(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）。

这种正、负效应在煤层气开发活动中，同时存在，同时发生，其综合作用效果是煤层气持续开发和经济评价所要考虑的重要因素之一。

）
四，影响煤吸附能力的因素
煤具有对煤层气的吸附作用，其关键就在于煤表面具有一定的表面能，具有把周围介质中的气体分子吸到表面上的能力.表面能的差异性决定了煤对气体吸附能力的不同。

表面能越高，煤吸附气体的能力就越大。

表面能的大小又受控于煤的变质程度、煤体结构和组分等因素。

五：控制煤层富集的地质因素
煤自身吸附能力，
构造热演化，岩浆烘烤对煤层物性影响，越靠近侵入体，节理越发育，破碎越严重，孔隙度与裂隙度越高。

埋深与上覆有效地层厚度；覆地层厚度变薄，原始地层压力降低，原始的吸附平衡状态被打破，煤层气的解吸扩散作用发生，煤层的原始气含量降低。

这一含气量的降低过程一直持续到地壳相对稳定，风化剥蚀作用停止，地层压力保持不变，或地壳开始下沉，沉积物开始堆积，地层压力开始上升为止。

此时，残留于煤层之上的地层厚度即为煤层的上覆有效厚度。

围岩物性；封闭机理-直接封闭封闭机理-毛细管压力封闭（物性封闭）层气的富气程度与盖层厚度、物性封闭性有关上覆层的砂泥比越小，有含气量增高的趋势。

上覆层泥岩的发育有利于煤层气保存。

地下水动力条件；地下水的补给、运移、滞留和排泻是煤层气运移或散失的动力。

地下水滞留区是地下水运移的目的地，也是煤层气运移的最终场所。

构造特征；构造应力场与地质构造不仅直接控制煤层气逸散通道的形成及发育程度，同时也影响封盖层和煤储层水力系统对煤层气的封闭能力。

六：煤层气储量的计算方法
可采储量经济可采储量已开发经济可采储量
1，储量起算条件，单井产量下限
2，储量估算单元与边界，储量计算单元一般以块段为基本估算单元，纵向上一般以单一煤层（组）为估算单元，对于勘查程度相同、储层特点一致、可合并开采的煤层可合并估算单元，但煤层数据应分层统计。

储量估算单元的边界，应在矿业权范围内，由查明的各类地质边界，如断层、煤层及煤类变化、含气量下限、煤层净厚下限(0.5 m-0.8 m)等确定，对煤层组估算单元的边界可根据实际条件做适当调整；若未查明地质边界，主要由达到产量下限的煤层气井确定，也可由矿权区边界、自然地理边界或合理外推井控制储量估算线等确定。

3，计算单元划分
纵向上，以单一煤层或煤岩、煤质和煤体结构特征相近的煤层组为一个计算单元
横向上，以单一煤层底部或煤层组中部埋深线作为边界划分计算单元：风化带～1000m、1000～1500m、1500～2000m
操作中，在风化带～1000m中又以矿区深度为边界划分次级计算单元
4、储量估算方法
体积法Gi = 0.01 A h D Cad
式中：Gi---煤层气地质储量，108m3；
A---煤层含气面积，km2；
h---煤层净厚度，m；
D---煤的容重，t/m3。

类比法
类比法主要利用与已开发煤层气田（或相似储层）的相关关系计算储量。

计算时要绘制出已开发区关于生产特性和储量相关关系的典型曲线，求得计算区可类比的储量参数再配合其它方法进行储量计算。

类比法可用于预测地质储量的计算。

七：钻完井过程对煤层的潜在伤害及降低措施
（1）煤强度的影响
由于煤杨氏模量小，泊松比高，天然割理及节理发育，使煤的抗拉、抗压强度比较低。

（2）正压差伤害
在正压差作用下，钻井液中的胶体颗粒和其它细微颗粒被吸附在煤层气的孔隙喉道上，钻井液滤液的侵入又可能发生各种敏感性反应。

（3）固相伤害
钻井液中所含固相颗粒分为粗粒（大于2000 μm ）、中粗粒（250-2000 μm ）、细粒（44-250 μm ）、微粒（2-44 μm ）和胶体颗粒（小于2 μm ）。

