煤层气开发理论与技术概论.pptx

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1、1 1、煤层气的基本概念、煤层气的基本概念、煤层气的基本概念、煤层气的基本概念2 2、煤层气生成与储集、煤层气生成与储集、煤层气生成与储集、煤层气生成与储集3 3、煤层气储层改造技术、煤层气储层改造技术、煤层气储层改造技术、煤层气储层改造技术4 4、煤层气排采工艺技术、煤层气排采工艺技术、煤层气排采工艺技术、煤层气排采工艺技术5 5、排采废水处理、排采废水处理、排采废水处理、排采废水处理提提 纲纲第1页/共61页煤层气的基本概念煤层气的基本概念第2页/共61页 煤层气是指赋存于煤层及其围岩中的与煤炭共伴生的可燃烃类气体，煤层气是指赋存于煤层及其围岩中的与煤炭共伴生的可燃烃类气体，其主要气体组分

2、为甲烷（其主要气体组分为甲烷（CHCH4 4），是地史时期煤中有机质热演化生烃产物。），是地史时期煤中有机质热演化生烃产物。不同学者从不同的角度分别命名为煤层气、煤层甲烷等，常见的英文不同学者从不同的角度分别命名为煤层气、煤层甲烷等，常见的英文名称有名称有Coalbed MethaneCoalbed Methane、Coal Seams GasCoal Seams Gas等，一般缩写为等，一般缩写为CBMCBM。煤层气业。煤层气业内绝大多数学者普遍采用内绝大多数学者普遍采用 “煤层气（煤层气（煤层气（煤层气（Coalbed MethaneCoalbed MethaneCoalbed Metha

3、neCoalbed Methane）”。由于其由于其独特的赋存状态独特的赋存状态（以吸附态为主）、（以吸附态为主）、非常规储层非常规储层（典型的自生（典型的自生自储、多重孔渗的有机储层）和自储、多重孔渗的有机储层）和 特有的产出机理特有的产出机理（排水（排水降压降压采气），采气），因此被称之为非常规天然气（因此被称之为非常规天然气（Unconventionality Natural GasUnconventionality Natural Gas）。）。煤层气煤层气煤层气的基本概念煤层气的基本概念煤层气的基本概念煤层气的基本概念第3页/共61页油油 型型 气气煤煤 型型 气气煤层气与煤成气、煤

4、矿瓦斯关系示意图煤层气与煤成气、煤矿瓦斯关系示意图煤层气与煤成气、煤矿瓦斯关系示意图煤层气与煤成气、煤矿瓦斯关系示意图煤层气的基本概念煤层气的基本概念煤层气的基本概念煤层气的基本概念CMM煤煤 层层 气气CBMCBM煤煤 矿矿 瓦瓦 斯斯天然气天然气煤煤 成成 气气第4页/共61页 在在在在煤煤煤煤炭炭炭炭工工工工业业业业界界界界，通通通通常常常常将将将将涌涌涌涌入入入入煤煤煤煤矿矿矿矿巷巷巷巷道道道道内内内内的的的的煤煤煤煤层层层层气气气气称称称称之之之之为为为为煤煤煤煤矿矿矿矿瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯（GassyGassyGassyGassy），其其其其气气气气体体体体组组组组分分分分除除除除煤煤

5、煤煤层层层层气气气气组组组组分分分分外外外外，还还还还有有有有煤煤煤煤矿矿矿矿巷巷巷巷道道道道内内内内气气气气体体体体的的的的成成成成分分分分，如如如如氮氮氮氮气气气气（N N N N2 2 2 2）、二二二二氧氧氧氧化化化化碳碳碳碳（COCOCOCO2 2 2 2）等等等等空空空空气气气气组组组组分分分分以以以以及及及及一一一一氧氧氧氧化化化化碳碳碳碳（COCOCOCO）、二二二二氧氧氧氧化化化化硫硫硫硫（SOSOSOSO2 2 2 2）等等等等采采采采矿矿矿矿活活活活动动动动所所所所产产产产生的气体组分。生的气体组分。生的气体组分。生的气体组分。在在在在煤煤煤煤层层层层气气气气概概概概念念

