(全部)煤層氣課件

1、一，煤層氣勘探開發(fā)的意義1、能源意義煤層氣是一種新型的潔凈能源，其勘探開發(fā)可以彌補常規(guī)能源的不足。2、安全與減災的意義煤層氣，嚴重的影響著我國的煤礦生產(chǎn)安全。在煤炭開采前預先進行煤層氣抽采，有利于降低煤礦生產(chǎn)過程中的瓦斯災害事故。3、環(huán)境意義煤層氣開發(fā)降低了煤炭開采中的瓦斯排放，從而降低了由此產(chǎn)生的溫室效應。4，形成新的支柱產(chǎn)業(yè)煤層氣的利用并不僅僅在民用方面，已廣泛用于各種領域，如煤層氣發(fā)電、汽車燃料、鍋爐改造、工業(yè)用氣、煤化工項目等?？梢杂欣谒ダ厦旱V區(qū)轉業(yè)，發(fā)展新型的相關產(chǎn)業(yè)，緩解轉崗就業(yè)困難，成為新的經(jīng)濟增長5、巨大的經(jīng)濟意義通過采氣銷售直接獲取經(jīng)濟效益（目前煤層氣的井口價一般為11.5

2、元/m3），如果民用或發(fā)電，還可得到0.20.25元/m3的財政補貼，出售減排碳指標（CDM項目）可得到0.20.5元/m3。對瓦斯突出嚴重的礦井，采煤過程中的瓦斯治理費用在1020元/噸煤；同時突出礦井建設費用也遠遠高于一般礦井。地面煤層氣開發(fā)預先抽放了瓦斯，就可大大降低采煤過程中的瓦斯治理費用，晉煤集團的藍焰公司一直在堅持這一發(fā)展思路。預抽瓦斯，降低了煤礦瓦斯事故，由此產(chǎn)生顯著的社會效益。二，煤層氣生成過程1、泥炭化作用和成巖從成煤原始物質被埋藏開始至門限深度為止。地層條件：低溫（小于5060C）、低壓。鑒別指標：Ro小于0.5%。氣體成因：生物成因氣通過微生物的作用，使復雜的不溶有機質在

3、酶的作用下發(fā)酵變?yōu)榭扇苡袡C質，可溶有機質在產(chǎn)酸菌和產(chǎn)氫菌的作用下，變?yōu)閾]發(fā)性有機酸、H2和CO2;H2和CO2在甲烷菌作用下最 后生成CH4。2、變質作用階段地層條件：高溫（大于50）。鑒別指標：Ro大于0.5%。煤在溫度、壓力作用下發(fā)生一系列物理、化學變化的同時，也生成大量的氣態(tài)和液態(tài)物質。 由于煤隸屬III型干酪根，屬于傾氣性有機質，演化過程中形成的烴類以甲烷為主。氣體成因：熱成因氣三，煤層氣開發(fā)過程滲透率動態(tài)變化的影響 因素地質因素：地應力埋藏深度天然裂隙 煤體結構 儲層壓力 水文地質條件 流體介質 毛管力、賈敏效應等（在地面排水降壓開發(fā)煤層氣過程中，隨著水、氣的排出，一方面在地面排水降

4、壓開發(fā)煤層氣過程中，隨著水、氣的排出，一方面煤儲層內流體壓力降低，有效應力增大，滲透率降低（簡稱為負效應）煤儲層內流體壓力降低，有效應力增大，滲透率降低（簡稱為負效應） 另一方面煤基質收縮，滲透率增大（簡稱為正效應）煤基質收縮，滲透率增大（簡稱為正效 應）。這種正、負效應在煤層氣開發(fā)活動中，同時存在，同時發(fā)生，其綜合作用效果是煤層 氣持續(xù)開發(fā)和經(jīng)濟評價所要考慮的重要因素之一。）四，影響煤吸附能力的因素煤具有對煤層氣的吸附作用，其關鍵就在于煤表面具有一定的表面能， 具有把周圍介質中的 氣體分子吸到表面上的能力表面能的差異性決定了煤對氣體吸附能力的不同。 表面能越高, 煤吸附氣體的能力就越大。表面

