第1章煤层气赋存、产出机理-6学时

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1、采气工程采气工程第一章第一章 煤层气赋存、产出机理煤层气赋存、产出机理采气工程采气工程煤层气赋存、产出机理煤层气赋存、产出机理 煤储层的几何模型煤储层的几何模型 煤层气储集机理煤层气储集机理 煤层气吸附性能的主要影响因素煤层气吸附性能的主要影响因素 煤层气产出的先决条件煤层气产出的先决条件 煤层气产出机理煤层气产出机理 小小 结结内容提要内容提要采气工程采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型煤层气煤层气几何几何模型模型双重孔隙结构模型双重孔隙结构模型三元结构模型三元结构模型基质孔隙基质孔隙裂隙孔隙裂隙孔隙两级扩散两级扩散宏观裂隙宏观裂隙孔孔 隙隙煤储层的非均质性，很难用统一的模型来表

2、述。煤储层的非均质性，很难用统一的模型来表述。 双直径球型模型双直径球型模型适用中煤阶适用中煤阶分分I、类和类和、类类显微裂隙显微裂隙采气工程采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型RootRoot双重孔隙几何模型双重孔隙几何模型由该模型可知煤层气由基质孔隙由该模型可知煤层气由基质孔隙解吸扩散解吸扩散到割理系到割理系统，然后沿割理以统，然后沿割理以达西流达西流运移到井筒运移到井筒。采气工程采气工程根据根据RootRoot模型煤中孔隙分类模型煤中孔隙分类一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型XoXoo oT T依据工业吸附剂提出：依据工业吸附剂提出：微孔微孔构成煤的构成煤的吸附容积吸附

3、容积，小小孔孔构成煤层气的构成煤层气的毛细凝结和扩散区域毛细凝结和扩散区域，中孔中孔构成煤层气缓构成煤层气缓慢慢层流紊流区域层流紊流区域，大孔大孔则构成则构成剧烈层流渗透区域剧烈层流渗透区域。煤孔隙分类一览表研究者研究者级级 别别微孔微孔小孔小孔中孔中孔大孔大孔XooT（1961）1000Gan等（等（1972)30国际理论与应用化国际理论与应用化学联合会（学联合会（1972)50采气工程采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型根据根据RootRoot模型煤中孔隙分类模型煤中孔隙分类煤中基质孔隙的类型及特征类型类型孔径孔径孔隙结构特征孔隙结构特征油气运移和储集油气运移和储集气体扩散孔隙

4、类型气体扩散孔隙类型1000多以管状、板状孔多以管状、板状孔隙为主隙为主易于液态烃、气易于液态烃、气态烃储集和运态烃储集和运移，排驱效果好移，排驱效果好气体容积型扩散孔隙气体容积型扩散孔隙1000-100以板状、管状孔隙以板状、管状孔隙为主，间有不平行为主，间有不平行板状板状易于液态烃、气易于液态烃、气态烃储集和运态烃储集和运移移 100-10以不平行板状孔隙以不平行板状孔隙为主，有一部分墨为主，有一部分墨水瓶状孔隙水瓶状孔隙易于气体储集，但易于气体储集，但不利于重烃气体的不利于重烃气体的运移运移气体分子型扩散孔隙气体分子型扩散孔隙10具有较多的墨水瓶具有较多的墨水瓶孔隙和不平行板状孔隙和不平

5、行板状毛细管孔隙毛细管孔隙气体能储集，但气体能储集，但不利于运移不利于运移采气工程采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型裂隙裂隙外生裂隙外生裂隙 割理割理（内生裂隙）（内生裂隙）剪切外生裂隙剪切外生裂隙张性外生裂隙张性外生裂隙劈理劈理面割理面割理（主内生裂隙）（主内生裂隙）端割理（端割理（次内生裂隙）次内生裂隙）继承性裂隙继承性裂隙采气工程采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型直线型延伸的一组割理S型割理被方解石完全充填主外生裂隙，次外生裂隙面割理和限于面割理之间的端割理采气工程采气工程raRaraRiri一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型双直径球形几何模型双直径球形

6、几何模型由该模型可知煤储层渗透性的主要贡献者为由该模型可知煤储层渗透性的主要贡献者为外生裂外生裂隙隙，在无烟煤中更是如此，割理的主要贡献是，在无烟煤中更是如此，割理的主要贡献是沟通沟通了基质块与外生裂隙的联系。了基质块与外生裂隙的联系。采气工程采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型 碎粒煤，焦作朱村煤矿山西组糜棱煤，巩义大峪沟煤矿山西组 糜棱煤，湖南红卫煤矿下石炭统受构造破坏严重的碎粒煤和糜棱煤采气工程采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型双直径球形几何模型双直径球形几何模型raRaraRiri由该模型可知：煤层气由基质微孔隙表面解吸由该模型可知：煤层气由基质微孔隙表面解吸

