1、煤層氣儲層特征研究煤層氣儲層特征研究鄒鄒 陽陽 20132013年年1 12 2月月煤層氣的概念煤儲層的孔隙壓力與原地應力吸附飽和度與臨界解吸壓力煤儲層的滲透性主要主要內容內容煤儲層的吸附性一、煤層氣的概念一、煤層氣的概念 煤層氣是以甲烷為主要成分的礦產，是在煤化作用過程中形成、儲集煤層氣是以甲烷為主要成分的礦產，是在煤化作用過程中形成、儲集在煤層及其臨近巖層中的非常規天然氣。在煤層及其臨近巖層中的非常規天然氣。 煤層作為煤層氣的源巖和儲層，具有煤層作為煤層氣的源巖和儲層，具有2 2方面的特征：一是在壓力作用方面的特征：一是在壓力作用下具有容納氣體的能力；下具有容納氣體的能力； 二是具有允許氣

2、體流動的能力。二是具有允許氣體流動的能力。 1、煤層氣2、煤層氣儲層二、煤儲層的滲透性二、煤儲層的滲透性1、概念 儲集層的滲透性是指在一定壓力差下，允許流體通過其連通孔隙的儲集層的滲透性是指在一定壓力差下，允許流體通過其連通孔隙的性質，也就是說，滲透性是指巖石傳導流體的能力，滲透性優劣用滲透性質，也就是說，滲透性是指巖石傳導流體的能力，滲透性優劣用滲透率表示。率表示。表達式表達式：pALQvk二、煤儲層的滲透性二、煤儲層的滲透性2、滲透率影響因素 有效應力為總應力減去儲層流體壓力。有效應力增加，導致裂隙寬度有效應力為總應力減去儲層流體壓力。有效應力增加，導致裂隙寬度減小，甚至閉合，使滲透率急劇

3、下降。減小，甚至閉合，使滲透率急劇下降。根據大量資料指出隨著有效應力的增加，滲透率呈指數降低。根據大量資料指出隨著有效應力的增加，滲透率呈指數降低。1 1）有效應力與原地應力）有效應力與原地應力二、煤儲層的滲透性二、煤儲層的滲透性2、滲透率影響因素 實驗表明，煤體在吸附氣實驗表明，煤體在吸附氣體或解吸氣體時可引起自身的體或解吸氣體時可引起自身的膨脹與收縮。煤層氣開發過程膨脹與收縮。煤層氣開發過程中，儲層壓力降至臨界解吸壓中，儲層壓力降至臨界解吸壓力以下時，煤層氣便開始解吸。力以下時，煤層氣便開始解吸。由于煤體在側向上是受圍限的，由于煤體在側向上是受圍限的，因此煤基質的收縮不可能引起因此煤基質的

4、收縮不可能引起煤層整體的水平應變，只能沿煤層整體的水平應變，只能沿裂隙發生局部側向應變。裂隙發生局部側向應變。 基質沿裂隙的收縮造成水平應力下降，有效應力相應減小，裂隙寬基質沿裂隙的收縮造成水平應力下降，有效應力相應減小，裂隙寬度增加，滲透率增高。度增加，滲透率增高。2 2）基質收縮效應）基質收縮效應二、煤儲層的滲透性二、煤儲層的滲透性2、滲透率影響因素3 3）樣品尺寸）樣品尺寸由于煤的天然裂縫發育特征，較大樣品顯示出滲透率較高。由于煤的天然裂縫發育特征，較大樣品顯示出滲透率較高。滲透率與樣品尺寸的關系圖三、儲層的空隙壓力與原地應力三、儲層的空隙壓力與原地應力1、儲層壓力定義 儲層壓力：是作用