6、念念引引引引进进进进初初初初期期期期，有有有有些些些些学学学学者者者者为为为为便便便便于于于于业业业业外外外外人人人人士士士士了了了了解解解解煤层气，通常在煤层气一词后加注煤层气，通常在煤层气一词后加注煤层气，通常在煤层气一词后加注煤层气，通常在煤层气一词后加注“俗称煤矿瓦斯俗称煤矿瓦斯俗称煤矿瓦斯俗称煤矿瓦斯”。近近近近年年年年来来来来，国国国国内内内内外外外外有有有有些些些些学学学学者者者者为为为为区区区区分分分分两两两两者者者者之之之之间间间间的的的的概概概概念念念念差差差差异异异异，将将将将通通通通过过过过煤煤煤煤矿矿矿矿井井井井下下下下抽抽抽抽放放放放（Gas Gas Gas Gas

7、 Drainage Drainage Drainage Drainage in-minein-minein-minein-mine）、采采采采动动动动区区区区（GOBGOBGOBGOB）抽抽抽抽放放放放或或或或废废废废弃弃弃弃矿矿矿矿井井井井（Abandoned Abandoned Abandoned Abandoned MinesMinesMinesMines）抽抽抽抽排排排排等等等等方方方方式式式式获获获获得的煤层气称之为得的煤层气称之为得的煤层气称之为得的煤层气称之为Coal Mine MethaneCoal Mine MethaneCoal Mine MethaneCoal Mine

8、Methane（缩写为（缩写为（缩写为（缩写为CMMCMMCMMCMM）。）。）。）。煤矿瓦斯煤矿瓦斯煤层气的基本概念煤层气的基本概念煤层气的基本概念煤层气的基本概念第5页/共61页煤层气与常规天然气组分对比表组分组分（体积含量）（体积含量）常规天然气常规天然气煤层气煤层气甲烷甲烷（%）93.297.593.297.596.6797.3396.6797.33乙烷乙烷（%）1.11.31.11.30 0丙烷丙烷（%）0.320.430.320.430 0异丁烷异丁烷（%）0.0250.0770.0250.0770 0正丁烷正丁烷（%）0.0210.0730.0210.0730 0异戊烷异戊烷（%

9、）0.0180.0290.0180.0290 0正戊烷正戊烷（%）0.0090.01840.0090.01840 0二氧化碳二氧化碳（%）0.0120.0190.0120.0190.240.290.240.29氮氮（%）0.250.44600.250.44603.092.383.092.38氧氧（%）0.0710.0920.0710.0920 0相对密度相对密度0.570.590.570.590.56640.56930.56640.5693煤层气与常规天然气组分对比表煤层气的基本概念煤层气的基本概念煤层气的基本概念煤层气的基本概念第6页/共61页煤层气生成与储集煤层气生成与储集1 1、煤层气的

10、生成、煤层气的生成2 2、煤层气的储集、煤层气的储集3 3、煤层气储层特征、煤层气储层特征第7页/共61页煤层气的生成煤层气的生成煤层气的生成煤层气的生成 原生生物气；原生生物气；原生生物气；原生生物气；热成因气；热成因气；热成因气；热成因气；次生生物气。次生生物气。次生生物气。次生生物气。第8页/共61页 泥炭在细菌的分解下可生成大量的生物成因甲烷，但由于泥炭化阶段，盖层条件泥炭在细菌的分解下可生成大量的生物成因甲烷，但由于泥炭化阶段，盖层条件主要为裸露的地表水，气体很容易扩散到大气层中，因此在这一阶段所生成的甲烷等主要为裸露的地表水，气体很容易扩散到大气层中，因此在这一阶段所生成的甲烷等气

11、体绝大部分无法保存。进入褐煤阶段仍然生成生物成因的甲烷，由于褐煤镜煤反射气体绝大部分无法保存。进入褐煤阶段仍然生成生物成因的甲烷，由于褐煤镜煤反射率为率为0.500.500.50 0.50.50.50.5时时，即即从从进进入入长长焰焰煤煤阶阶段段，一一直直到到无无烟烟煤煤、号号，煤煤层气生成量不断增加，在肥、焦煤和贫煤阶段生气量最大。层气生成量不断增加，在肥、焦煤和贫煤阶段生气量最大。在在煤煤化化作作用用的的进进程程中中，煤煤具具有有自自己己的的化化学学结结构构分分子子式式，从从褐褐煤煤无无烟烟煤煤的的变变化化中中，煤煤结结构构的的芳芳香香核核苯苯环环数数量量逐逐渐渐增增加加，纵纵向向堆堆砌砌

