煤层气成藏条件及开采特征
简述煤层气的赋存及开采机理。
简述煤层气的赋存及开采机理。
煤层气是一种天然气，主要由甲烷组成，赋存于煤层中。
煤层气的开采机理主要包括煤层气的形成、赋存、运移和采集。
煤层气的形成是由于煤层在地质历史中经历了多次地质作用，如沉积、压实、变质等，导致煤层中的有机质分解产生甲烷等气体。
这些气体在煤层中被吸附或溶解，形成煤层气。
煤层气的赋存主要有两种形式，一种是吸附态，即气体分子被煤层孔隙吸附，另一种是游离态，即气体分子在煤层孔隙中自由运动。
煤层气的赋存状态与煤层孔隙结构、煤层压力、温度等因素有关。
煤层气的运移主要是通过煤层孔隙和裂隙进行，其中煤层孔隙是煤层气的主要运移通道。
煤层气的运移速度较慢，通常需要数年甚至数十年才能从煤层中运移至井口。
煤层气的采集主要是通过钻井和抽采的方式进行。
钻井是为了建立煤层气的采集通道，抽采则是通过井口抽取煤层气。
煤层气的采集需要考虑煤层气的赋存状态、煤层压力、温度等因素，以保证采集效果和安全性。
煤层气的赋存及开采机理是一个复杂的过程，需要综合考虑地质、物理、化学等多方面因素。
随着技术的不断进步，煤层气的开采将会更加高效、安全和环保。
六盘水煤田煤层气开发基础地质特征研究
六盘水煤田煤层气开发基础地质特征研究六盘水煤田位于贵州省西南部，南北长约70公里，东西宽度约30公里，总面积约2000平方公里，是我国重要的煤田之一。
煤层气是六盘水煤田的重要资源之一，其分布与煤炭分布有着紧密的联系，煤层气的开发将极大地促进六盘水地区的经济发展。
本文将对六盘水煤田的基础地质特征进行研究，为煤层气的开发提供基础数据和参考。
一、煤层气的分布特征煤层气主要存在于煤层中的吸附态和游离态之间，它是一种独特的地下气体资源，具有广泛的应用价值。
六盘水煤田煤层气的形成与煤炭成因有着密切的关系，煤层气主要分布在煤层中，根据气体组成、气体烃类的含量和煤层气储集条件，可将煤层气划分为三个类型：低温型、高温型和生物甲烷型。
低温型煤层气主要储存在煤层的孔隙中，易被泥浆和酸洗溶。
高温型煤层气则以吸附态为主，并随着温度的升高而逐渐解吸，其储集和产出方式与页岩气类似。
生物甲烷型煤层气与煤层成因、地质背景有关，多分布在长期受抬升作用的区域，气体组成以甲烷为主，含硫化氢较高。
六盘水煤田的煤层气储层主要分布在晚古生代晚期至早中生代时期的煤层中，储层一般在煤层顶部和煤层底部形成。
由于六盘水煤田区域受沉积作用和构造运动影响较大，煤层气的储层存在一定的特殊性。
首先，煤层气储层受构造影响较大。
在六盘水煤田中，煤层气储层一般位于构造拉张带和断裂带旁，由于构造隆起的作用，煤层储层可能发生了断层、滑动、褶皱等变形，对煤层气的产出和开发提出了一定的挑战。
其次，煤层气储层孔隙度较小。
由于六盘水煤田大部分煤层形成于早期的泥炭或煤化程度较低的煤炭，其孔隙度较小，且空隙率低，因此煤层气的藏层开采难度较大。
六盘水煤田煤层气的分布规律主要受地质背景和岩石性质的影响。
煤层气在储层的保存主要是由煤炭自身的孔隙度和渗透性、地质构造和地下水环境等因素共同影响的结果。
六盘水煤田中，煤层气主要分布在露头煤和煤层厚度较大的地区，其中露头煤的煤层气含量相对较高。
煤层气成藏机理分析
• 举例：新田井田煤岩监定结果：区内煤的 微观煤岩类型，均为微惰镜煤，煤的有机 总量占71.19-88.65%, 一般在81-88%之间。 镜质组占有机显微组分的80.61-87.82%, 平 均84.24%。煤岩有机显微组分含量中镜质 组含量高，煤层生气潜力大。
• 5、热动力条件好，有利于煤层气的大量生 成。煤岩热演化生气与温度条件密切相关。
三、煤层气保气条件
• 1、良好的封闭条件 • 2、构造运动 • 3、地下水动力条件
1、封闭条件
