煤层气勘探与开发利用技术-第四章.pptx

煤层气勘探与开发利用技术亚美大陆煤层气有限公司张留伟 电子邮：公共信箱：密码：555888第四章 煤层气扩散与渗流特性问题：问题：1、煤层含气量有哪些测定方法？、煤层含气量有哪些测定方法？2、煤层含气量有哪些预定方法？、煤层含气量有哪些预定方法？煤储层含气性取决于煤层气组成、煤层含煤储层含气性取决于煤层气组成、煤层含气量、含气饱和度、可解析率以及煤层气气量、含气饱和度、可解析率以及煤层气资源量、资源丰度等。资源量、资源丰度等。煤层是多孔介质，煤层气穿过煤层孔隙介煤层是多孔介质，煤层气穿过煤层孔隙介质的流动机制可以描述为三个过程，即由质的流动机制可以描述为三个过程，即由于压力降低使气体从煤基质孔隙的内表面于压力降低使气体从煤基质孔隙的内表面上发生解吸；穿过煤基质和微孔扩散到裂上发生解吸；穿过煤基质和微孔扩散到裂隙中，扩散作用是由于在基质与裂隙间存隙中，扩散作用是由于在基质与裂隙间存在的浓度差引起的；在压力差作用下以达在的浓度差引起的；在压力差作用下以达西流的方式在裂隙中渗流。西流的方式在裂隙中渗流。第一节 煤层气扩散特性及其影响因素一、煤层气扩散特性一、煤层气扩散特性1.气体穿过煤基质和微孔的扩散流动是由于气体穿过煤基质和微孔的扩散流动是由于体积扩散（分子与分子间的相互作用）、体积扩散（分子与分子间的相互作用）、克努森扩散（分子与孔壁间的相互作用）克努森扩散（分子与孔壁间的相互作用）和表面扩散（吸附的类液体状甲烷薄膜沿和表面扩散（吸附的类液体状甲烷薄膜沿微孔隙壁转移）共同作用的结果。微孔隙壁转移）共同作用的结果。2.当孔隙直径大于气体分子的平均自由运动当孔隙直径大于气体分子的平均自由运动路程时，以体积扩散为主；当孔隙相对于路程时，以体积扩散为主；当孔隙相对于气体分子的平均自由运动路程较小时，以气体分子的平均自由运动路程较小时，以克努森扩散为主。在表面扩散中一旦发生克努森扩散为主。在表面扩散中一旦发生碰撞，气体分子就立即被吸附在孔壁上。碰撞，气体分子就立即被吸附在孔壁上。3.各类型的扩散流动都是气体分子随机运动各类型的扩散流动都是气体分子随机运动的结果。如图的结果。如图4-1。4.在微孔系统内的扩散过程，一般用菲克定在微孔系统内的扩散过程，一般用菲克定律来描述。见律来描述。见106页公式。页公式。二、煤层扩散性影响因素二、煤层扩散性影响因素1.煤是一种双孔隙介质，气体在裂隙系统中煤是一种双孔隙介质，气体在裂隙系统中为达西流，在煤基质块中为扩散流。对煤为达西流，在煤基质块中为扩散流。对煤基质块而言，气体流动的假稳态公式为：基质块而言，气体流动的假稳态公式为：107页。页。2.吸附时间的定义为：吸附时间的定义为：108页公式。页公式。一、煤层气渗流特性一、煤层气渗流特性在中孔（直径大约在中孔（直径大约100nm）以上的孔隙和裂）以上的孔隙和裂隙中，气体的流程为渗流。分为层流和紊隙中，气体的流程为渗流。分为层流和紊流。煤层内孔隙大小、形态、曲率负责，流。煤层内孔隙大小、形态、曲率负责，因此为了简化认为煤层中气体流程属于层因此为了简化认为煤层中气体流程属于层流渗透。且服从达西定律，公式见流渗透。且服从达西定律，公式见109页。页。二、煤层渗透性影响因素二、煤层渗透性影响因素煤层是双重孔隙介质，包括基质孔隙和裂煤层是双重孔隙介质，包括基质孔隙和裂隙，其基质平均直径小，渗透率很低。隙，其基质平均直径小，渗透率很低。第二节 煤储层渗透性及其影响因素煤层的渗透性主要取决于裂隙的渗透性。煤层的渗透性主要取决于裂隙的渗透性。1.煤体结构煤体结构煤体结构是指煤层经过地质构造变动后煤煤体结构是指煤层经过地质构造变动后煤的结构和构造的保留。其结构和构造定义的结构和构造的保留。其结构和构造定义为：煤的结构是指煤的组成成分的各种特为：煤的结构是指煤的组成成分的各种特征征包括形态、大小、厚度、植物组织残骸包括形态、大小、厚度、植物组织残骸以及它们之间数量关系的变化等，煤的构以及它们之间数量关系的变化等，煤的构造是组成成分之间的空间排列和分布特点造是组成成分之间的空间排列和分布特点以及它们之间的相互关系；它们都是煤的以及它们之间的相互关系；它们都是煤的重要原生特征。重要原生特征。根据煤层所受构造破坏程度的不同，按照根据煤层所受构造破坏程度的不同，按照从大到小的顺序，煤体结构依次划分为原从大到小的顺序，煤体结构依次划分为原生结构、碎裂结构、碎粒结构和糜棱结构。生结构、碎裂结构、碎粒结构和糜棱结构。煤层构造对煤层气的影响详见煤层构造对煤层气的影响详见110页第三段。页第三段。对煤层结构的研究，最直接的方法是通过对煤层结构的研究，最直接的方法是通过野外新鲜露头和井下采掘工作对煤层剖面野外新鲜露头和井下采掘工作对煤层剖面进行观察。进行观察。研究表明，影响煤体结构变化的因素是地研究表明，影响煤体结构变化的因素是地址构造，其次是煤质特征。