12、加加厚厚，排排列列顺顺序序化化，侧侧链链基基（主主要要为为烷烷基基）和和含含氧氧官官能能团团、含含氮氮硫硫官官能能团团，由由于于在在不不同同压压力力和和温温度度作作用下，不断分解、断裂，伴随产生烃类和非烃类气体。用下，不断分解、断裂，伴随产生烃类和非烃类气体。热成因气又分为热降解和热裂解两个阶段。热成因气又分为热降解和热裂解两个阶段。热成因气热成因气热成因气热成因气煤层气的生成煤层气的生成煤层气的生成煤层气的生成第10页/共61页 煤煤层层形形成成之之后后，被被抬抬升升或或隆隆起起时时，在在浅浅部部煤煤层层中中温温度度降降低低到到56565656以以下下，在在此此温温度度内内，生生成成甲甲烷烷

13、的的细细菌菌能能够够存存活活。这这些些细细菌菌由由地地表表水水与与地地下下水水交交换换，细细菌菌随随着着水水体体进进入入煤煤层层，并并发发生生新新陈陈代代谢谢活活动动，生生成成甲甲烷烷次次生生生生物物气气。由由于于我我国国对对煤煤层层甲甲烷烷的的稳稳定定碳碳同同位位素素研研究究不不够够，因因此此对对煤煤层层气气的的类类型型鉴鉴别别能能力力还还不不足足，也就是说还不能证实那些盆地有次生成因的生物气。也就是说还不能证实那些盆地有次生成因的生物气。但但从从目目前前资资料料分分析析，我我国国煤煤层层气气13131313C C C C1 1 1 1值值为为-66.3-66.3-66.3-66.3-13.

14、3-13.3-13.3-13.3看看，煤煤层层中中存存在在生生物物气气，而而它它们们是是早早期期菌菌解解生生物物气气还还是是次次生生生生物物气气还还有有待待证证实实。不不过过本本次次评评价价的的煤煤级级为为长长焰焰煤煤无无烟烟煤煤、号号，一一般般是是不不含含早早期期菌菌解解生生物物气气的的，因因此此13131313C C C C1 1 1 1-58-58-58)线性胶线性胶线性胶线性胶 交联冻胶交联冻胶交联冻胶交联冻胶 清水清水清水清水(弱弱弱弱)表面表面表面表面/界面张力界面张力界面张力界面张力:线性胶最大线性胶最大线性胶最大线性胶最大 活性水其次活性水其次活性水其次活性水其次 交联冻胶最小

15、交联冻胶最小交联冻胶最小交联冻胶最小吸附速度吸附速度吸附速度吸附速度:活性水最快活性水最快活性水最快活性水最快 线性胶线性胶线性胶线性胶 交联冻胶最慢交联冻胶最慢交联冻胶最慢交联冻胶最慢 7.773107.773107.773107.77310-6-6-6-6g g g g2 2 2 2/s 3.72110/s 3.72110/s 3.72110/s 3.72110-6-6-6-6g g g g2 2 2 2/s 1.78710/s 1.78710/s 1.78710/s 1.78710-6-6-6-6g g g g2 2 2 2/s/s/s/s携砂能力携砂能力携砂能力携砂能力:交联冻胶交联冻

16、胶交联冻胶交联冻胶(强强强强)线性胶线性胶线性胶线性胶 活性水活性水活性水活性水(弱弱弱弱)滤失性能滤失性能滤失性能滤失性能:线性胶线性胶线性胶线性胶 较较较较 交联冻胶交联冻胶交联冻胶交联冻胶 大一个数量级大一个数量级大一个数量级大一个数量级破胶后残渣破胶后残渣破胶后残渣破胶后残渣:线性胶线性胶线性胶线性胶(249mg/L)(249mg/L)低于低于低于低于 交联冻胶交联冻胶交联冻胶交联冻胶(294mg/L)(294mg/L)大大低于石油标准大大低于石油标准大大低于石油标准大大低于石油标准(500mg/L)(500mg/L)伤害率伤害率伤害率伤害率:交联交联冻胶冻胶(88.02%)(88.0