良好的封闭条件才能使煤层气得以保存，封闭层对 于煤层气藏的作用主要是维持吸附与解吸的平衡， 减少游离气的逸散和减弱交替地层水的影响。上覆 岩层是超致密层，具有良好的毛细封闭能力，气体 扩散运移速度是相当缓慢的。上覆岩层是渗透层， 排替压力很小，扩散运移快，气体则会向砂岩中运 移，再加之水动力的影响，煤中吸附气也会从基质 中解吸出来转移到渗透层中去。上覆岩层是具有生 气能力强的烃源岩，则会阻止煤层甲烷气向上逸散。 总之，盖层的质量越好，封闭能力越强，煤层气逸 散很慢；盖层差，失去毛细封闭能力，气体逸散速 度快。
2、构造运动
地壳的升降运动可以改变地层的温压条件， 打破煤层中原有的平衡条件，使吸附气与 游离气相互转化，从而影响煤层气的保存， 断裂运动会使地层发生断裂，断裂对于常 规天然气藏无疑会成为油气散失的通道， 岩浆活动及其它热运动也会改变煤层气的 平衡条件，从而影响煤层气的保存条件。
3、地下水动力条件
• 2 、地质沉积环境。国内外煤层气勘探与研 究表明在海陆交互沉积中形成的煤层生气 潜力大，有利于煤层气气藏的形成。 • 3 、煤层情况。 煤层气是伴随煤炭形成而 产生的一种清洁、高效的非常规天然气资 源。一般来说，煤层厚度大，分布稳定是 煤层气成藏的物质基础。
简述煤层气的赋存及开采机理。
简述煤层气的赋存及开采机理。
煤层气是一种以天然气为主要组成成分的有机矿物质，位于煤层中，具有重要的经济价值。
煤层气的形成是由煤级经历了自然热熔、长期压实形成的，其中以煤炭质部分发生的化学转化形成的烃类物质为主。
煤层气的赋存机理主要有渗漏、储存和驻留三种。
渗漏机制是指地质构造形成的胸部面上出现的渗漏洞口，天然气可以从地底深处穿过凝聚层形成流体，也可以从悬崖壁、地层剪切面等再渗漏到胸部，从而被抽出煤层，形成较高的渗漏通道，以及不同煤层产气更多的原因。
储存机制是指瓦斯以气体相存在油层中，被油层作为贮容空间，保持油层的结构特征和气体的流动状态。
驻留机制是指瓦斯驻留在煤级的微孔内，在煤层中构成“贯通型”的天然气储量，并受变形、裂隙和煤层特征的影响而分布均匀。
煤层气的开采机理是指为了开发煤层气而采取的一系列石油勘
探开采、处理和利用技术手段。
开发煤层气的目的，是为了实现其规模经济价值，采取合理的勘探开发策略和技术，开拓煤层气藏的量、质和利用率，为石油燃料供应和国家经济发展作出重要贡献。
煤层气的开采机理主要有顶板封堵开采、高抽进封堵体系开采、抽洞堵塞开采和水果眼体系开采4种。
- 1 -。
中国煤层气资源特点及开发对策
作者简介:李景明,教授级高级工程师,博士,本刊第六届编委会委员;长期从事天然气(煤层气)勘探开发生产研究工作,现任中国石油煤层气有限责任公司总地质师;获国家科技进步奖2项,省部级科技奖7项。
地址:(100013)北京市东城区安外大街2号。
电话:(010)51278798。
E 2mail :lijim @中国煤层气资源特点及开发对策李景明1 巢海燕2 李小军1 刘洪林21.中国石油煤层气有限责任公司2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院 李景明等.中国煤层气资源特点及开发对策.天然气工业,2009,29(4):9213. 摘 要 据新一轮全国油气资源评价结果,我国埋深在2000m 以浅的煤层气资源量为36.8×1012m 3,煤层气资源十分丰富,其中赋存在低、中、高煤阶中的煤层气资源各占30%左右。
分别以国内高、中、低煤阶代表性的盆地———沁水、鄂尔多斯和准噶尔3个盆地为对象,通过研究其基本地质条件、资源丰度及勘探开发状况,认为煤层气资源规模开发要立足大型含煤盆地和构造相对稳定的含煤盆地展开。