地质结构对煤址构造，其次是煤质特征。地质结构对煤体结构的影响可归纳以下几点：体结构的影响可归纳以下几点：1、褶皱构造的影响作用大于断裂构造的影、褶皱构造的影响作用大于断裂构造的影响作用。响作用。2、断层规模及性质的影响。、断层规模及性质的影响。3、挠折构造对煤体结构的局部影响。、挠折构造对煤体结构的局部影响。4、层滑构造的作用。、层滑构造的作用。5、煤质特征不同，煤体结构也不相同。、煤质特征不同，煤体结构也不相同。2）、割理系统的发育程度）、割理系统的发育程度1、对割理系统的分析研究，可为煤储层渗透、对割理系统的分析研究，可为煤储层渗透性预测提供资料。割理分为内生和外生。性预测提供资料。割理分为内生和外生。2、内生割理的形成主要由煤化作用过程总煤、内生割理的形成主要由煤化作用过程总煤中挥发分、水分逸散产生的收缩内应力所决定，中挥发分、水分逸散产生的收缩内应力所决定，它在煤层中的分布十分普遍且有相对的均一性。它在煤层中的分布十分普遍且有相对的均一性。3、外生割理由区域构造应力和局部应力形成、外生割理由区域构造应力和局部应力形成的，分布也具有普遍性，虽然其数量与内生割的，分布也具有普遍性，虽然其数量与内生割理相比要少得多，但其延伸长度、切穿得地层理相比要少得多，但其延伸长度、切穿得地层厚度通常都很大，因此它对煤储层渗透性具有厚度通常都很大，因此它对煤储层渗透性具有智能更要影响。智能更要影响。4、割理发育程度主要是指割理的密度（或、割理发育程度主要是指割理的密度（或间隔）、长度、高度、裂口宽度等；显然，间隔）、长度、高度、裂口宽度等；显然，它们的值愈大，煤层的渗透性愈好。它们的值愈大，煤层的渗透性愈好。5、裂缝宽度和艰巨与储层渗透性之间关系、裂缝宽度和艰巨与储层渗透性之间关系式见式见113页。页。6、关于割理相关知识见、关于割理相关知识见114页第二段及页第二段及116第三节 煤层气压力系统一、煤储层中压力是指煤层孔隙中的流体一、煤储层中压力是指煤层孔隙中的流体（包括气体和水）压力。其压力对煤层气（包括气体和水）压力。其压力对煤层气含量、气体赋存状态起着重要作用，其压含量、气体赋存状态起着重要作用，其压力也是水和气体从煤的裂隙中流向井筒的力也是水和气体从煤的裂隙中流向井筒的能量。降低其压力，煤孔隙中吸附的气体能量。降低其压力，煤孔隙中吸附的气体开始解吸，向裂隙中扩散，在压力差作用开始解吸，向裂隙中扩散，在压力差作用下从裂隙向井筒流动。煤储层开采就是利下从裂隙向井筒流动。煤储层开采就是利用这一原理，通过排水降低储层压力而采用这一原理，通过排水降低储层压力而采气的。气的。原始煤层压力是指储层中部压力。储层开发前，原始煤层压力是指储层中部压力。储层开发前，一般处于平衡状态，此时的压力为原始压力，一般处于平衡状态，此时的压力为原始压力，压力是地层能量大小的反应。压力是地层能量大小的反应。煤层镇南关流体具备压能、位能及动能，其公煤层镇南关流体具备压能、位能及动能，其公式见式见119页。页。在生产实践中，应用注入在生产实践中，应用注入/压降试井、压力恢压降试井、压力恢复等办法测定煤储层压力。原始煤层压力通常复等办法测定煤储层压力。原始煤层压力通常在储层生产早期由试井确定。在储层生产早期由试井确定。一般用压力梯度来评价储层压力变化的大小。一般用压力梯度来评价储层压力变化的大小。所谓的压力梯度是指单位深度增加所引起的储所谓的压力梯度是指单位深度增加所引起的储层压力增大，即层压力增大，即Kpa/m。分类见。分类见4-2二、煤层瓦斯压力二、煤层瓦斯压力煤层瓦斯压力是指在煤矿开采条件下，在煤层瓦斯压力是指在煤矿开采条件下，在井下测得煤层孔隙中游离瓦斯的气体压力。井下测得煤层孔隙中游离瓦斯的气体压力。煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯含量的主要煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯含量的主要因素之一，当煤的吸附能力一定时，瓦斯因素之一，当煤的吸附能力一定时，瓦斯压力越高，煤层瓦斯含量也越高，压力越高，煤层瓦斯含量也越高，我国广泛采用从井下围岩巷道我国广泛采用从井下围岩巷道(石门或围岩石门或围岩钻场钻场)向煤层打钻孔测量瓦斯压力的方法，向煤层打钻孔测量瓦斯压力的方法，取得大量实测资料。取得大量实测资料。三、煤储层压力影响因素三、煤储层压力影响因素详见课本详见课本121页。页。第四节控制煤储层高渗透区的地质因素第四节控制煤储层高渗透区的地质因素一、中国煤储层渗透率测值的分布情况一、中国煤储层渗透率测值的分布情况二、控制煤层高渗透区的地质因素二、控制煤层高渗透区的地质因素 1、煤的变质程度及变质租用、煤的变质程度及变质租用 2、地质构造、地质构造 3、煤层埋藏深度、煤层埋藏深度 4、现代地质力场、现代地质力场