含氣量與控氣地質(zhì)因素

第一節(jié)煤儲(chǔ)層含氣量的組成第二節(jié)煤儲(chǔ)層圍巖物性及封蓋能力第三節(jié)控氣地質(zhì)因素第四節(jié)煤層含氣性的預(yù)測(cè)方法第五章煤儲(chǔ)層含氣特征及控氣地質(zhì)因素編輯課件第一節(jié)煤儲(chǔ)層含氣量的組成一、美國(guó)礦業(yè)局（USBM）的直接法

1、逸散氣量

指從鉆頭鉆至煤層到煤樣放入解吸罐以前自然析出的天然氣量。逸散氣的體積取決于鉆孔揭露煤層到把煤樣密封于解吸罐的時(shí)間、煤的物理特性、鉆井液特性、水飽和度和游離態(tài)氣體含量。2、解吸氣量指煤樣置于解吸罐中在正常大氣壓和儲(chǔ)層溫度下，自然脫出的煤層氣量。終止于一周內(nèi)平均解吸氣量小于10ml/d或在一周內(nèi)每克樣品的解吸量平均小于0.05ml/d。

編輯課件編輯課件CDTCA-1000型現(xiàn)場(chǎng)含氣量測(cè)定儀編輯課件FY-Ⅲ煤層含氣量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀編輯課件3、殘留氣量指充分解吸結(jié)束后殘留在煤樣中的煤層氣量。

二、中國(guó)的解吸法1、損失氣量（V1）

2、現(xiàn)場(chǎng)2h解吸量（V2）3、真空加熱脫氣量（V3）4、粉碎脫氣量（V4）二者的差異：解吸時(shí)間、溫度、階段

編輯課件編輯課件編輯課件三、相態(tài)含氣量

由煤層氣的定義可知：煤層氣含量由游離氣、吸附氣、水溶氣含量三部分組成。

我國(guó)前期煤層氣含量測(cè)定（MT77-84）是在現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力條件下測(cè)得2h內(nèi)的解吸氣量，再由解吸氣量推算損失氣量。由于低煤級(jí)煤孔裂隙發(fā)育，取心過程在地層溫度條件下快速解吸，游離氣快速逸散，到地面由于溫度降低，解吸速度變慢，有的甚至沒有解吸氣，造成解吸氣量低，尤其是初始幾個(gè)點(diǎn)解吸氣量低，由解吸氣推算的損失氣也就更低；由于低煤級(jí)煤中含水量較高，MT-77-84和USBM均不測(cè)煤層中的水溶氣，造成低煤級(jí)煤含氣量嚴(yán)重失真。

編輯課件1、理想氣體狀態(tài)方程2、馬略特定律對(duì)于氣體在壓力不超過20MPa，溫度不低于20℃時(shí)，游離氣含量通常按理想氣體狀態(tài)方程式進(jìn)行計(jì)算，即：實(shí)際上氣體分子之間存在著作用力，且分子體積也不為零，按理想氣體狀態(tài)方程式進(jìn)行計(jì)算可能會(huì)帶來較大誤差，由馬略特定律得：（一）游離氣含量數(shù)值模擬編輯課件P0