高煤阶煤层开发应以斜坡带的承压水区、滞留水区及相对构造高部位为目标区;中煤阶煤层生、储条件好,部署应避开甲烷风化带和断层带;低煤阶煤层开发应考虑具多种气源条件和构造相对稳定的区块。
关键词 中国 煤层气 资源丰度 低煤阶 中煤阶 高煤阶 开发对策 DOI :10.3787/j.issn.100020976.2009.04.0021 中国煤层气资源的基本特点 最新一轮全国油气资源评价结果表明[1]:中国42个主要含煤盆地埋深2000m 以浅煤层气资源量为36.8×1012m 3,1500m 以浅的可采煤层气资源量为10.9×1012m 3;2000m 以深的煤层气资源随着未来技术的进步得到有效的开发利用;截至2008年底,相关公司已登记煤层气区块56个,总面积6.58×104km 2,其中,国家储委认定的探明面积为691km 2,探明储量为1181×108m 3。
第五章煤层气成藏机理
煤层 露头线
500
断层
地下水水 位等值线
水动力边界
水动力封堵边界是最常见的煤层气藏边界。 水动力封堵的机理为：要使储层内保存一定量的煤层气，就必须具备一
定的储层压力，即地下水静水位面（对应于储层压力）具有一定的高程。 这一高程可通过经济边界对应的含气量和兰氏方程计算的储层压力换算。
水动力边界
沁南煤层气藏的东部和南 部为水动力封堵边界，对于15 号煤而言，最大吸附容量为 39.91～46.84 m3/t，平均为 43.37 m3/t；兰氏压力为 3.034～3.184MPa，平均为 3.109MPa。如果取最大吸附量 46.84 m3/t，兰氏压力 3.184MPa，以8 m3/t为经济边 界则对应的极限储层压力在 1.3MPa 左右，即地下水的水 位高差最低应为130 m 左右 z
如对沁南煤层气藏的作图分析（图5.4），图中甲烷组分含量随 煤层埋藏深度的增加而增加，甲烷组分含量大于80%对应的煤层埋深 为180 m，即可确定风氧化带的深度为180 m 左右。
风氧化带边界
CH4含量(%)
120
3号煤
9号煤
100
15号煤
如果以甲烷
80
浓度80%为
风氧化带底
60
界，沁南煤
40
层气藏风氧
5. 断层边界
断层边界可以分为封闭性断层边界和开放性断层边界两类
1)封闭性断层边界
断层封闭性原理可用下列公式定量表达：
pc
2r
cos
R
式中：R-相互连通的孔喉半径；r-烃水界面张力；-润湿角。
被封烃类压力是指烃柱的浮力：
p w hgh
式中：w-储层内水的密度；h-储层内烃的密度；g-重力加速度；h储层内烃柱的高度。 当pc>p时，断层的封闭性好，反之差。
煤层气与页岩气的对比
赋存方式 存在于煤岩的微孔隙和微裂隙中
存在于页/泥岩的微孔隙和微裂隙中
成藏特点 自生、自储、自保
自生、自储、自保
分布特点 具有生气能力的煤岩内部
盆地古沉降—沉积中心，及斜坡
埋藏方式 开采特点 勘探有利区 储集介质
盖层条件
一般大于 300 米
可以 200 米及以下（最浅 8.2 米）
排气降压解析开采
排气降压解析开采
1、煤层气 俗称瓦斯，又名煤层甲烷，是与煤伴生、共生的气体资源，其主要 成份为甲烷，含量组成为 80％～99％，其次含有少量的 CO2、N2、H2、 SO2、C2H6 等气体。在常温下其热值为 34—37 兆焦/每立方米（MJ/M）， 与天然气的热值相当，是一种很好的高效清洁气体燃料。煤层气主要以 吸附态赋存于煤层孔隙表面或填隙于煤层结构内部，另外煤层裂隙与煤 层水中存在少许游离气与溶解气。煤层孔隙及裂隙中的煤层气与煤层水 形成特殊的水动力系统，只有当储层压力低于解吸压力时，煤层气才能 解吸出来。 2、页岩气 是从富有机质页岩地层系统中开采出来的天然气，是位于暗色泥页 岩或高碳泥页岩中，主体上以吸附和游离状态同时赋存于具有生烃能力 的泥岩、页岩等地层中的天然气聚集。页岩气开发虽然产能低，但具有 开采寿命长和生产周期长的优点。由于含气页岩分布范围广、厚度大，