钻井液中不同粒径的固体颗粒，特别是其中的微粒和胶体颗粒会沿着煤层的割理和孔隙进入煤层，对煤层气的运移通道产生填充和堵塞。

（4）强亲水伤害
煤层气储层的低孔隙度、低渗透率、强亲水性、大比表面积，造成了高束缚水饱和度。

在储层原始状态下，原始含水饱和度一般低于束缚水饱和度。

当使用水基钻井液将煤储层打开时，很强的毛细管作用力使地层强烈吸水，而正压差作用下的渗流则加剧了水侵深度，直到储层吸水达到束缚水饱和度为止。

水量增加形成的水膜将使煤层产生“水锁”，造成永久性伤害。

(2)措施1.若条件允许，应尽可能使用空气、雾化空气或泡沫进行钻进；2.若要用钻井液控制地层压力，最好使用产出的地层水或是加有少量膨润土（提高粘度）的清水；3.若采用泥浆钻进，应使用低PH 值（5.5-7.5)的非活性泥浆，要求低密度、低粘度、低失水量和低固相含量的钻井液较为适宜，并且要减少化学物质的加入4. 平衡钻进；5.对已伤害的储层实施酸化处理
八：常用煤层气地质录井方法及定义
钻时录井系统地记录钻时并收集与其有关的各项数据、资料的全部工作过程。

岩心录井取煤层气井岩心进行录井
岩屑录井获取有代表性的岩屑进行录井
钻井液录井钻井液录井--泥浆录井根据泥浆性能的变化及槽面显示，推断井下是否钻遇油、气、水层及特殊岩性的录井方法。

气测录井-- 直接测定钻井液中可燃气体含量的一种录井方法
其它录井
九：煤层气井固井的目的及固井过程
固井目的1：封隔易塌、易漏等复杂地层，保证钻井顺利进行
2：封隔气水层，建立气流出通道，防止产层间互窜
:3：进行增产措施
:4：安装井口
过程：下套管——注水泥——候凝——检测评价
下完套管之后，把水泥浆泵入套管内，再用钻井液把水泥浆顶替到管外环形空间设计位置的作业称之为注水泥。

侯凝：注入井内的水泥浆要凝固并达到一定强度后才能进行后续的钻井施工或是其它施工，因此，注水泥施工结束后，要等待水泥浆在井内凝固，该过程称为候凝；测井进行固井质量检测和评价
十：叙述煤层气有利区块的阶梯优选方法步骤
《第四章》45页开始
由于目标区勘探研究的程度不同，目标区优选排序应该是多层次的。

即根据不同勘探程度，采用能够获得的因素分层次来进行。

研究程度高的目标区，可采用更多的因素。

因此，优选排序工作应是递进的，即随着优选排序层次的上升，排序结果越来越接近实际情况。

排序原则：先易后难、先富后贫、先大后小
方法一：
根据中国煤层气勘探选区评价标准表优选
方法二：
“一剔除三筛选排序法”。

第一步关键参数一票否决
利用“一票否决制”剔除不可能进行煤层气勘探的区域
第二步面积—资源丰度筛选
主要考虑目标区规模和资源量大小对目标区进行筛选，进一步从煤层气资源的角度对目标区进行定量排序。

排序时考虑的因素包括评价区面积、资源丰度、含气量、含气饱和度、煤阶、储层临界解吸压力。

第三步渗透率筛选
在该层次中采用渗透率作为关键因素，其它因素包括：煤级、孔隙、割理、裂隙发育程度、临界解吸压力等
第四步产能筛选
利用试气产量作为主要参数，考虑的其它因素包括：资源丰度、含气量、含气饱和度、煤级、渗透率、临界解吸压力等。

