1、會計學(xué)1儲層壓力與吸附性儲層壓力與吸附性第一節(jié)第一節(jié) 煤儲層壓力煤儲層壓力一、定義一、定義 指作用于煤孔隙指作用于煤孔隙裂隙空間上的流體壓力（包括水壓和氣壓），故又稱為孔隙流體壓力。裂隙空間上的流體壓力（包括水壓和氣壓），故又稱為孔隙流體壓力。 1 1、開放體系、開放體系 儲層壓力等于靜水壓力儲層壓力等于靜水壓力 2 2、封閉體系、封閉體系 儲層壓力等于上覆巖層壓力儲層壓力等于上覆巖層壓力 3 3、半封閉體系、半封閉體系 上覆巖層壓力由儲層內(nèi)孔隙流體和煤基質(zhì)塊共上覆巖層壓力由儲層內(nèi)孔隙流體和煤基質(zhì)塊共 同承擔(dān)同承擔(dān)第1頁/共42頁第2頁/共42頁超壓超壓煤層氣井噴煤層氣井噴第3頁/共42頁三、

2、儲層壓力的地質(zhì)控制三、儲層壓力的地質(zhì)控制 1、埋深、埋深y = 0.0114x - 1.4369r= 0.82142345678910111250060070080090010001100煤層埋深m儲層壓力/MPa線性 (實測壓力)線性 (正常壓力)第4頁/共42頁 2、地應(yīng)力、地應(yīng)力第5頁/共42頁pp3、水文地質(zhì)、水文地質(zhì)開放體系開放體系第6頁/共42頁4、煤層氣（瓦斯）壓力、煤層氣（瓦斯）壓力 煤層氣（瓦斯）壓力是指在煤田勘探鉆孔或煤礦礦井中測得的煤層孔隙中的氣體壓力。煤層氣（瓦斯）壓力是指在煤田勘探鉆孔或煤礦礦井中測得的煤層孔隙中的氣體壓力。 煤儲層試井測的儲層壓力是水壓，二者的測試條

3、件和測試方法明顯不同。煤儲層壓力是水壓與氣壓的總和，在封閉體系中，儲層壓力中水壓等于氣壓；在開放體系中，儲層壓力等于水壓與氣壓之和。煤儲層試井測的儲層壓力是水壓，二者的測試條件和測試方法明顯不同。煤儲層壓力是水壓與氣壓的總和，在封閉體系中，儲層壓力中水壓等于氣壓；在開放體系中，儲層壓力等于水壓與氣壓之和。第7頁/共42頁吸附方式：吸附方式：物理吸附，范德華力物理吸附，范德華力吸附模型：吸附模型：單層吸附，多層吸附，容積充填理論單層吸附，多層吸附，容積充填理論一、朗格繆爾理論一、朗格繆爾理論第二節(jié)第二節(jié) 煤儲層的吸附特征煤儲層的吸附特征LLmpppVbpabpbpbpVV11VL或或V Vm m

4、或或a最大吸附量；最大吸附量； VL 、P PL L朗格繆爾體積朗格繆爾體積 和壓力，和壓力，P PL L等于等于1 1b b 第8頁/共42頁 二、二、 平衡水等溫吸附實驗平衡水等溫吸附實驗IS-100型氣體等溫吸附型氣體等溫吸附/解吸儀解吸儀( (中國礦大中國礦大) )第9頁/共42頁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)恒溫水浴煤樣過濾器 溫度探頭壓力傳感器到色譜儀氦或甲烷氣源加濕器水浴溫度顯示器C DAFvB Sc T 第10頁/共42頁四、多相介質(zhì)煤巖體的吸附特征四、多相介質(zhì)煤巖體的吸附特征（一）（一） 氣相多組分吸附特征氣相多組分吸附特征0 6 12 18 24 30 p/MPa 24 16 8 0 Q/c

5、m3g-1 N2 CH4+N2 CH4 CH4+CO2+N2 CH4+CO2 CO2 第11頁/共42頁（二）（二） 吸附特征吸附特征 1、水對煤吸附、水對煤吸附CH4的影響的影響0246810121401234567p /MPaVL,daf / m3 t-1Mad=0.00%Mad=0.56%Mad=1.26%Mad=2.08%Mad=2.66%Mad=5.10%第12頁/共42頁 42號煤樣012345678024681012p /MPaVL,daf / m3t-1304050 2、溫度對煤吸附、溫度對煤吸附CH4的影響的影響第13頁/共42頁3、平衡水條件下煤對、平衡水條件下煤對CH4的

