关于煤层气的一些基本概念
煤层气概述
煤层气的开采方式
3.即是现有的垂直井，也存在井斜严重、全角 变化率大的情况，也需要无杆泵排采。 综合上述原因，利用目前常规的抽油机设备越 来越受到限制，有时考虑到一次性投资少，勉 强使用，会加大维修成本。螺杆泵有一定的长 处，比抽油机贵很多，也存在加大维修成本的 问题。每年作业2-4次，作业费用10万左右，不 断更换磨损的油管和抽油杆，一年维护正常生 产费用应是10-20万元。一是造成排采经济效益 低，二是在排采过程频繁的停抽、修井，最易 造成储层伤害。
煤层气特征及用途
井下抽采的煤层气（瓦斯）目前一般将甲 烷(CH4)含量调整到40.8%后利用，此时 瓦斯的热值为：（在0℃, 101.325kPa下） 低热值：14.63MJ/m3(约3494 kcal/ Nm3) 高热值：16.24 MJ/m3(约3878 kcal/ Nm3)
煤层气特征及用途
煤层气储量
煤层气是煤层本身自生自储式的非常规天 然气，世界上有74个国家蕴藏着煤层气资 源，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，中国煤层气资源量达36.8 万亿立方米，居世界第三位。 目前，中国煤层气可采资源量约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。
（5）根据个井出煤粉和砂的情况，定期和不定期进行 不间断的稀释工作。 （6）液晶显示屏显示主页面：电压、电流、频率、井 下液面、井下温度、井口温度、液体排量、总排液量、 产气量、管线阀门开度、平衡阀门开度。 (7) 根据用户要求，配置无线数据远程传输及监控系统。 煤层气井智能排采设备是一种全自动的电潜泵排采系统， 隶属无杆泵，可实现一年以上不检泵、不修井。是丛式 井和井身质量差的垂直井排采的最佳设备。特别是针对 水平分支井，采用该设备可直接利用目前的工程井进行 排采，无需施工生产井。
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
一、名词解释1煤层气：是指煤层生成的气体经运移、扩散后的剩余量，包括煤层颗粒基质表面吸附气，割理、裂隙游离气。
2煤型气：是相对于油型气的概念，是煤成气和煤层气的总和。
3割理：是指煤层中近于垂直层面的天然裂隙。
4构造煤：是指煤层中分布的软弱分层，是煤层在构造应力作用下发生破碎或强烈的韧、塑性变形及流变迁移的产物。
5煤层气吸附平衡：当吸附和解吸两种作用速度相等（单位时间内被固体颗粒表面吸留的气体分子数等于离开表面的分子数）时，颗粒表面上的气体分子数目就维持在某一定量，称为吸附平衡。
6煤层气藏：是指在地层压力（水压和气压）作用下保有一定数量气体的同一含煤地层的煤岩体，具有独立的构造形态；是在煤层演化作用过程中形成的，在后期构造运动中未被完全破坏，呈层状产出。
7煤层气地质储量：是指在原始状态下，赋存于已发现的具有明确计算边界的煤层气藏中的煤层气总量。
8煤成气：是煤层和煤系中分散有机质在热演化过程中生成的气态烃，经运移到煤系中或煤系以外的储层中聚集的煤型气。
9瓦斯突出煤体：构造严重破坏并具有发生瓦斯突出的瓦斯能（即含有大量瓦斯）介质条件的煤体称为瓦斯突出煤体。
10坚固性系数：用于表示岩石抗冲击能力的大小或破坏时破碎功的大小。
11瓦斯放散初速度△P：是指煤在0.1MPa压力吸附瓦斯的条件下，向一固定体积的真空空间放散时，某一时间段内所散放的瓦斯量。
12原生结构煤：指煤原生构造未受构造变动，保留原生沉积结构和构造特征，每层原生层理完整、清晰，仅有少量内、外生裂隙发育，煤体呈块状的煤；原生结构煤的煤岩成分、结构、构造与内生裂隙清晰可辨。
13煤与瓦斯突出：采煤生产过程中，在一瞬间（几秒钟）采煤工作面或巷道某处突然被破坏，迅速放出大量瓦斯，同时抛出大量的煤、岩碎块和煤粉，这种现象称为煤与瓦斯突出。
