规天然气有明显的区不〔详见表1.1〕，表现出鲜亮的特征。
资料来源：张新民中国煤层气地质与资源评价2002年1.2.煤层气生成.煤层气成因类型及形成机理从泥炭到不同变质程度煤的形成过程中，都有气体的生成。
依据气体生成机理的不同，能够将煤层气的成因类型分为生物成因和热成因两类。
生物成因气要紧形成于煤化作用的未成熟期，而热成因气要紧形成于煤化作用的成熟期和过成熟期。
.1.生物成因气生物成因气要紧由甲烷组成，它是由各种微生物的一系列复杂作用过程导致有机质发生落解作用而形成。
生物成因气又能够依据产生时期的不同分为原生生物气和次生生物气。
〔1〕原生生物气原生生物气是在煤化作用早期〔R0<0.5%〕，在较低的温度下〔一般低于500C〕，在煤层埋躲较浅处〔<400m〕，在细菌的参与和作用下，微生物对有机质发生分解作用而形成的以CH4为要紧成分的生物生成气。
在原生物生成气生成的具体途径和方式有两种，一种是由CO2复原而成；另一种由甲基类发酵〔一般为醋酸发酵〕而成。
生物气的形成应具备的要紧条件是：①缺氧环境；②低硫酸盐浓度；③低温；④丰富的有机质；⑤高PH值；⑥足够的空间。
〔2〕次生生物气Rice〔1981〕和Scott〔1994〕等人认为在近地质时期，煤层被抬升，爽朗的地下水系统和大气淡水形成了微生物活动的有利环境，在相对较低的温度下，微生物落解和代谢煤层中差不多形成的湿气、甲烷和其它有机化合物，生成次生物成因气〔要紧是CO2和CH4〕。
次生物成因气的地球化学组成与原生生物成因煤层气相似，要紧差异在于煤岩的热演化时期。
煤层气组成与性质解析PPT课件
1、 煤级
中国煤层气甲烷碳同位素组成
含煤时代
褐煤
δ13C1平均值，‰
长焰煤
气煤
肥煤
新生界古近系
-63.1/1 -49.2/6 -43.3/2 -47.7/2
中生界侏罗－白垩系
-57.3/1 -59.1/4 -56.2/2
上古生界石炭－二叠系 焦煤
瘦煤
-58.4/30 贫煤
56.2/27
无烟煤
-55.0/7 -55.3/2 -41.8/4 -36.7/7
0.069 12.07
第25页/共31页
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。
（3）瘦煤至无烟煤阶段
生气270~422m3/t，烃类气体占70%，其中CH4占绝对 优势(97~99%)，几乎没有重烃。
第6页/共31页
不同煤类的产气量和吸附能力
煤类 褐煤 长焰煤 气煤 肥煤 焦煤 瘦煤 贫煤 无烟煤
产气量m3/t 38~68 138~168 182~212 199~230 240~270 257~287 295~330 346~422
4）煤成气具明显的姥鲛烷优势，姥鲛烷/植烷 （Pr/Ph ）=0.68~11.6，其中绝大多数大于2.1， 而Ⅰ、Ⅱ型干酪根生成原油的Pr/Ph=1.43， 为姥植均势。
5）煤型（层）气的汞含量比油型气高，煤型气含汞8 万微克/m3，油型气7千微克/m3。
第15页/共31页
《煤层气的成因》课件
热解气的特点
化学气成因理论
认为煤层气是在高温高压的环境下，通过化学反应直接由煤中的无机物合成形成。化学气成因理论认为，在高温高压的环境下，煤中的无机矿物与水反应生成甲烷等气体。
化学气的生成过程
在高温高压的环境下，煤中的无机矿物与水反应生成甲烷等气体。这个过程需要较高的温度和压力条件。
化学气的特点
化学气具有高甲烷含量、低二氧化碳含量的特点，通常在温度较高、压力较大的煤层中形成。
煤层气开发利用有助于减少对传统化石燃料的依赖，降低温室气体排放，对于应对气候变化和推动可持续发展具有重要意义。