6、吸附特征的吸附特征 y1 = 7.9593x + 3.9913r= 0.89y2= -6.5863x + 61.122r= 0.9705101520253035400123456789Ro，maxVL,dafm3 .t-1第14頁/共42頁4. 高壓等溫吸附實驗高壓等溫吸附實驗_儀器結(jié)構(gòu)及工作原理儀器結(jié)構(gòu)及工作原理 儀器的基本結(jié)構(gòu)：儀器的基本結(jié)構(gòu)： 高壓容量法等溫吸附儀是由結(jié)構(gòu)完全相同的數(shù)個單元構(gòu)成（圖高壓容量法等溫吸附儀是由結(jié)構(gòu)完全相同的數(shù)個單元構(gòu)成（圖1）,彼此獨立，可以同時對不同煤樣進行不同條件實驗。每個單元由樣品缸和參考缸組成，用不銹鋼制造的耐高壓的密封容器。樣品缸和參考缸置于恒溫裝置

7、內(nèi)，保持溫度的穩(wěn)定性和一致性，溫度和壓力皆由高精度、高靈敏度測量元件進行監(jiān)控。彼此獨立，可以同時對不同煤樣進行不同條件實驗。每個單元由樣品缸和參考缸組成，用不銹鋼制造的耐高壓的密封容器。樣品缸和參考缸置于恒溫裝置內(nèi)，保持溫度的穩(wěn)定性和一致性，溫度和壓力皆由高精度、高靈敏度測量元件進行監(jiān)控。 儀器的工作原理：儀器的工作原理： 容量法是最成熟和應(yīng)用最廣泛的方法之一，也是國內(nèi)外煤層氣吸附領(lǐng)域普遍采用的方法。其原理是通過容量法是最成熟和應(yīng)用最廣泛的方法之一，也是國內(nèi)外煤層氣吸附領(lǐng)域普遍采用的方法。其原理是通過P、T、V三參數(shù)關(guān)系分別計算吸附平衡前后的自由氣體量，其差值即吸附量。三參數(shù)關(guān)系分別計算吸附平

8、衡前后的自由氣體量，其差值即吸附量。 第15頁/共42頁Adsorption testing system 等溫吸附測試系統(tǒng)等溫吸附測試系統(tǒng)Raven Ridge 公司公司 美國（美國（1994）用途：煤的單組分、多組分等溫吸附實驗用途：煤的單組分、多組分等溫吸附實驗 4. 高壓等溫吸附實驗高壓等溫吸附實驗_測試儀器測試儀器 第16頁/共42頁Adsorption testing system 等溫吸附測試系統(tǒng)等溫吸附測試系統(tǒng)Terra Tek 公司公司 美國（美國（2004）第17頁/共42頁平衡水分測試 體積實驗 壓力實驗數(shù)據(jù)處理報告審查成果報出 煤樣裝缸測試報告等溫吸附試驗 煤樣制備（6

9、080目） （1）測試樣品）測試樣品 要求要求: 代表性煤樣，一般為代表性煤樣，一般為煤層煤樣煤層煤樣1-2kg，實驗室縮制。，實驗室縮制。 粒度：粒度：60-80目目 (0.2-0.25mm) 質(zhì)量：質(zhì)量：100150克克 同時進行工業(yè)分析測試。同時進行工業(yè)分析測試。 （2）平衡水分測試）平衡水分測試 將樣品稱重浸泡于玻璃燒杯將樣品稱重浸泡于玻璃燒杯，放進裝有過飽和，放進裝有過飽和K2SO4溶液溶液的真空干燥器中，的真空干燥器中，在在30、相、相對濕度對濕度96-97%下，水分平衡下，水分平衡37天。天。 煤樣預(yù)處理好后，等待測試煤樣預(yù)處理好后，等待測試使用。使用。測試分析流程測試分析流程第