第五步经济评价优选
对开发项目进行经济评价，主要考虑下游市场环境、投资规模、回收期、收益率
方法三：评分法
根据单层煤厚、含气量、煤层埋深、煤层渗透率和煤层压力等五项参数按下表赋分。

方法四：关键要素递阶优选法
通过地质风险分析，筛选出对不同层次评价单元煤层气前景具有关键性控制作用的风险要素，进而按聚气带→目标区→靶区的递阶层次进行选区评价和优选
方法五：多层次模糊综合评价方法
十一：例举5种以上煤层气测井方法及原理
《第六章》30页开始
电法测井：
以测定岩、煤层的电学性质为基础的测井方法。

放射性测井：
以岩石和煤层的核物理性质差异为基础的测井方法。

声波测井（AC）
利用声波在不同介质中传播时，速度、幅度及频率的变化等声学特性也不相同，来研究钻井的地质剖面，判断固井质量的一种测井方法。

井温测井：
又称热测井，利用岩石具有不同热导率来划分岩层。

根据热源不同可以分为天然热场法和人工热场法两类，包括研究地温梯度、钻孔内温度变化规律研究地质构造、岩层性质，寻找有益矿产（天然气、地热等）及检查钻孔技术状况。

井径测井：
测量钻孔直径的测井方法。

井径测井仪是用来测量钻孔直径的。

在未下套管的井中可以测量井径不规则程度，提供下套管固井施工所需要的水泥用量参数；还可根据钻孔的不规则形态，分析判断地下岩层裂缝的发育程度和裂缝的方向。

在套管受损坏的井中，可以测量套管损坏的位置和变形情况。

十二：试井在煤层气研究中的作用
《第七章》23页开始
煤层气试井在煤层气勘探及产能预测方面，具有非常重要的作用。

通过试井，可以获得如下信息
1）煤岩裂缝的有效渗透率
测试煤层渗透率的方法有很多，但目前试井方法是唯一有效的。

针对一般岩层，通过钻井取芯在室内测试，可以测得渗透率。

对于煤层，原则上也可以室内测试，但由于煤芯易碎，取芯过程中几乎无法保持原始状态的裂缝，进而影响测试值的准确性
测井方法要依赖于取芯法作出的图版，由于取芯的可靠性受到限制，也会影响该方法的测试结果。