17、2%)线性胶线性胶(57.18%)(57.18%)活性水活性水(11.88%)(11.88%)三种压裂液的性能特点三种压裂液的性能特点三种压裂液的性能特点三种压裂液的性能特点第37页/共61页枣园井组压裂方案示意图枣园井组压裂方案示意图第38页/共61页 第39页/共61页 第40页/共61页 第41页/共61页加砂规模：不低于610m3/m煤加砂强度（平均体积比）：活性水压裂砂比15%；胶液压裂砂比25%。压裂施工排量压裂施工排量活性水：6.57.5m3/min；胶液：4.55.5m3/min。压裂技术方案压裂技术方案压裂技术方案压裂技术方案第42页/共61页煤层气储层压裂裂缝形态煤层气储层

18、压裂裂缝形态煤层气储层压裂裂缝形态煤层气储层压裂裂缝形态第43页/共61页煤煤煤煤层层层层气气气气储储储储层层层层压压压压裂裂裂裂裂裂裂裂缝缝缝缝形形形形态态态态第44页/共61页煤层气储层压裂裂缝形态煤层气储层压裂裂缝形态煤层气储层压裂裂缝形态煤层气储层压裂裂缝形态第45页/共61页1 1、排采设备及其组合、排采设备及其组合2 2、排采作业、排采作业3 3、排采工作制度、排采工作制度煤层气排采工艺技术煤层气排采工艺技术第46页/共61页排采设备及其组合排采设备及其组合排采设备及其组合排采设备及其组合 煤煤层层气气井井的的排排采采设设备备选选择择是是保保障障煤煤层层气气井井长长期期、稳稳定定和

19、和连连续排采的前提条件。续排采的前提条件。首首先先排排采采设设备备必必须须性性能能可可靠靠，持持久久耐耐用用，节节能能低低耗耗，易易于于维修保养。维修保养。其其次次，要要有有从从低低排排量量到到高高排排量量较较大大范范围围内内的的排排液液能能力力与与控控制制排排液液能能力力，还还要要有有较较强强的的和和较较灵灵敏敏的的井井口口及及产产气气系系统统的的压压力力控制能力。控制能力。煤层气井的排采设备可分为煤层气井的排采设备可分为地面设备和和井下设备。第47页/共61页排采设备及其组合排采设备及其组合排采设备及其组合排采设备及其组合点火装置立式气水分离器 800 2500mm额定工作压力 1.60M

20、Pa第48页/共61页排采设备及其组合排采设备及其组合排采设备及其组合排采设备及其组合第49页/共61页下入带有油管锚的下入带有油管锚的 2 7/82 7/8”的油管。的油管。将油管锚放置在射孔段之上，并在射将油管锚放置在射孔段之上，并在射孔段之下挂尾管，以避免气锁。孔段之下挂尾管，以避免气锁。煤层排采作业排采作业排采作业排采作业第50页/共61页煤层下入抽油泵和抽油杆等开泵进行排采排采作业排采作业排采作业排采作业第51页/共61页煤层正常排采正常排采正常排采正常排采第52页/共61页煤层正常排采正常排采正常排采正常排采第53页/共61页煤层正常排采正常排采正常排采正常排采第54页/共61页煤

21、层正常排采正常排采正常排采正常排采第55页/共61页煤层正常排采正常排采正常排采正常排采第56页/共61页排采工作制度排采工作制度排采工作制度排采工作制度 煤煤层层气气井井排排采采工工作作制制度度是是指指为为适适应应煤煤层层气气井井储储层层地地质质特特征征和和满满足足生生产产需需要要时时的的产产量量和和压压力力应应遵遵循循的的关系。排采工作制度主要分以下几种：关系。排采工作制度主要分以下几种：（1 1）定压排采）定压排采定井底压差定井底压差 定井口压力定井口压力（2 2）定产排采）定产排采第57页/共61页排采工作制度排采工作制度排采工作制度排采工作制度定压第58页/共61页排采工作制度排采工作制度排采工作制度排采工作制度定产第59页/共61页谢谢！谢谢！第60页/共61页感谢您的观看！第61页/共61页