影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素.ppt
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1、影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素主要地质因素2011.3.影响煤层瓦斯赋存的影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素主要地质因素提 纲相关术语和知识;相关术语和知识;影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素:沉积环境及煤田地质史;煤层露头;埋藏沉积环境及煤田地质史;煤层露头;埋藏深度;煤层及其围岩的透气性;煤层倾角;深度;煤层及其围岩的透气性;煤层倾角;煤的变质程度;地质构造;水文地质条件;煤的变质程度;地质构造;水文地质条件;岩浆活动岩浆活动.相关术语和知识相关术语和知识 煤层瓦斯是与煤伴生,主要吸附在煤体或主要吸附在煤体或游离于煤及围岩空隙中以甲烷为主的可燃气游离于煤及围岩空隙中以
2、甲烷为主的可燃气态地质体,有时单独指甲烷。有时单独指甲烷。煤层是其主要储集层,故亦称煤层气,是不可再生的洁净能源。矿井瓦斯是指煤矿井采掘过程中从煤层、围岩、采空区释放出的,以及生产过程中产生的各种有害气体的总称,又称沼气,成分以甲烷(CH4)为主,还有CO2、N2、CO、H2S、SO2、H2、重烃等。相关术语和知识相关术语和知识 煤层瓦斯含量是指单位重量或体积煤中所含的瓦斯量(m3/t 或m3/m3)。矿井瓦斯涌出量是指在矿井生产过程在矿井生产过程中涌入采掘空间的瓦斯量。分别可用中涌入采掘空间的瓦斯量。分别可用绝绝对瓦斯涌出量对瓦斯涌出量(m3/min或或m3/d)和)和相对相对瓦斯涌出量瓦斯
3、涌出量(m3/t)表示。)表示。涌出量与煤层瓦斯含量正相关。涌出量与煤层瓦斯含量正相关。相关术语和知识相关术语和知识矿井瓦斯类型 显然,煤矿井采掘中瓦斯的涌出是不可避免的。涌出量通常与煤层瓦斯含量、压力;地应力及采掘应力;煤的物理力学性质等因素有关。涌出方式有:一般涌出、异常涌出和突、喷出。按矿井瓦斯涌出量和涌出方式可将矿井分为:瓦斯矿井;高瓦斯矿井;煤与瓦斯突出矿井。瓦斯突、喷出是煤层瓦斯的一种动力现象。相关术语和知识相关术语和知识煤层气地面预抽的意义 (1)减灾增效。通过一定时期的地面煤层气预抽采可有效降低开采煤层的瓦斯压力和含量,有效防止矿井瓦斯喷出、煤与瓦斯突出和瓦斯局部积聚、瓦斯爆炸
4、等瓦斯灾害;使矿井瓦斯涌出量降至可风排的程度;(2)提供洁净能源,缓解大气污染。(3)提高矿井备采地段的地质探明程度。相关术语和知识相关术语和知识煤的孔隙性、孔隙率煤的孔隙性、孔隙率 煤是一种多孔性、孔隙系统发达的可燃有机岩。煤是一种多孔性、孔隙系统发达的可燃有机岩。煤的孔隙性决定着煤吸附瓦斯的能力、煤的渗透性煤的孔隙性决定着煤吸附瓦斯的能力、煤的渗透性和强度等性质。煤中具有孔隙直径小至和强度等性质。煤中具有孔隙直径小至5 5 大至数百大至数百万万 的不同数量级的孔隙系统的不同数量级的孔隙系统(1=10(1=10m m)。按煤的组成及其结构性质,煤中孔隙可分为:按煤的组成及其结构性质,煤中孔隙
5、可分为:宏观孔隙宏观孔隙 (大孔大孔)1000 渗透容积渗透容积 显微孔隙显微孔隙 (过渡孔过渡孔)100-1000 扩散容积扩散容积 分子孔隙分子孔隙 (微孔微孔)100 吸附容积吸附容积孔隙率是煤中孔隙体积与实体煤体积之比率。煤孔隙率的大小与煤的变质程度有关。相关术语和知识相关术语和知识吸附性吸附性煤是一种很好的吸附剂。吸附作用是瓦斯分子在煤煤是一种很好的吸附剂。吸附作用是瓦斯分子在煤表面上凝结与蒸发的表面上凝结与蒸发的可逆可逆过程过程.煤吸附瓦斯量的多少主要取决于煤的煤吸附瓦斯量的多少主要取决于煤的变质程度变质程度,同,同时还取决于时还取决于瓦斯压力瓦斯压力、煤体温度煤体温度、煤中内在水