而试井求得的渗透率值，代表了在动态条件下流体通过区域的综合值，基本能够反映流体在开采过程中的渗透性变化。

2）平均储层压力
储层压力是煤层气开采过程中的关键参数，压力的原始状态，标志着煤层气的原始吸附条件。

压力的不断变化，预示着吸附条件的改变，进而对煤层含气性变化产生影响。

而试井是得到煤储层压力的唯一有效方法。

3）煤层的伤害和改善
煤层在钻井完井过程中，会受到某种程度的伤害，进而影响煤层气的产出。

试井资料获得的表皮因子S，可以定量评价地层被伤害的程度。

若通过储层强化措施，还可以通过S值的降低评价改造效果
4）评价压裂效果
煤层气井的压裂作业会在井底形成大的裂缝，通过添加支撑剂。

可以支撑压开的裂缝，形成有效的流动通道。

通过试井，可以测出支撑缝的长度和缝内的导流能力，从而对压
裂效果进行评价。

5）判断煤层的连通性，求得连通参数
受地质条件的影响。

煤岩层内在各个方向的发育并非均质的，包括煤层气的流通通道—裂缝。

通过干扰试井。

不仅可以评价储层的连通性，还可以通过定量分析，求出井与井之间的连通渗透率K，以及连通的储能参数ΦhCt。

而其他方法是不能够获取的。

6）确定排液的孔隙体积
通过干扰试井，可以求出储能参数ΦhCt，在排除Ct的变化后，可以确定孔隙的体积值。

7）分析裂缝发育的方向性
煤层中裂缝的发育，往往具有方向性。

在干扰试井中，采取井组的形式，在不同方向布置多个干扰井井组，即可获得不同方向的渗透性差，进而分析裂缝发育的方向性。

8）探测煤岩层的流动边界
在煤岩层内，由于地质原因存在不渗透边界时，通过试井方法，可以分析这个边界距离井的距离，以及边界的性质和组成形态
十三：煤层气井常用试井方法及定义
《第七章》有6种试井方法
1）注入压降试井
以恒定排量将水注入储层，在井筒周围形成水饱和状态后关井。

注入和关井阶段都用井下压力计记录井底压力，根据注水排量和压力数据可以求得渗透率、储存压力等参数。

进行注入（压降）试井最关键的考虑因素是地层破裂压力。

如果在注入阶段超过了破裂压力，则计算出的渗透率偏高。

2）段塞测试
常用于评价饱和水且原始地层压力低于静水柱压力的煤层。

所谓“段塞”是指通过井筒瞬时向储层段注入水体或从井筒抽出一定体积的水体，引起水位随时间的变化（即压力瞬变），然后测量恢复过程中压力随时间的变化，直至底层初始压力，由此求取渗透率、精通储集系数和表皮系数，达到储层评价的目的。

段塞法首先用于评价水井，经过工艺修改后用于油气井，实质是钻杆测试的一个特例。

段塞测试就是通过钻孔向储层段注入或抽取一定量的流体，根据实测压力曲线进行储层参数计算。

3）钻杆地层测试
钻杆底层测试（Drill Stem Testing, DST) 也称中途测试或地层测试，是指在钻井过程中对已钻开的油气层进行裸眼测试，或在完井之后对油气层进行测试的总称。

通过钻杆柱或油管柱将地层测试器下到待测层，进行不稳定试井，取得产层的产量，温度和井底开关井时间---压力曲线卡片，并取得流体样本。

通过分析解释获得动态条件下地层和流体的各种特性参数。

测试时通过地面控制阀实现地下的开井和关井，并测试其压力变化，一般要反复测量几次。

4）水罐测试
利用重力进行进行的注入————压降试井方法。

5）压力恢复试井
由于大多数煤层气都采用了人工升举手段，煤层气井的压力恢复试井很难进行。

关井时提出举升设备将使早期关井数据无法得到。

取而代之的方法是利用测液面，但其精度较低。

6）干扰试井
煤层气井常用的干扰试井是注入干扰试井，与注入——压降试井相同。

十四：压裂液对储层伤害的原因及类型
原因：煤层本身的特性----煤的质软、性脆、易造粉、煤层裂隙发育、物理化学变化敏感、吸附性强、低压低渗等特点；压裂液带来的外来物质所造成的伤害----水化学膨胀伤害、化学伤害、胶液滤饼和胶液残渣伤害等
类型：吸附伤害(吸附膜伤害、吸附絮凝伤害)；堵塞伤害(煤粉堵塞伤害、胶液残渣堵塞伤害、杂物堵塞伤害)；水化膨胀伤害（遇水膨胀伤害、煤层水化伤害）；化学伤害
十五：煤储层孔隙成因类型及孔隙参数测试方法
1：原生孔：胞腔孔--成煤植物本身所具有的细胞结构孔；屑间孔--毛皂屑体、惰屑体、壳屑体内部颗粒之间的孔:
2：后生孔：角砾孔--煤受构造应力破坏而形成的角砾之间的孔；碎粒孔--煤受构造应力破坏而形成的碎粒之间的孔；淋滤孔--煤中经流水淋滤作用而形成的孔:
3：变质孔：气孔煤变质过程中产生的气体和气体聚集形成的孔:
4：矿物质孔：铸膜孔--煤中矿物质在有机质中因硬度差异而铸成的孔；溶蚀孔--可溶性矿物质在等期气、水作用下受溶蚀而形成的孔；晶间孔--矿务晶粒之间的孔:
5：测试方法：压汞法、低温氮吸附法、扫描电镜研究煤孔隙结构、二氧化碳吸附法
十六：支撑剂的选择和压裂效果的关系
1支撑剂颗粒大小、外形对流通性的影响----渗透率随颗粒大小变化而变化；颗粒越大，渗透率越大；反之，颗粒越小，渗透率越小。