10、18頁/共42頁第19頁/共42頁第20頁/共42頁第21頁/共42頁第22頁/共42頁分別求出平衡前系統(tǒng)內(nèi)氣體的摩爾數(shù)（分別求出平衡前系統(tǒng)內(nèi)氣體的摩爾數(shù)（n1）和平衡后系統(tǒng)內(nèi)氣體的摩爾數(shù)（）和平衡后系統(tǒng)內(nèi)氣體的摩爾數(shù)（n2），則煤樣吸附氣體的摩爾數(shù)增量（，則煤樣吸附氣體的摩爾數(shù)增量（n）：）： n=n1n2 （4）式中：式中： n 平衡前后自由氣體摩平衡前后自由氣體摩爾爾 數(shù)的增量；數(shù)的增量； n1 平衡前系統(tǒng)內(nèi)氣體的摩爾數(shù)平衡前系統(tǒng)內(nèi)氣體的摩爾數(shù)； n2 平衡后系統(tǒng)內(nèi)氣體的摩爾數(shù)平衡后系統(tǒng)內(nèi)氣體的摩爾數(shù)。吸附氣體的總體積增量（吸附氣體的總體積增量（V總總）：）： V總總=n22.41000

11、 （5）單位吸附增量（單位吸附增量（V）：）： V = V總總 / M （6）式中：式中：M煤樣質(zhì)量；煤樣質(zhì)量； V總總吸附氣體的總體積；吸附氣體的總體積； V單位吸附增量。單位吸附增量。第23頁/共42頁第24頁/共42頁測試參數(shù)：測試參數(shù)： （1）平衡水分；）平衡水分； （2）各平衡點壓力下吸附量；）各平衡點壓力下吸附量； （3）Langumuir體積、體積、Langumuir壓力、壓力、 R值；值； （4）吸附等溫線；）吸附等溫線； （5）P/VP圖。圖。 等溫吸附試驗報告：最終測試結(jié)果、原始測試數(shù)據(jù)。等溫吸附試驗報告：最終測試結(jié)果、原始測試數(shù)據(jù)。 質(zhì)量評述：質(zhì)量評述： 在最終報告中提出

12、質(zhì)量評述意見，尤其是在出現(xiàn)不可預(yù)見的問在最終報告中提出質(zhì)量評述意見，尤其是在出現(xiàn)不可預(yù)見的問題時，以供甲方使用數(shù)據(jù)時考慮題時，以供甲方使用數(shù)據(jù)時考慮。第25頁/共42頁等 溫 吸 附 實 驗 數(shù) 據(jù) 表壓 力 干 燥 無 灰 基PMPa實測計算實測計算0000011.28085.31655.05690.24096.24375.93890.205122.67098.46068.54460.31579.936110.03480.268834.033510.576910.88020.381312.421512.77770.324745.430112.348012.61910.439814.50151

13、4.81990.374456.750013.910013.87130.485316.335916.29040.413268.189015.205714.94310.538617.857517.54920.4586Langmuri 方程: V=VL * P / ( PL + P )實驗參數(shù)蘭氏體積 VL/cm3g-1蘭氏壓力 PL/MPaR空氣干燥基23.444.660.9962干燥無灰基27.534.660.9962吸附量 V/cm3g-1P/VP/V記錄號空 氣 干 燥 基吸附量 V/cm3g-1第26頁/共42頁第27頁/共42頁線性回歸y = 0.0363x + 0.1691R2 = 0

14、.9925y = 0.0427x + 0.1986R2 = 0.99250.00.10.20.30.40.50.60123456789壓力壓力 ( MPa )P / V空氣干燥基干燥無灰基第28頁/共42頁試驗方法精度及質(zhì)量要求試驗方法精度及質(zhì)量要求（1）重現(xiàn)性要求）重現(xiàn)性要求 平衡濕度重現(xiàn)性相對誤差不大于平衡濕度重現(xiàn)性相對誤差不大于10%； VL重現(xiàn)性相對誤差不大于重現(xiàn)性相對誤差不大于15%； PL重現(xiàn)性相對誤差不大于重現(xiàn)性相對誤差不大于15%。（2） 再現(xiàn)性要求再現(xiàn)性要求 平衡濕度再現(xiàn)性相對誤差不大于平衡濕度再現(xiàn)性相對誤差不大于20%； VL再現(xiàn)性相對誤差不大于再現(xiàn)性相對誤差不大于20%；