我国是全球煤层气资源最为丰富的国家之一，但目前开发利用程度相对较低。国内煤层气产业发展面临着技术、政策和市场等多方面的挑战，如勘探开发难度大、成本高、缺乏市场竞争力等。
为推动我国煤层气产业的快速发展，需要加强技术创新、完善政策支持体系、拓展市场应用领域等方面的工作。
总结词
煤层气主要由甲烷组成，甲烷含量一般在80%以上，同时还含有少量氮气、二氧化碳等气体。
详细描述
总结词
生物化学成因和热成因的共同作用
详细描述
煤层气的形成是生物化学成因和热成因共同作用的结果。生物化学成因主要是在成煤过程中，植物遗体在厌氧环境下分解产生甲烷等气体；热成因则是煤层在高温高压环境下，热解产生甲烷等气体。
随着煤变质程度的提高，煤层气中甲烷的含量增加，而氮气和二氧化碳的含量减少。
气体组分变化
煤变质程度
04
煤层气的开发利用
根据煤层气的形成和赋存特征，目前主要采用地面钻井开采和井下瓦斯抽放两种技术。地面钻井开采技术是通过钻井向煤层中注入高压气体，使煤层气从煤岩中解析出来，并通过采气管线输送到地面。井下瓦斯抽放技术则是利用瓦斯抽放泵将煤层中的气体抽出，并输送到地面进行利用。
(全部)煤层气课件
一,煤层气勘探开发的意义1、能源意义煤层气是一种新型的洁净能源，其勘探开发可以弥补常规能源的不足。
2、安全与减灾的意义煤层气，严重的影响着我国的煤矿生产安全。
在煤炭开采前预先进行煤层气抽采，有利于降低煤矿生产过程中的瓦斯灾害事故。
3、环境意义煤层气开发降低了煤炭开采中的瓦斯排放，从而降低了由此产生的温室效应。
4，形成新的支柱产业煤层气的利用并不仅仅在民用方面，已广泛用于各种领域，如煤层气发电、汽车燃料、锅炉改造、工业用气、煤化工项目等。
可以有利于衰老煤矿区转业，发展新型的相关产业，缓解转岗就业困难，成为新的经济增长5、巨大的经济意义通过采气销售直接获取经济效益（目前煤层气的井口价一般为1~1.5元/m3），如果民用或发电，还可得到0.2~0.25元/m3的财政补贴，出售减排碳指标（CDM项目）可得到0.2~0.5元/m3 。
对瓦斯突出严重的矿井，采煤过程中的瓦斯治理费用在10～20元／吨煤；同时突出矿井建设费用也远远高于一般矿井。
地面煤层气开发预先抽放了瓦斯，就可大大降低采煤过程中的瓦斯治理费用，晋煤集团的蓝焰公司一直在坚持这一发展思路。
预抽瓦斯，降低了煤矿瓦斯事故，由此产生显著的社会效益。
二，煤层气生成过程1、泥炭化作用和成岩从成煤原始物质被埋藏开始至门限深度为止。
地层条件：低温（小于50～60℃）、低压。
鉴别指标：Ro小于0.5%。
气体成因：生物成因气通过微生物的作用，使复杂的不溶有机质在酶的作用下发酵变为可溶有机质，可溶有机质在产酸菌和产氢菌的作用下，变为挥发性有机酸、Ｈ2和CO2；Ｈ2和CO2在甲烷菌作用下最后生成CH4。
2、变质作用阶段地层条件：高温（大于50）。
鉴别指标：Ro大于0.5%。
煤在温度、压力作用下发生一系列物理、化学变化的同时，也生成大量的气态和液态物质。
由于煤隶属III型干酪根，属于倾气性有机质，演化过程中形成的烃类以甲烷为主。
气体成因：热成因气三，煤层气开发过程渗透率动态变化的影响因素地质因素：地应力埋藏深度天然裂隙煤体结构储层压力水文地质条件流体介质毛管力、贾敏效应等（在地面排水降压开发煤层气过程中，随着水、气的排出，一方面在地面排水降压开发煤层气过程中，随着水、气的排出，一方面煤储层内流体压力降低，有效应力增大，渗透率降低（简称为负效应）煤储层内流体压力降低，有效应力增大，渗透率降低（简称为负效应）；另一方面煤基质收缩，渗透率增大（简称为正效应）煤基质收缩，渗透率增大（简称为正效应）。