6、分煤中内在水分及及煤岩组分煤岩组分等。等。煤中瓦斯的赋存形态煤中瓦斯的赋存形态吸附态吸附态:以单分子薄膜形式凝聚在煤的微孔和超微:以单分子薄膜形式凝聚在煤的微孔和超微孔的表面上,孔的表面上,CH4分子和分子和C分子相互吸引的结果。分子相互吸引的结果。游离态游离态:自由充填在煤的小孔、中孔、大孔或裂隙:自由充填在煤的小孔、中孔、大孔或裂隙中的瓦斯,存在于渗透容积之中。中的瓦斯,存在于渗透容积之中。还应有还应有液态、固溶体液态、固溶体或或两相体两相体等。等。相关术语和知识相关术语和知识800-1000m采深的中等变质煤中各种瓦斯形态及构成表采深的中等变质煤中各种瓦斯形态及构成表相关术语和知识相关术
7、语和知识煤内瓦斯的存在状态示意图1-游离瓦斯;2-吸附瓦斯;3-吸收瓦斯;4-煤;5孔隙;通常,吸附瓦斯占通常,吸附瓦斯占80%-90%,微孔、,微孔、超微孔的内表面积高超微孔的内表面积高达达200m/g,吸附容,吸附容积相当大。积相当大。吸附与游离瓦斯依吸附与游离瓦斯依温压条件的变化处于温压条件的变化处于动平衡动平衡状态。状态。相关术语和知识相关术语和知识 瓦斯固溶态瓦斯固溶态瓦斯水化物瓦斯水化物瓦斯水化物瓦斯水化物(hydrate)(hydrate)是瓦斯和水所形成的类冰状固态是瓦斯和水所形成的类冰状固态是瓦斯和水所形成的类冰状固态是瓦斯和水所形成的类冰状固态化合物。化合物。化合物。化合物
8、。水化物通常是当温度低于水化物形成温度时而生成。水化物通常是当温度低于水化物形成温度时而生成。水化物通常是当温度低于水化物形成温度时而生成。水化物通常是当温度低于水化物形成温度时而生成。瓦斯水化物形成的主要条件是:瓦斯水化物形成的主要条件是:瓦斯水化物形成的主要条件是:瓦斯水化物形成的主要条件是:瓦斯含量处于近饱和状态瓦斯含量处于近饱和状态瓦斯含量处于近饱和状态瓦斯含量处于近饱和状态 ;足够高的压力和足够低的温度。足够高的压力和足够低的温度。足够高的压力和足够低的温度。足够高的压力和足够低的温度。瓦斯水化物(可燃冰)密度很大,有些呈固态。地质瓦斯水化物(可燃冰)密度很大,有些呈固态。地质瓦斯水
9、化物(可燃冰)密度很大,有些呈固态。地质瓦斯水化物(可燃冰)密度很大,有些呈固态。地质学家和石油开采工程师早就知道这种学家和石油开采工程师早就知道这种学家和石油开采工程师早就知道这种学家和石油开采工程师早就知道这种 冰原黄金冰原黄金冰原黄金冰原黄金 的的的的存在和价值,可是因为技术不够成熟,还不敢开采。存在和价值,可是因为技术不够成熟,还不敢开采。存在和价值,可是因为技术不够成熟,还不敢开采。存在和价值,可是因为技术不够成熟,还不敢开采。我国南海和东海均有发现,黄海水域也应有资源蕴藏。我国南海和东海均有发现,黄海水域也应有资源蕴藏。我国南海和东海均有发现,黄海水域也应有资源蕴藏。我国南海和东海
10、均有发现,黄海水域也应有资源蕴藏。相关术语和知识相关术语和知识2008年年11月,国土资源部在青海省月,国土资源部在青海省祁连山祁连山 南缘永久冻土带南缘永久冻土带(青海省天峻县木里镇,海拔青海省天峻县木里镇,海拔4062m)成功钻获天然气水合物成功钻获天然气水合物(可燃冰可燃冰)实物实物样品。样品。1m的可燃冰在常温常压下可释放的可燃冰在常温常压下可释放164m的天然气及的天然气及0.8m的淡水。的淡水。相关术语和知识相关术语和知识瓦斯压力、温度瓦斯压力、温度对瓦斯吸附的对瓦斯吸附的影响:影响:等温吸附试验等温吸附试验(试验温度为(试验温度为28,并采用,并采用平衡水分煤样平衡水分煤样和和3