15、 PL再現(xiàn)性相對誤差不大于再現(xiàn)性相對誤差不大于20%。 （3） 樣品實驗質(zhì)量要求樣品實驗質(zhì)量要求 相關(guān)系數(shù)用來判定實驗的質(zhì)量，相關(guān)系數(shù)用來判定實驗的質(zhì)量，P/V與與P的相關(guān)系數(shù)的相關(guān)系數(shù)R0.98時認(rèn)時認(rèn)為實驗結(jié)果更接近為實驗結(jié)果更接近Langmuir方程，可以提交實驗報告。方程，可以提交實驗報告。第29頁/共42頁第30頁/共42頁 結(jié)束語結(jié)束語 2006年，國務(wù)院辦公廳發(fā)布了年，國務(wù)院辦公廳發(fā)布了“關(guān)于加快煤層氣（煤礦瓦斯）抽采利用的若干意見關(guān)于加快煤層氣（煤礦瓦斯）抽采利用的若干意見” （國辦發(fā)（國辦發(fā)2006年年47號文），其后國土資源部頒發(fā)了號文），其后國土資源部頒發(fā)了“關(guān)于加強煤炭

16、和煤層氣資源綜合勘查開采管理的通知關(guān)于加強煤炭和煤層氣資源綜合勘查開采管理的通知”（國土資發(fā)（國土資發(fā)2007年年96號文），今后國家煤層氣勘探開發(fā)會向縱深發(fā)展，我們將在國土資源部的直接領(lǐng)導(dǎo)下，一如既往，不斷完善已有方法，進行技術(shù)創(chuàng)新，提高人員素質(zhì)，為我國能源事業(yè)和煤層氣勘探開發(fā)再立新功。號文），今后國家煤層氣勘探開發(fā)會向縱深發(fā)展，我們將在國土資源部的直接領(lǐng)導(dǎo)下，一如既往，不斷完善已有方法，進行技術(shù)創(chuàng)新，提高人員素質(zhì)，為我國能源事業(yè)和煤層氣勘探開發(fā)再立新功。第31頁/共42頁第三節(jié)第三節(jié) 等溫吸附曲線的應(yīng)用等溫吸附曲線的應(yīng)用一、理論飽和度或?qū)崪y飽和度一、理論飽和度或?qū)崪y飽和度 含氣飽和度是指煤

17、儲層在原位溫度、壓力、水分含量等儲層條件下，煤層含氣總量與總?cè)輾饽芰Φ谋戎怠：瑲怙柡投仁侵该簝釉谠粶囟取毫Α⑺趾康葍訔l件下，煤層含氣總量與總?cè)輾饽芰Φ谋戎怠?理論飽和度理論飽和度: :實際含氣量與蘭氏體積之比值實際含氣量與蘭氏體積之比值S理理=V實實/VL S理理理論飽和度，理論飽和度，%；V實實實測含氣量，實測含氣量，m3/t；第32頁/共42頁 p ad p ad 吸附等溫線吸附等溫線: V=/（P+） /第33頁/共42頁實測飽和度實測飽和度: :實測含氣量與實測儲層壓力投影到吸附等溫實測含氣量與實測儲層壓力投影到吸附等溫 線上所對應(yīng)的理論含氣量的比值。線上所對應(yīng)的理論含氣量

18、的比值。 S實實=V實實/V V=VLP/(P+PL) V實實實測甲烷含量；實測甲烷含量； S實實含氣飽和度。含氣飽和度。 V理論含氣量，理論含氣量，m3/t VLLangmuir體積，體積，m3/t； PLLangmuir壓力，壓力，MPa； P煤儲層壓力，煤儲層壓力，MPa；吸附狀態(tài)：吸附狀態(tài)：過飽和，飽和，欠飽和過飽和，飽和，欠飽和第34頁/共42頁 實實VVPVPLLcd)()(1adLcdcdLadPPPPPP第35頁/共42頁第四章第四章 煤儲層的解吸特征煤儲層的解吸特征 一、解吸量與解吸率一、解吸量與解吸率 解吸率：損失氣量與解吸氣量之和與總氣量之百分比。解吸率：損失氣量與解吸氣