、V0、T0—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下游離氣壓力、體積和絕對(duì)溫度；Vg—換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)后的游離氣體積；P、V、T—儲(chǔ)層狀態(tài)下游離氣壓力、游離氣體積和絕對(duì)溫度；Z－氣體壓縮因子（在給定溫度、壓力條件下，真實(shí)氣體所占體積和相同條件下理想氣體所占體積之比）。是壓力和溫度的函數(shù)，即Z＝Z（P，T），可查表得到。編輯課件3、原位儲(chǔ)層狀態(tài)的氣體壓力對(duì)于已建礦井，可由瓦斯壓力梯度來推測(cè)，即：p—在埋深H處的瓦斯壓力；p0—在瓦斯風(fēng)化帶H0深度處的瓦斯壓力，一般取0.15~0.20MPa；H0—瓦斯風(fēng)化帶深度；H—煤層埋深；m—瓦斯壓力梯度，MPa/m。對(duì)于勘探區(qū)，可用鉆孔實(shí)測(cè)瓦斯壓力編輯課件4、原位儲(chǔ)層狀態(tài)的孔隙體積對(duì)原位水飽和煤樣進(jìn)行三軸力學(xué)實(shí)驗(yàn)，得出不同埋深（應(yīng)力條件）下的壓縮體積編輯課件原位煤層的單位孔隙體積等于單位體積煤的壓汞比孔容減去單位體積煤的累計(jì)體積應(yīng)變（原位相應(yīng)應(yīng)力條件下水飽和煤樣的實(shí)驗(yàn)成果）?；蛘叩扔趩挝惑w積煤的壓汞比孔容減去壓縮系數(shù)與圍壓乘積的累計(jì)和（原位相應(yīng)應(yīng)力條件）。編輯課件1、與壓力的關(guān)系煤的吸附氣含量隨壓力增加而增大，隨溫度升高而降低。且低壓階段（<2MPa）隨壓力增加而呈線性增大，高壓階段（<2MPa）隨壓力增加而緩慢增大，壓力>8MPa后，壓力增加而吸附氣量幾乎不再增大。海拉爾盆地呼和湖海參3井褐煤樣等溫吸附曲線（二）吸附氣含量數(shù)值模擬編輯課件2、與煤級(jí)的關(guān)系編輯課件然而吸附氣量隨溫度的增高而減少。從300C到40C，溫度每升高10C，吸附量平均減少0.18cm3/g，從400C到500C，溫度每升高10C，煤樣吸附量平均減少0.09cm3/g。3、與溫度的關(guān)系按此規(guī)律推測(cè)溫度升高吸附氣量的衰減梯度（m3/t·℃）為：30℃~40℃0.18cm3/g40℃~50℃0.09cm3/g50℃~60℃0.045cm3/g60℃~70℃0.023cm3/g70℃~80℃0.012cm3/g編輯課件溫度負(fù)效應(yīng)：等于每一埋深區(qū)間的溫度差與相應(yīng)溫度區(qū)間吸附衰減梯度和煤層含氣飽和度之積，即：QT—吸附氣量負(fù)效應(yīng)，m3/t；n—不同溫度區(qū)間的個(gè)數(shù)；T—對(duì)應(yīng)埋深區(qū)間的現(xiàn)代地溫梯度，℃/hmH—對(duì)應(yīng)溫度區(qū)間的埋藏深度，m；VTi—對(duì)應(yīng)溫度區(qū)間的衰減梯度，m3/t℃；S—飽和度校正因子，%。編輯課件1、甲烷溶解度實(shí)驗(yàn)1）礦化度相同的水樣甲烷溶解度隨壓力增加而增大；2）當(dāng)溫度低于80℃時(shí)，甲烷溶解度隨溫度的升高而降低。（三）水溶氣含量數(shù)值模擬編輯課件2、煤層水甲烷溶解特性1）煤層水中的有機(jī)質(zhì)使甲烷的溶解度普遍偏高2）溫度、壓力低時(shí)，礦化度影響十分明顯沁水盆地煤層水甲烷溶解度（m3甲烷/m3水）溫度/℃壓力/MPa潘2井3、9、15煤

常村礦3煤

沁新礦2煤

黃丹溝礦9煤

去離子水溶液*煤樣號(hào)12342051.1622.1111.9241.5821.027140223.8984.6503.9594.1342.967140364.5305.4185.0714.8043.945礦化度/mg·L-1175683610864400*在100℃去離子水溶液中相同壓力下溶解度的線性插值

編輯課件3）水溶氣數(shù)值模擬由煤田地質(zhì)勘探測(cè)溫孔求地層溫度，由抽水實(shí)驗(yàn)求不同埋深下的壓力和礦化度，建立不同埋深條件下，礦化度與水溶甲烷的關(guān)系圖，在系列甲烷溶解度圖解上量出不同埋深下（對(duì)應(yīng)的溫度、壓力、礦化度）的水溶甲熔含量。編輯課件

1、海拉爾盆地恒溫帶深度約為40m左右，溫度約為15℃。煤類為褐煤，風(fēng)氧化帶深度為500mMad一般值介于16~21%，煤層為含水層，Aad一般值介于20.9~25.8%，煤田淺部施工的鉆孔地下水礦化度介于100~800mg/L，一般值為200~500mg/L。在500~2000m水溶氣、游離氣隨煤層埋深的增加而增大；平均水溶氣含量占總含氣量的9.9%，游離氣占14.6%，吸附氣占75.5%。（四）實(shí)例分析編輯課件編輯課件第二節(jié)煤儲(chǔ)層圍巖物性及封蓋能力一、煤儲(chǔ)層頂?shù)装宓膸r石類型煤層頂?shù)装迨欠舛旅簩託獾牡谝坏榔琳希敲簝?chǔ)層圍巖組合中最重要的巖層。其主要巖石類型有碳酸鹽巖、砂巖、泥巖、油頁(yè)巖及砂泥巖互層組合。

2圖4-5編輯課件二、圍巖的封蓋能力

圍巖封蓋能力與圍巖的巖性、韌性、厚度、連續(xù)性及埋深有關(guān)。從巖性來說，由砂巖、碳酸鹽巖、砂泥巖互層組合、泥巖、煤層到油頁(yè)巖，其封蓋能力依次增強(qiáng)。三、圍巖的封閉機(jī)理編輯課件編輯課件第三節(jié)控氣地質(zhì)因素編輯課件1、煤化程度不同煤類的產(chǎn)氣量和吸附能力煤類生氣量m3/t吸附能力m3/t褐煤38~68<8長(zhǎng)焰煤138~1688~9氣煤182~2129~11肥煤199~23011~14瘦煤257~28714~18焦煤240~27018~20貧煤295~33020~24無煙煤346~42224~36編輯課件編輯課件2、煤巖組分