-3-
圈闭条件
分布特点 源岩及储层厚 度
煤层气以吸附作用为主，游离气和溶解 气比例很小，因此可以不需要通常的圈 闭存在 分布在具有生气能力的煤岩内部，具有 广布性
厚度大的煤层有利于煤层气的富集
页岩气藏形成于烃源岩层内，气藏范围可近似等 于生气源岩面积，不需要常规意义上的圈闭
通常位于或接近于盆地的沉降—沉积中心处，具 有广布性。 页岩气的富集需要源岩超过一定厚度，是富集的 主要影响因素
煤层气开发地质学及其研究的内容与方法
煤层气开发地质学及其研究的内容与方法煤层气是一种新型的清洁能源，具有储量大、分布广、开发成本低、环保等优点，是我国能源结构调整和可持续发展的重要组成部分。
煤层气开发地质学是煤层气勘探开发的基础，其研究内容主要包括煤层气地质特征、煤层气成藏规律、煤层气开发技术等方面，本文将从这些方面进行阐述。
一、煤层气地质特征煤层气地质特征是煤层气开发地质学的基础，主要包括煤层气的分布、储量、成因、运移、分布规律等方面。
煤层气的分布主要受煤层的厚度、埋深、煤质、构造等因素的影响，一般来说，煤层气的分布具有明显的地域性和层位性。
煤层气的储量主要受煤层的厚度、埋深、煤质、孔隙度、渗透率等因素的影响，一般来说，煤层气的储量与煤层的厚度和孔隙度呈正相关，与煤层的渗透率呈负相关。
煤层气的成因主要有生物成因、热成因和混合成因三种类型，其中生物成因是煤层气的主要成因类型。
煤层气的运移主要受煤层的渗透性、孔隙度、压力等因素的影响，一般来说，煤层气的运移具有渗流和吸附两种方式。
煤层气的分布规律主要受煤层的构造、地质构造、地质构造演化等因素的影响，一般来说，煤层气的分布规律具有明显的地质构造控制性。
二、煤层气成藏规律煤层气成藏规律是煤层气开发地质学的重要研究内容，主要包括煤层气成藏类型、成藏模式、成藏机理等方面。
煤层气成藏类型主要有单一煤层气藏、多层煤层气藏、煤岩层煤层气藏等类型。
煤层气成藏模式主要有自生型、自生自储型、自生自储自运型等模式。
煤层气成藏机理主要有生物成因、热成因、混合成因等机理，其中生物成因是煤层气成藏的主要机理。
三、煤层气开发技术煤层气开发技术是煤层气开发地质学的重要研究内容，主要包括煤层气开发方法、开发工艺、开发设备等方面。
煤层气开发方法主要有钻井开发、巷道开采、水平井开采等方法。
煤层气开发工艺主要有抽采、压裂、注气等工艺。
煤层气开发设备主要有钻机、压裂车、注气设备等设备。
四、煤层气开发地质学研究方法煤层气开发地质学的研究方法主要包括野外地质调查、地球物理勘探、地球化学勘探、数值模拟等方法。
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局部构造高点低产水高产气，洼陷区高产水
fz区块构造高部位吸附饱和度95%，含气量>25m3/t，单井日 产气>2500m3； 洼陷区吸附饱和度55%，含气量<10m3/t，单井日 产气200-500m3。
滞留区构造高部位低产水，高产气
背斜
承压水区
24
18
12
向斜
承压水区 区
分 水
24
补
岭给
区
含气量等值线
（二）三类煤层气成藏模式
2
1
3 （wL015）
1、自生自储游离型; 2、自生自储吸附型; 3、内生外储型。
有的煤层上部砂岩在一定圈闭条件下形成游离气藏：煤层 吸附气和砂岩游离气具有同源性、伴生性、转换性、叠置性。
内生外储型：W15井煤层顶板浅层气
W15井煤层顶部砂岩厚14m, 射开3m压裂后井口压力 2.32MPa，日产气2400m3。
1-11 146
0/100 24/9
200
180
HP2-11-3x
pN1-1 141 pN2-5 147
130/0 12/24 0/0 6.1/2.6
HP1-10