19、量之和與總氣量之百分比。 解吸量：損失氣量與現(xiàn)場兩小時解吸氣量之和，解吸量：損失氣量與現(xiàn)場兩小時解吸氣量之和， 即解吸率與該深度下實際含氣量的乘積。即解吸率與該深度下實際含氣量的乘積。第36頁/共42頁二、吸附時間二、吸附時間 定義為實測解吸氣體體積累計達(dá)到總解吸氣量定義為實測解吸氣體體積累計達(dá)到總解吸氣量 （STP：標(biāo)準(zhǔn)溫度、壓力）：標(biāo)準(zhǔn)溫度、壓力）63.2%時所對應(yīng)的時間。時所對應(yīng)的時間。 吸附時間與產(chǎn)能達(dá)到高峰的時間有關(guān)，與煤層氣長期的產(chǎn)能吸附時間與產(chǎn)能達(dá)到高峰的時間有關(guān)，與煤層氣長期的產(chǎn)能 關(guān)系不密切。吸附時間短，則煤層氣井有可能在短期內(nèi)達(dá)到產(chǎn)能高峰，有利于縮短開發(fā)周期，但不利于氣井的

20、長期穩(wěn)產(chǎn)。關(guān)系不密切。吸附時間短，則煤層氣井有可能在短期內(nèi)達(dá)到產(chǎn)能高峰，有利于縮短開發(fā)周期，但不利于氣井的長期穩(wěn)產(chǎn)。第37頁/共42頁 解吸量（cm3/g） 礦區(qū) 地層 時代 煤 層 編 號 反射率（%） V1+V2 總量 解吸率（%） 樣本數(shù) 鐵法 K1 12 0.56 1.96 5.23 37.5 123 遼河 E 0.54 1.78 7.86 22.6 2 靖遠(yuǎn) J1+2 0.92 1.90 6.38 29.8 42 窯街 J1+2 煤 1,2 0.64 0.39 4.26 9.10 3 P1 3 2.12 5.62 9.67 54.0 1 韓 城 C2 11 2.28 2.37 4.3

21、9 59.0 2 P2 13-1 0.87 1.59 5.40 29.4 12 淮南 新集 P1 11-2 1.04 1.43 5.15 27.8 14 徐州 P2 2 1.16 1.36 4.82 28.2 16 峰峰 P1 2 2.26 2.93 6.53 44.9 6 P1 3 1.86 4.48 12.51 35.8 61 潞 安 C2 15 1.92 3.96 11.81 33.5 14 P1 3 4.35 3.79 14.24 26.6 105 晉 城 C2 15 4.32 7.05 18.46 38.2 90 P1 2 1.43 1.23 5.60 22.0 4 霍 州 C2 1

22、0 1.53 1.46 5.00 29.2 4 P2 9 JM,SM 5.76 10.82 53.2 5 恩 洪 P2 15 JM 5.59 10.63 52.6 9 我國部分礦區(qū)煤層甲烷平均解吸量統(tǒng)計結(jié)果我國部分礦區(qū)煤層甲烷平均解吸量統(tǒng)計結(jié)果第38頁/共42頁28.527.638.436.238.149.101020304050603004005006007008003埋深/m3解吸率/%33.737.739.633.736.638.63032343638404230040050060070080015埋深/m15解吸率/%沁水盆地中南部解吸率與煤層埋深的關(guān)系沁水盆地中南部解吸率與煤層埋深的

23、關(guān)系 東北鐵法和西北寶積山等中生界煤儲層埋深增大，煤層甲烷解吸東北鐵法和西北寶積山等中生界煤儲層埋深增大，煤層甲烷解吸 率卻有降低的明顯趨勢，最佳解吸深度在率卻有降低的明顯趨勢，最佳解吸深度在400600m之間。由此來看，之間。由此來看， 不同地區(qū)和不同時代煤儲層甲烷解吸率與埋深之間關(guān)系往往大相徑庭不同地區(qū)和不同時代煤儲層甲烷解吸率與埋深之間關(guān)系往往大相徑庭。 第39頁/共42頁表 4-7 我國部分煤儲層吸附時間統(tǒng)計表（據(jù)葉建平，有補充） 礦區(qū) 孔號 煤層 編號 埋深 /m 反射 率/% 吸附 時間/d 礦區(qū) 孔號 煤層 編號 埋深 /m 反射 率/% 吸附 時間/d 4 0.04 2 576 2.25 0.351.61 6 0.13 淑 1 6 648 2.27 0.38 7 0.04 2 781 1.27 0.061.56 8 0.130.67 峰峰 龍 1 4 816 1.28 0.63 9 0.041.20 二1 1106 0.95 0.54 11-2 879 1.04 0.04 平頂山 1511 三9-10 919 0.82 23 謝李 G1 13-1 808 0.89 0.041.50 大城 大參 1 4 1190 1.09 0.74 8 1046 1.29 1.50 3 602 1.74 0.881.08 11-2 960 1.1