11、0、40)结果:)结果:相关术语和知识相关术语和知识 除煤岩类型、煤阶、煤中水分含量对除煤岩类型、煤阶、煤中水分含量对煤的吸附能力有重要影响外。煤的吸附能力有重要影响外。瓦斯成分瓦斯成分对吸附也有影响。对吸附也有影响。对于指定的煤,在给对于指定的煤,在给定温度与瓦斯压力条件下,煤体对于二定温度与瓦斯压力条件下,煤体对于二氧化碳氧化碳(CO2)、甲烷、甲烷(CH4)和氮气和氮气(N2)的的吸附能力不同,其吸附能力大小关系为:吸附能力不同,其吸附能力大小关系为:CO2 CH4 N2。相关术语和知识相关术语和知识 吸附时间吸附时间 吸附时间吸附时间由罐装煤样解吸试验求得,定义为由罐装煤样解吸试验求得
12、,定义为实测气体体积累计达到实测气体体积累计达到63%所对应的时间。所对应的时间。显然,吸附时间短,则煤层气井有可能在短期显然,吸附时间短,则煤层气井有可能在短期内达到产能高峰,有利于缩短开发周期,但不内达到产能高峰,有利于缩短开发周期,但不利于煤层气井的长期稳产。利于煤层气井的长期稳产。煤层气的吸附时间变化较大。例如,美国圣煤层气的吸附时间变化较大。例如,美国圣胡安盆地、中阿巴拉契亚等为胡安盆地、中阿巴拉契亚等为1-5d,黑勇士盆,黑勇士盆地为地为1-30d,北阿巴拉契亚为,北阿巴拉契亚为80-100d,长短相,长短相差悬殊,最大值与最小值相差达差悬殊,最大值与最小值相差达100倍以上。倍以
13、上。相关术语和知识相关术语和知识 临界解吸压力临界解吸压力 临界解吸压力(临界解吸压力(Pcd)系指在等温曲线)系指在等温曲线上煤样实测含气量(上煤样实测含气量(Q)所对应的压力值。)所对应的压力值。煤层气煤层气临界解吸压力临界解吸压力与煤层瓦斯含量及与煤层瓦斯含量及吸附吸附解吸特性呈函数关系,是估算煤层解吸特性呈函数关系,是估算煤层瓦斯抽放率的重要参数。临界解吸压力与瓦斯抽放率的重要参数。临界解吸压力与储层压力之比(简称为储层压力之比(简称为临储压力比临储压力比)往往)往往决定了地面煤层气开采中排水降压的难易决定了地面煤层气开采中排水降压的难易程度。程度。相关术语和知识相关术语和知识 瓦斯的
14、解吸特性瓦斯的解吸特性 瓦斯解吸是煤中瓦斯由于储层压力降低,由吸附瓦斯解吸是煤中瓦斯由于储层压力降低,由吸附瓦斯转变成游离瓦斯的过程。在降压过程中,吸附瓦斯转变成游离瓦斯的过程。在降压过程中,吸附/解吸动态平衡的结果是造成瓦斯吸附量的减少。煤解吸动态平衡的结果是造成瓦斯吸附量的减少。煤储层解吸特性常用储层解吸特性常用解吸率和解吸速率解吸率和解吸速率来衡量。来衡量。我国现有煤层瓦斯含量资料多有我国现有煤层瓦斯含量资料多有4部分组成,即部分组成,即逸逸散量散量、现场两小时、现场两小时解吸量解吸量、真空、真空加热脱气量加热脱气量和和粉碎粉碎脱气量脱气量。逸散气量、解吸气量之和与总气量的体积。逸散气量
15、、解吸气量之和与总气量的体积百分比称为百分比称为可解吸率可解吸率。我国煤的吸附特性变化较大:我国煤的吸附特性变化较大:煤层甲烷解吸率变化于煤层甲烷解吸率变化于9.1%-59.0%之间。之间。解吸速率解吸速率往往采用往往采用吸附时间吸附时间来定量表示。来定量表示。影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素 沉积环境及煤田地质史沉积环境及煤田地质史 沉积环境沉积环境 沉积环境及其演化,影响着煤层围岩岩沉积环境及其演化,影响着煤层围岩岩性、厚度及其岩性组合特征。沉积相组合决定性、厚度及其岩性组合特征。沉积相组合决定了含煤岩系的岩性组合,而瓦斯的形成与保存了含煤岩系的岩性组合,而瓦斯
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