7、扩散扩散至至基质大孔隙中，继而由基质大孔隙基质大孔隙中，继而由基质大孔隙扩散扩散至井孔产出。至井孔产出。即在这类储层内不存在即在这类储层内不存在达西流达西流。采气工程采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型根据双直径孔隙结构模型煤中孔隙分类及成因根据双直径孔隙结构模型煤中孔隙分类及成因 由裂缝切割出的基质块内未被固态物质充填的空间称为基质孔隙，基质孔隙主要影响煤层气的赋存。基质孔隙按成因可将孔隙分为气孔、残留植物组织孔、溶蚀孔、晶间孔、原生粒间孔等。按孔径大小可分为微孔、小孔、中孔和大孔。气孔是指煤化作用过程中气体逸出留下的痕迹。残留植物组织孔是植物本身组织结构的继承。次生孔隙是煤中矿

8、物质，如黄铁矿、碳酸盐等在地下水循环过程中被溶蚀形成的。晶间孔是原生矿物或次生矿物晶粒间的孔隙。原生粒间孔是各种成煤物质颗粒间的孔隙，是成岩作用过程中煤物质颗粒经压实、脱水后仍保留下来的孔隙。采气工程采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型煤中孔隙分类及成因煤中孔隙分类及成因孔隙按孔径大小分类及流态特征孔隙分级孔隙分级孔隙分类孔隙分类孔径孔径/nm/nm煤层气储运煤层气储运特征特征吸附吸附微孔微孔2500紊流紊流采气工程采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型三元结构模型三元结构模型宏观裂隙宏观裂隙大、中、小、微大、中、小、微一级、二级、三级割理一级、二级、三级割理显微裂隙显微

9、裂隙阶梯状、雁列式、帚状、阶梯状、雁列式、帚状、X式式孔隙孔隙大孔、中孔、过渡孔、微孔大孔、中孔、过渡孔、微孔渗流孔、吸附孔渗流孔、吸附孔采气工程采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型基于三元结构的煤中孔隙分类基于三元结构的煤中孔隙分类基于煤层气运移特征的煤孔隙分类 单位：nm孔隙分级孔隙分级孔隙分类孔隙分类孔半径孔半径煤层气流动特征煤层气流动特征扩散扩散微孔微孔1000紊流紊流认为：认为：65nm65nm65nm为为渗流通道渗流通道。采气工程采气工程 甲烷在常温常压的纯净水中有一定的溶解度，但溶解度很小。甲烷在常温常压的纯净水中有一定的溶解度，但溶解度很小。而煤层气储层多是饱含水的

10、，因此在一定的地层条件下，必定有一而煤层气储层多是饱含水的，因此在一定的地层条件下，必定有一部分煤层气要溶解于其中，其溶解度可用亨利定律描述：部分煤层气要溶解于其中，其溶解度可用亨利定律描述： 甲烷在水中的溶解度主要取决于水的温度、矿化度、环境压力和甲烷在水中的溶解度主要取决于水的温度、矿化度、环境压力和气体成分。气体成分。bcbCKp bcbcbpKpKC1二、煤层气的储集机理二、煤层气的储集机理1.溶解态溶解态:采气工程采气工程二、煤层气的储集机理二、煤层气的储集机理 游离气指储存在煤层孔隙或裂隙中能自由移动的天然气，这部游离气指储存在煤层孔隙或裂隙中能自由移动的天然气，这部分气体服从一般

11、气体方程，对于象煤层气这样的真实气体，可用范分气体服从一般气体方程，对于象煤层气这样的真实气体，可用范德华方程描述：德华方程描述： 游离气量的大小取决于孔隙体积、温度、气体压力和气体压缩游离气量的大小取决于孔隙体积、温度、气体压力和气体压缩系数。系数。2.游离态游离态:pVZnRT游离ZnRTVp游离 或或采气工程采气工程二、煤层气的储集机理二、煤层气的储集机理3.吸附态吸附态:采气工程采气工程 1916 1916年，年，Langmuir Langmuir 在研究低压下气体于金属表面在研究低压下气体于金属表面上的吸附时，将所得数据处理后发现一些规律性的东西，上的吸附时，将所得数据处理后发现一些