2支撑剂用量及排列对流通性的影响----支撑剂用量超过一定程度后，产量并不随加砂量的增加而成比例的提高。

相反，由于用量过多，压裂设备能力不易满足要求，施工工艺复杂，成本也高，是不合理的。

3 支撑剂强度对流通性的影响----在煤储层较软，地层压力不太大时，硬的支撑剂在储层中会嵌入一定深度，因此，使用韧性可变形的支撑剂较好；在煤储层坚硬时，用硬的支撑剂，
在地层压力不太大时，可起到支撑作用；当压力超过一定程度时，则会压碎，不能很好的起到支撑作用，此时，应改为韧性支撑剂。

4支撑剂的运行、沉积对流通性的影响----在垂直裂缝中，应先加入大颗粒砂子，之后加入小颗粒的砂子。

在水平裂缝中，为提高井筒附近渗透率，应先加入小颗粒的支撑剂，后加入大颗粒的支撑剂。

十七：煤层气产出机理
第一阶段: 仅有压降传递,无水气流动阶段
压降幅度比较小,还不足以使煤层中的水产生流动,煤层气无法解吸,处于静水阶段.
第二阶段: 饱和水单相流阶段
随着压降幅度的增大,煤层中的裂隙水开始流动, 极少量游离气或溶解气在裂隙系统中将处于运移状态,此阶段以饱和水单相流为表征.
第三阶段: 非饱和的单相流阶段
压力进一步下降,一定数量煤层气解吸出来,形成气泡,阻碍水的流动,水的相对渗透率下降，处于非饱和单相流阶段.
第四阶段: 气水两相流阶段
储层压力进一步下降,解吸气、溶解气、游离气开始在裂隙系统中扩散，气体渗透率逐渐增大，气产量逐步增多, 水产量开始下降，直至气泡相互连接,形成连续的流线, 处于气-水两相流阶段,但此阶段水的相对渗透率大于气体相对渗透率.
第五阶段: 水气两相流阶段
压力进一步下降,吸附气体的大量解吸,处于以气为主的水-气两相流阶段.
十八：影响煤层气排采效果的主要因素
1：非连续性排采的影响:煤层气井的排采生产应连续进行, 使液面与地层压力持续平稳的下降。

如果因关井、卡泵、修井等造成排采终止, 给排采效果带来的影响表现在:(1) 地层压力回升, 使甲烷在煤层中被重新吸附；(2) 裂隙容易被水再次充填，阻碍气流；(3) 回压造成压力波及的距离受限,降压漏斗难以有效扩展。

2：井底流压的影响：井底流压是反映产气量渗流压力特征的参数,制定合理的排采制度和进行精细的排采控制应该以井底流压为依据。

较低的井底流压, 有利于增加气的解吸速度和解吸气体量:
3：排采强度的影响：煤层气排采需要平稳逐级降压, 抽排强度过大带来的影响有:(1) 易引起煤层激动，使裂隙产生堵塞效应,降低渗透率；(2) 降压漏斗得不到充分的扩展, (3) 影响压裂效果；(4) 煤粉等颗粒的产出也可能堵塞孔眼,同时出砂、煤屑及其它磨蚀性颗粒也会影响泵效。

我国大多数煤层属于低含水煤层, 因此抽排速度一定要按照煤层的产水潜能, 进行合理排水。