5、于煤孔隙裂隙空間上的流體壓力（包括水壓和氣壓），故又稱地層壓力或儲層裂縫中的流體壓力，多由試井獲得。習慣上將煤層氣井中地下水靜液面到達井口的煤層稱正常壓力煤儲層；高出井口的稱超壓煤儲層；在井口之下的稱欠壓煤儲層。儲層壓力的改變影響到正常有效應力的改變，進而控制滲透率。三、儲層的空隙壓力與原地應力三、儲層的空隙壓力與原地應力超壓煤層氣井噴三、儲層的空隙壓力與原地應力三、儲層的空隙壓力與原地應力2、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。煤儲層試井測得儲層壓力是水壓，二者的測試條件和測試方法明顯不同。煤儲層壓力是水壓和氣壓的總和，在封閉體系中，

6、儲層壓力中水壓等于氣壓；在開發體系中，儲層壓力等于水壓與氣壓之和。三、儲層的空隙壓力與原地應力三、儲層的空隙壓力與原地應力3、原地應力 原地應力是指煤儲層沒有受到任何人為擾動，處于原始狀態的應力。原地應力是壓裂設計的重要依據，是儲層滲透性的重要控制因素，同時也嚴重影響煤層氣井的排采。四、煤儲層的吸附性四、煤儲層的吸附性07142128350246810壓力 /MPa吸附量 /(cm3g-1)CH4CO2N206121824300246810壓力 /MPa吸附量 /(cm3g-1)CH4CO2N207142128350246810壓力 /MPa吸附量 /(cm3g-1)CH4CO2N202040

7、60800246810壓力 /MPa吸附量 /(cm3g-1)CH4CO2N2長焰煤氣煤焦煤無煙煤1、不同煤級煤吸附不同氣體的差異性同一煤樣吸附不同氣體：CO2CH4N2四、煤儲層的吸附性四、煤儲層的吸附性2、煤層氣吸附解吸過程的差異與解吸作用類型劃分地質條件下的煤層氣吸附過程與開采條件下的煤層氣解吸過程的差異對比煤層氣物理吸附煤層氣物理解吸作用過程吸附偶于煤的熱演化生烴、排烴過程之中（是一種“自發過程”）人為的排水-降壓-解吸過程（是一種“被動過程”）作用時間吸附是一個漫長的過程以百萬年計解吸是一個相對較快的過程以天、以小時計作用條件煤具有很強的吸附能力煤熱演化生成的煤層氣足以滿足煤的吸附煤

8、層在演化中逐步脫水、升溫、增壓煤具有更強的吸附能力有限的降壓和極有限的基質孔隙空間幾乎是恒定的溫度影響因素煤質、基質孔隙內表面積等解吸為游離態的煤層氣逸散速度等五、吸附飽和度與臨界解吸壓力五、吸附飽和度與臨界解吸壓力1、吸附飽和度的意義 煤層氣吸附飽和度：煤層氣吸附飽和度：是指煤層在一定的煤層溫度、煤儲層壓力和煤層濕度等儲層條件下對甲烷的吸附飽和程度（Saturation），一般用百分比表示。煤層氣吸附飽和度是評價煤層氣的富集程度和可采性的重要的綜合評價指標。五、吸附飽和度與臨界解吸壓力五、吸附飽和度與臨界解吸壓力2、吸附飽的表達 飽和煤層（A）含有最大的氣含量，這在理論上是可能的，如由實驗室確定的等溫吸附曲線所定義的。在開始脫水和壓力下降時，氣生產立即開始。 欠飽和煤層（B）含有比煤層可能吸附量要少的甲烷，由于先前發生過脫氣事件。為了使氣產氣甚至需要幾年的時間進行脫水和降壓，而最終的儲量減少。 飽和的欠飽和的五、吸附飽和度與臨界解吸壓力五、吸附飽和度與臨界解吸壓力2、臨界解吸壓力的意義 在煤層氣開采過程中，壓力降低到煤層氣開始解吸的壓力稱之為臨界臨界解吸壓力解吸壓力，一般用MPa表示。理論氣含量實測氣含量廢棄氣含量廢棄壓力臨界解吸壓力實測儲層壓力結結 束束 語語 經過幾十年的研究，煤儲層領域的許多研究成果已經運用到煤層氣勘探和開發實踐中。但是，