14吸附等温线：按照气体解吸特性描述的煤的响应性曲线称为吸附等温线二填空题1煤层气形成阶段：原生生物气生成阶段、热降解气生成阶段、热裂解气生成阶段和次生生物气生成阶段。
煤层气的成因
• 煤层气的定义与特性 • 煤层气的成因机理 • 煤层气的形成过程 • 煤层气形成的影响因素 • 煤层气勘探与开发
01
煤层气的定义与特性
煤层气的定义
01
煤层气：指赋存在煤层中以甲烷为主要成分的烃类气体，有时 也包含少量乙烷、丙烷和丁烷。
02
煤层气俗称“瓦斯”，是一种清洁能源，具有高热值和低污染
生成气体的组成
煤层气主要由甲烷组成，还含有少量的一氧化碳、 二氧化碳、氮气等气体。
煤层气的富集阶段
气体扩散作用
在煤化作用和煤层气的生成阶 段，气体通过扩散作用向煤层
孔隙中聚集。
气体吸附作用
煤层中的孔隙具有吸附作用， 能够将气体吸附在孔隙表面。
压力作用
随着煤层中气体的聚集，压力 逐渐升高，促使气体向邻近的 砂岩层和石灰岩层扩散和运移 。
盖层封闭性能
盖层的封闭性能对煤层气的保存和聚 集具有重要作用。盖层封闭性能越好， 煤层气越容易在煤层中聚集。
05
煤层气勘探与开发
煤层气勘探技术
01
02
03
地球物理勘探技术
利用地震、电法等物理方 法探测煤层气的分布和储 量。
钻井勘探技术
通过钻井获取煤层气样品， 分析其成分和储层参数。
遥感技术
利用卫星或无人机遥感技 术监测煤层气分布和动态 变化。
化学成因
煤层气是在高温高压条件下，煤中的有机质通过化学反应转化生成的气体。这 种反应可以在水或干燥条件下进行，生成的气体可以是烃类气体或非烃类气体。
影响因素
温度、压力、气体组分和气体运移条件等。
03
煤层气的形成过程
煤化作用阶段
煤化作用
随着地壳运动和沉积环境的变化，煤层经历了从泥炭到无烟煤的演 化过程，这个过程中煤的化学成分和物理性质发生了变化。
煤层气
可采储量(108m3) 447.07 218.38 38.65 75.06 71.45 1.80 85.45 937.86
三、 煤层气开发
3.1 中国煤层气勘探开发阶段
沁水、阜新盆地 开发试验 优选有利目标 技术储备 资源评价 技术探索 前期研究 1987-1993 勘探选区 1994-2000 开发试验 沁水、鄂尔多斯 煤层气田规模开发 规模开发
三、 煤层气开发
3.2 中国煤层气勘探开发单位
煤炭 系统
山 西 晋 煤 、 阳 煤 、 潞 煤 集 团 ： 沁 水 开 发
中石油
中石化
大专 院校
国外 公司
矿 大
廊 坊 分 院 ： 综 合 研 究 、 勘 探 、 开 发 前 期
华 北 油 田 ： 沁 水 勘 探 开 发
长 城 公 司 ： 阜 新 开 发 、 对 外 技 术 服 务
2015-2-24
四 煤层气开采技术
B、煤层气行业常用压裂液
1、活性水压裂液：洁净水+助排剂+盐（氯化钾） 2、清洁压裂液：表面活性剂+胶束促进剂+盐（氯化钾） 3、冻胶压裂液：HPG+盐（氯化钾）+助排剂+交联剂+防腐剂+破胶剂等 4、线性胶压裂液：HPG+盐（氯化钾）+助排剂+活化剂+破胶剂 5、泡沫压裂液：二氧化碳与氮气泡沫压裂液
2015-2-24
四 煤层气开采技术
钻井液概念 ——对用于钻井作业过程中循环流体的总称。其主要作用：净化井眼、稳定井壁、 冷却钻头、平衡地层压力、润滑钻柱和钻头。 煤层气井常用钻井液 ——水基钻井液，多相分散体系：膨润土+盐水+各 种处理剂+加重材料+钻屑； ——油基钻井液，乳状液体系水为分散相+油为连
煤层气基础知识
1、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；煤层气爆炸范围为5—15%2、煤层气的主要成分甲烷、二氧化碳、氮气3、煤层气储层是（基质）孔隙、裂隙双重介质结构4、煤层气的赋存状态吸附态（80-90%），游离态（20%-10%）、水溶态（5%以下）。