5、能的大小又受控于煤的變質程度、煤體結構和組分等因素。五：控制煤層富集的地質因素煤自身吸附能力，構造熱演化，巖漿烘烤對煤層物性影響，越靠近侵入體，節(jié)理越發(fā)育，破碎越嚴重，孔隙 度與裂隙度越高。埋深與上覆有效地層厚度；覆地層厚度變薄，原始地層壓力降低，原始的吸附平衡狀態(tài)被 打破，煤層氣的解吸擴散作用發(fā)生，煤層的原始氣含量降低。這一含氣量的降低過程一直持 續(xù)到地殼相對穩(wěn)定， 風化剝蝕作用停止， 地層壓力保持不變， 或地殼開始下沉，沉積物開始 堆積，地層壓力開始上升為止。 此時，殘留于煤層之上的地層厚度即為煤層的上覆有效厚度。 圍巖物性；封閉機理-直接封閉 封閉機理-毛細管壓力封閉（物性封閉）層氣的富

6、氣程度與 蓋層厚度、物性封閉性有關 上覆層的砂泥比越小， 有含氣量增高的趨勢。 上覆層泥巖的發(fā) 育有利于煤層氣保存。地下水動力條件；地下水的補給、運移、滯留和排瀉是煤層氣運移或散失的動力。地下水滯留區(qū)是地下水運移的目的地，也是煤層氣運移的最終場所。構造特征；構造應力場與地質構造不僅直接控制煤層氣逸散通道的形成及發(fā)育程度，同時也影響封蓋層和煤儲層水力系統(tǒng)對煤層氣的封閉能力。六：煤層氣儲量的計算方法可采儲量 經(jīng)濟可采儲量 已開發(fā)經(jīng)濟可采儲量1，儲量起算條件，單井產(chǎn)量下限2，儲量估算單元與邊界，儲量計算單元一般以塊段為基本估算單元，縱向上一般以單一煤 層(組)為估算單元，對于勘查程度相同、儲層特點一

7、致、可合并開采的煤層可合并估算單 元，但煤層數(shù)據(jù)應分層統(tǒng)計。儲量估算單元的邊界，應在礦業(yè)權范圍內，由查明的各類地質 邊界，如斷層、煤層及煤類變化、含氣量下限、煤層凈厚下限(0.5 m-0.8 m)等確定，對煤層組估算單元的邊界可根據(jù)實際條件做適當調整；若未查明地質邊界，主要由達到產(chǎn)量下限的煤層氣井確定，也可由礦權區(qū)邊界、自然地理邊界或合理外推井控制儲量估算線等確定。3，計算單元劃分縱向上，以單一煤層或煤巖、煤質和煤體結構特征相近的煤層組為一個計算單元橫向上，以單一煤層底部或煤層組中部埋深線作為邊界劃分計算單元：風化帶1000m、10001500m、15002000m操作中，在風化帶1000m中

8、又以礦區(qū)深度為邊界劃分次級計算單元4、儲量估算方法體積法Gi = 0.01 A h D Cad式中：Gi-煤層氣地質儲量，108m3;A-煤層含氣面積，km2;h-煤層凈厚度，m ;D煤的容重，t/m3o類比法類比法主要利用與已開發(fā)煤層氣田(或相似儲層)的相關關系計算儲量。計算時要繪制出已開發(fā)區(qū)關于生產(chǎn)特性和儲量相關關系的典型曲線，求得計算區(qū)可類比的儲量參數(shù)再配合其它方法進行儲量計算。類比法可用于預測地質儲量的計算。七:鉆完井過程對煤層的潛在傷害及降低措施(1)煤強度的影響由于煤楊氏模量小，泊松比高，天然割理及節(jié)理發(fā)育，使煤的抗拉、抗壓強度比較 低。(2)正壓差傷害在正壓差作用下，鉆井液中的膠

9、體顆粒和其它細微顆粒被吸附在煤層氣的孔隙喉道上，鉆井液濾液的侵入又可能發(fā)生各種敏感性反應。(3)固相傷害鉆井液中所含固相顆粒分為粗粒(大于2000卩m)、中粗粒(250-2000卩m)、細粒(44-250卩m)、微粒(2-44卩m)和膠體顆粒(小于2卩m)。鉆井液中不同粒徑的固體顆粒， 特別是其中的微粒和膠體顆粒會沿著煤層的割理和孔隙進入 煤層，對煤層氣的運移通道產(chǎn)生填充和堵塞。(4)強親水傷害煤層氣儲層的低孔隙度、低滲透率、強親水性、大比表面積，造成了高束縛水飽和度。在儲層原始狀態(tài)下，原始含水飽和度一般低于束縛水飽和度。當使用水基鉆井液將煤儲層打開時，很強的毛細管作用力使地層強烈吸水，而正壓