H1-10 172 144/220 3.2/1.2
pz区块目前开井直井440口，水平井48口，产气不产水的 直井占29%，水平井占11%；产水不产气的直井占22%，水平 井占23%。
年份
8000 7000 6000 5000
4000
3000 2000 1000
年份
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
煤炭产量(亿吨) 12.5 10. 5 9.98 11.06 13.93 17.36 19.56 21.8 23.3 25.2 27 29.6 32
重新分配，解吸气窜层或窜位。 窜位:在同一煤层水向低部位，气向高部位运移，高点自喷
高产气井，低部位水大气少： 窜层：采煤、断层、陷落柱、直井压裂、水平井、排采应
力释放沟通围岩，窜层形成游离气藏。
窜位实例：煤层气开采中气水打破动平衡二次调整
pc背斜煤层气开发特征图
P1-11 蒲池
PN1-1
PN2-5
承压水区多类局部圈闭，高点高产（樊庄-潘庄-成庄-大宁）
局部高点低应力 场、高渗透、煤层没被 水洗刷保存条件好，高 含气高产。
pz区块6口水平井 煤层深373-487m，含 气量23m3/t，渗透率 6.3×10-3μm2 。单井 平均日产气3.0万m3， 单井累计3950万m3， 高点4口稳产期不产 水。
富集，局部高 产，需大液 量、大排量、 大砂量压裂增 产
较多井区高 产，可兼探 游离气（压 裂同后）
多类圈闭，高产富 集，适用大液量小 排量、变排量恒压 压裂或水平井开发
层间水活跃 水大气少， 有的适用水 平井开发
多为外源 水，产水 量大
中国煤层气成藏模式图
基本条件：断层较少，盖层较厚，气源充足，煤层厚稳，物性较好
日 产 气 m3
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
50 40 30 20 10
0 060612
061010
洼陷区(承压区)：高产水
070207
070607
071005 生产日期
080202
080601
080929
2000 1600 1200 800 400 0
9 090127
日产水量 m 3 日产气量 m3
(口) 日产气（m3） 1000m3 (口) 气水比 (口) 日产气(m3) 10000m3(口) 气水比
lj 18 2110
15
190
Tf 23 1322
9
102
Pz 2024 1581
850 1067 13 14860
6
4567
Ph 230 2170
170 2083 2
9074
1
4689
Fz 456 1146
州 1.5-2.15万m3，1年单井累计产气折纯
125-500万m3；阳泉2010年煤矿井下抽
采8.2亿m3, 87%为顶板砂岩抽采，3%
为地面开发（0.2亿m3）；铁法采动区
98口井日产气占70%。
铁
铁法
法
直井压裂窜层：pn3-8井压裂超低
破裂压力，为9.6MPa，低于邻井10MPa
以上，压开水层，初期日产水62m3，4
自生自储游离 型：
准南彩504井区断裂活动次 生割理发育区，彩504井射开 煤层井段2567-2583m，日产气 6500m3。
八道湾组
彩504-彩10井对比剖面
（三）三类煤层气成藏期
成藏类型 早期成藏
构造改造 后成藏
开采中 二次成藏
地区
吉县 合阳 韩城 保德 昌吉 沙尔湖 临汾 铁法 阜新 阳泉
180 315 57 5010
8
1542
Ll 45 1500
8
947 2
8672
1
2843
Hc 437 333
59
68 13
408
0
973
Sj 5
55
0
9.3 26 3072
1
414
报告内容
一、中国煤层气气藏类型（圈闭、成藏模式、成藏期） 二、中国煤层气气藏开采特征 三、几点认识