游离态煤层气以自由气体状态储积在煤的割理和其他裂缝空隙中，在压力的作用下自由运动5、煤层气的产出机理：通过抽排煤储层的承压水，降低煤储层压力，使吸附态甲烷解吸为大量游离态甲烷并运移至井口。
即排水－降压－解析－扩散－渗流煤层气的运移方式：微孔-大孔-微裂纹-裂隙-裂缝6、在煤体的大孔和裂隙中，煤层气流动是以压力梯度为动力，其运移遵循达西定律；而在微孔结构中，煤层气流动是以浓度梯度为动力，运移遵循菲克定律。
7、井底压力：是指煤层气井储层流体流动压力8、压降漏斗：由于排水降压，供水边界到井底洞穴形成压差,其压差形状为漏斗状曲面,该曲面被称为压降漏斗，由于洞穴压力最低，煤层气定向解析，扩散，渗流和运移至洞穴。
排采时间越长，压降漏斗有效半径越大，其影响范围逐渐增加。
9、吸附：煤层气分子由气相赋存到煤体表面的过程。
10、煤中自然形成的裂缝称为割理；割理中的一组连续性较强、延伸较远的称面割理；另一组仅局限于相邻两条面割理之间的、断续分布的称端割理11、达西定律：Q=KA△h/L式中Q为单位时间渗流量，A为过水断面面积，△h为总水头损失（高度差），L 为渗流路径长度，I=h/L为水力坡度，K为渗流系数。
关系式表明，水在单位时间内通过多孔介质的渗流量与渗流路径长度成反比，与过水断面面积和总水头损失成正比。
从水力学已知，通过某一断面的流量Q等于流速v与过水断面A的乘积，即Q＝Av。
菲克定律：菲克就提出了：在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量（称为扩散通量Diffusion flux，用J表示）与该截面处的浓度梯度(Concentration gradient)成正比，也就是说，浓度梯度越大，扩散通量越大12、临界解吸压力：对于未饱和煤层气藏，只有压力下降到含气量吸附等温线上，气体才开始解吸，该压力称为临界解吸压力。
煤层气基础知识(整理)
1.1. 煤层气的定义和基本特征从矿产资源的角度讲，煤层气是以甲烷为主要成分（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，可以利用开发技术将其从煤层中采出并加以利用的非常规天然气。
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、化学性质和特殊的岩石力学性质，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别（详见表1.1），表现出鲜明的特征。
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1.2.1. 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。
根据气体生成机理的不同，可以将煤层气的成因类型分为生物成因和热成因两类。
生物成因气主要形成于煤化作用的未成熟期，而热成因气主要形成于煤化作用的成熟期和过成熟期。
1.2.1.1. 生物成因气生物成因气主要由甲烷组成，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降解作用而形成。
生物成因气又可以根据产生阶段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50 0C），在煤层埋藏较浅处（<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为主要成分的生物生成气。
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还原而成；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主要条件是：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，活跃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，微生物降解和代谢煤层中已经形成的湿气、甲烷和其它有机化合物，生成次生物成因气（主要是CO2和CH4）。