生氣量E∶V∶I=3∶1∶0.8V=4.3×EE=11×I

吸附能力I>V>E顯微組分及充填情況編輯課件3、沉積體系編輯課件4、構(gòu)造樣式及構(gòu)造部位編輯課件編輯課件編輯課件編輯課件5、埋藏深度與地溫狀態(tài)編輯課件潞安屯留3號(hào)煤層實(shí)測(cè)瓦斯含量（原煤）與埋深的關(guān)系

編輯課件巖漿巖編輯課件編輯課件1）水力運(yùn)移逸散控氣作用；2）水力封堵控氣作用3）水力封閉控氣作用；編輯課件FortUnion組煤層是區(qū)域含水層，東緣露頭為補(bǔ)給區(qū)，向西部（深部）徑流，盆地中心（煤層深部）形成承壓水條件，具有超壓含水層。煤層氣單井產(chǎn)量平均5660m3/d，最高10萬(wàn)m3/d，產(chǎn)水量30-150m3/d粉河盆地水力封堵控氣作用編輯課件水力封閉控氣作用束縛水封閉型勇士盆地煤儲(chǔ)層水礦化度分布平面圖編輯課件大寧－潘莊－樊莊陽(yáng)城北山西組含水層編輯課件編輯課件煤層有機(jī)質(zhì)生氣垂向蓋層突破散失斷層割理滲流散失垂向擴(kuò)散散失7、歷史演化編輯課件第四節(jié)煤層含氣量預(yù)測(cè)方法一、原位煤層含氣量預(yù)測(cè)

預(yù)測(cè)方法有含氣梯度法、壓力－吸附曲線法、煤質(zhì)－灰分－含氣量類比法、測(cè)井曲線法、地質(zhì)條件綜合分析法等。1、含氣梯度法（1）同一構(gòu)造單元中已有淺部勘探區(qū)含氣性資料的深部地區(qū)；（2）煤級(jí)受埋深控制，煤級(jí)相當(dāng)或變幅較??；（3）勘探區(qū)含氣性資料較為豐富，含氣梯度明顯或埋深與煤層氣含量關(guān)系離散性較??；編輯課件（4）適用深度：止深在甲烷風(fēng)氧化帶下500~700米（前蘇聯(lián)）；

800~900米（英國(guó)）；古地表起算垂深800~1000米（張新民，1991）

傅雪海（1995）等研究表明煤層氣含量止深受煤變質(zhì)作用的方式和煤變質(zhì)作用程度的影響。編輯課件2、壓力－吸附曲線法

煤儲(chǔ)層含氣性取決于煤巖體的吸附能力和含氣飽和度，即含氣量＝理論吸附量×含氣飽和度。煤巖體的吸附能力又是煤儲(chǔ)層壓力和溫度的函數(shù)，溫度相差不大的情況下，與煤儲(chǔ)層壓力關(guān)系密切，其關(guān)系可由等溫吸附實(shí)驗(yàn)得到，理論吸附量可以由朗格繆爾方程求得。

編輯課件3、煤級(jí)－灰分－含氣量類比法煤層含氣量受煤級(jí)和煤巖組分、灰分等控制。因此，應(yīng)用該方法的前提條件是預(yù)測(cè)區(qū)煤級(jí)、煤巖特征與參照區(qū)可以類比。4、測(cè)井響應(yīng)擬合煤層氣含量測(cè)井響應(yīng)擬合煤層氣含量的工作步驟依次為數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、逐步回歸分析、建立數(shù)學(xué)模型、進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。若效果顯著，就可以利用該數(shù)學(xué)模型對(duì)有測(cè)井曲線而無煤層氣含量的鉆孔進(jìn)行煤層含氣性預(yù)測(cè)。編輯課件5、地質(zhì)條件綜合分析法通過對(duì)預(yù)測(cè)區(qū)煤層賦存特征、地質(zhì)構(gòu)造演化歷史及煤層埋藏－熱演化－生烴－保存歷史分析，確定煤的變質(zhì)方式和煤的變質(zhì)程度，進(jìn)而預(yù)測(cè)其含氣性。從廣義上講，所有的地質(zhì)預(yù)測(cè)方法都包含著一定程度的綜合地質(zhì)分析，不同方法之間存在著一些不可分離的相輔相成的關(guān)系。因此，在對(duì)同一地區(qū)煤層含氣性分析預(yù)測(cè)中，往往是以某種方法為主的多種方法綜合預(yù)測(cè)。編輯課件二、采動(dòng)影響區(qū)煤層含氣量預(yù)測(cè)煤礦井巷開拓和煤炭生產(chǎn)改變了煤層的地應(yīng)力場(chǎng)、流體壓力場(chǎng)，打破了煤層內(nèi)游離氣、吸附氣和水溶氣之間的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系。采動(dòng)影響區(qū)內(nèi)煤層的含氣量、透氣性、儲(chǔ)層壓力等均呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化特征。1、本煤層采動(dòng)影響區(qū)本煤層采動(dòng)影響區(qū)掘進(jìn)巷道采煤工作面

1）有限元法編輯課件2）

瓦斯涌出量法