（一）四类主要圈闭类型
1、早期成藏:δ13C1重，充沛的生气环境，良好的运聚势能， 足够的的吸附作用，有利的可封闭、高饱和、高渗透成藏条件。
2、构造改造后期成藏，碳同位素相对较轻
运聚过程 解吸过程
再吸附（构造晚期成藏）
高高渗渗区区
生烃过程
承压区（早期成藏） (洼陷局部构造高点)
3、开采中二次成藏： 甲烷含量低 ，煤层气开采压力下降打破原动平衡状态气水
煤炭产量（108t） 煤层气地面开发（108m3）
瓦斯抽采量（108m3） 百万吨死亡率 死亡人数
中国煤层气产业步入蓬勃发展大好时期
2010年煤矿安全死亡2433人，百万吨死亡率0.75人，由
2005年以前是国外100倍下降为27倍，主要国办47号文以来国家
重视安全，2010年煤层气开发增加1400口井，新增探明储量
二次调整后同一井区由斜坡翼部向高部位产量增高，开发效果好
同一井区不同埋深煤层气井阶段产量数据表(直井)
井区 井号
煤顶 （m）
日产气 日产水 （m3） （m3）
累计气 （万m3）
累计水 （m3）
5-12 707
1989
0.1
201
5852
5-14 717
2760
1.5
281
4754
7-11 738
880
封盖条件好的背斜带、上斜坡高产气，向斜带产水较大
煤层气老井区开发现状图
hc区块封 盖条件好的 构造高部位 WL1-2井组26 口井90%投 产后1个月 内开始产 气，产量 高，目前处 在稳产期。 洼陷带产水 量较大。
顶板水网络微渗滤（吉试13气藏）和强动力渗滤（吉试6井）
端割理
层内水4类：可动水（洞缝）、吸附水（煤粒
代表井
吉试5 合试2 韩试2、14 保2 昌试1 沙试2 吉试12 DT3 五龙 五矿
层位
P1s P1s P1s C2t J1b J2x C2t K
K
P1s
CH4（%）
96.7 87.78 95.7-96.7 83.8 88.49 50.92 95.03 60 48 60.5
δ13C1（‰）
-31.2 -32.7 -31.8--32.2 -55.52 -64.6 -62 -56.3
套 压 MPa 1.5
1.2
0.9
0.6
0.3
0
液 面 m
0
100 200
300
400 500
600
日 产
蒲1-5井试气曲线
水
m3
10
8
6
日产水
日产气
动液面
4
套压 2
0
9-14 10-24 12-3 1-12 2-21 4-2 5-12 6-21 7-31 9-9 10-19 11-28 1-7 2-16 3-27
构造圈闭气藏开采实例（沁水固县井区和粉河盆地）
固县
（一槽 水）
（一锅气）
美国粉粉河河盆地煤层气成藏模式
断裂背斜高点固8-9 井投产4年，目前日产气 5990m3，累计820万m3， 为该区之最，稳产期不 产水；翼部固6-8井一直 不产气，累计产水1.9万 m3，两井产层高差 103m。
鼻状构造圈闭边水气藏
井下抽采(亿方)
6
8
9
10
12
15
19
23
32
43
58 64.5 76.2
地面开发(亿方)
0.3 1.3 3.2 4.4 7.5 15
死亡人数
7508 6536 5798 5670 6464 6702 6027 5986 4581 3786 3210 2631 2433
百万吨死亡率
6.0 6.3 5.8 5.1 4.6 3.9 3.1 2.8 2.0 1.5 1.2 0.987 0.749
面临问题：低速、低探明率
2010年煤层气利用率由前几年20%提高到31%，但低于国外。 探明可采1439亿m3，资源量比美国多，年产量仅是美国2.8%；资 源探明率仅为0.76%，主要低产，直井单井日产气稳产<2000m3占 60%以上
国家 美国
开发井 远景资源量 （口） （万亿m3）