煤层气——精选推荐
一、名词解释（6个，每个5分，共30分）1、煤层气：煤层气是赋存于煤层及其围岩中的与煤炭共伴生的非常规天然气资源，其主要气体组分为甲烷(CH4)，是地史时期煤中有机质的热演化生烃产物。
2、煤矿瓦斯：在煤炭工业界通常将涌入煤矿巷道内的煤层气称之为煤矿瓦斯，其气体组分除煤层气组分外，还有煤矿巷道内气体的成分，如氮气、二氧化碳等空气组分以及一氧化碳、二氧化硫等采矿活动所产生的气体组分。
3、煤：由高等植物、浮游生物经过复杂的物理化学作用形成，包括有机和无机化合物的混合物，组成、结构非常复杂且不均一。
4、煤层：自然界中由植物遗体转变而来沉积成层的可燃矿产，由有机质和混入的矿物质所组成。
5、煤储层：鉴于煤层是煤层气的载体，煤层气界将煤层称之为“煤储层”（即煤层气储层），以示与煤层、常规油气储层的概念区别。
6、成煤物质：由于聚煤条件的不同，沉积了不同的成煤物质，主要包括包括包括高等植物、高等植物的稳定组分和浮游生物等。
7、聚煤作用：聚煤作用是古气候、古植物、古地理和古构造诸因素综合作用由高等植物及浮游生物经过复杂物理化学变化聚集成煤的过程。
8、煤的工业分析：煤的工业分析又叫煤的技术分析或实用分析。
它包括水分、灰分和挥发分产率以及固定碳四个项目，用作评价煤质的基本依据。
9、割理：割理是内生裂隙，与构造作用形成的外生裂隙相对应，是煤化过程中失水及烃类产生，煤基质收缩引起张力及高流体压力引起，通常分为两组，面割理和端割理，互相垂直，且垂直于层面方向。
10、面割理：割理中延伸距离较长、范围较大的一组，受最大主应力控制。
11、端割理：延伸范围局限于面割理之间，受最小主应力控制。
12、Klinkenberg效应：在多孔介质中，气体分子就与通道壁相互作用（碰撞），从而造成气体分子沿孔隙表面滑移，增加了分子流速，这一现象称为分子滑移现象。
这种有气体分子和固体间的相互作用产生的效应称为Klinkenberg效应。
13、含气量：单位重量煤中所含煤层气的体积，单位：m3/t。
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关于煤层气的基本概念
气体在煤层内有三种基本赋存状态，吸附气、游离气和溶解气；煤层气总量中以吸附气占绝大部分，游离气占少部分，溶解气占极少部分。
吸附等温曲线——在温度恒定的条件下，煤吸附甲烷的量与甲烷平衡压力的函数曲线。
煤对甲烷的吸附等温线通常可用兰格缪尔方程表示。
吸附质（气体）在单位质量吸附剂（固体）表面的吸附量取决于四方面因素：①吸附质（气体）的性质；②吸附剂（固体）的性质；
③吸附平衡的温度——我国采煤界用30℃，煤层气探查部门用取样点的地温。
④吸附质（气体）的平衡压力——一般加压到6 Mpa左右。
①煤层含气饱和度——
煤层孔隙被气体充满的程度。
通常从吸附等温曲线上求得，即含气饱和度等于实测含气量与原始储层压力在吸附等温曲线上所对应
的理论含气量的比值。
②临界解吸压力——
在煤层降压过程中，气体开始从煤基质表面解吸时所对应的压力值。
③吸附时间——
累计解吸出的气量占总吸附气量（包括残余气）的63.2%所需的时间，单位是小时或天数。
④煤储层压力——
煤储层孔隙内流体所承受的压力，常以兆帕〔斯卡〕MPa为单位。
⑤煤储层压力梯度——
在单位垂直深度内，煤储层压力的增量。
⑥煤储层压力系数——
实测储层压力与同深度静水压力之比。
按有关规程规定，煤层的瓦斯压力≥0.74 Mpa，该煤层具有突出危险性。
⑨废弃压力（abandonment pressure）——在现有经济技术条件下，煤层气井疏水降压所能达到的最低井底压力，又称枯竭压力。