10、差作用下的滲流則加劇了水侵深度，直到儲層吸水達到束縛水飽和度為止。水量增加形成的水膜將使煤層產(chǎn)生“水鎖”，造成永久性傷害。（2）措施1.若條件允許，應盡可能使用空氣、霧化空氣或泡沫進行鉆進；2.若要用鉆井液控制地層壓力，最好使用產(chǎn)出的地層水或是加有少量膨潤土（提高粘度）的清水；3.若采用泥漿鉆進，應使用低PH值（5.5-7.5）的非活性泥漿，要求低密度、低粘度、低失水量和低固 相含量的鉆井液較為適宜，并且要減少化學物質的加入4.平衡鉆進；5.對已傷害的儲層實施酸化處理八：常用煤層氣地質錄井方法及定義鉆時錄井系統(tǒng)地記錄鉆時并收集與其有關的各項數(shù)據(jù)、資料的全部工作過程。巖心錄井取煤層氣井巖心進行錄

11、井巖屑錄井獲取有代表性的巖屑進行錄井鉆井液錄井 鉆井液錄井-祝漿錄井根據(jù)泥漿性能的變化及槽面顯示，推斷井下是否鉆 遇油、氣、水層及特殊巖性的錄井方法。氣測錄井-直接測定鉆井液中可燃氣體含量的一種錄井方法其它錄井九：煤層氣井固井的目的及固井過程固井目的1： 封隔易塌、易漏等復雜地層，保證鉆井順利進行2:封隔氣水層，建立氣流出通道，防止產(chǎn)層間互竄：3:進行增產(chǎn)措施：4:安裝井口過程：下套管一一注水泥一一候凝一一檢測評價下完套管之后， 把水泥漿泵入套管內， 再用鉆井液把水泥漿頂替到管外環(huán)形空間設計位置的 作業(yè)稱之為注水泥。侯凝：注入井內的水泥漿要凝固并達到一定強度后才能進行后續(xù)的鉆井 施工或是其它施

12、工，因此，注水泥施工結束后，要等待水泥漿在井內凝固， 該過程稱為候凝 測井進行固井質量檢測和評價十：敘述煤層氣有利區(qū)塊的階梯優(yōu)選方法步驟第四章45頁開始由于目標區(qū)勘探研究的程度不同，目標區(qū)優(yōu)選排序應該是多層次的。 即根據(jù)不同勘探程度，采用能夠獲得的因素分層次來進行。研究程度高的目標區(qū)，可采用更多的因素。因此，優(yōu)選排序工作應是遞進的，即隨著優(yōu)選排序層次的上升，排序結果越來越接近實際情況。排序原則：先易后難、先富后貧、先大后小方法一：根據(jù)中國煤層氣勘探選區(qū)評價標準表優(yōu)選方法二：“一剔除三篩選排序法”。第一步關鍵參數(shù)一票否決利用“一票否決制”剔除不可能進行煤層氣勘探的區(qū)域第二步面積一資源豐度篩選主要

13、考慮目標區(qū)規(guī)模和資源量大小對目標區(qū)進行篩選，進一步從煤層氣資源的角度對目標區(qū)進行定量排序。排序時考慮的因素包括評價區(qū)面積、資源豐度、含氣量、含氣飽和度、煤階、儲層臨界解吸壓力。第三步滲透率篩選在該層次中采用滲透率作為關鍵因素，其它因素包括：煤級、孔隙、割理、裂隙發(fā)育程度、臨界解吸壓力等第四步產(chǎn)能篩選利用試氣產(chǎn)量作為主要參數(shù)， 考慮的其它因素包括： 資源豐度、含氣量、含氣飽和度、煤級、 滲透率、臨界解吸壓力等。第五步經(jīng)濟評價優(yōu)選對開發(fā)項目進行經(jīng)濟評價，主要考慮下游市場環(huán)境、投資規(guī)模、回收期、收益率方法三：評分法根據(jù)單層煤厚、含氣量、煤層埋深、煤層滲透率和煤層壓力等五項參數(shù)按下表賦分。方法四：關鍵

14、要素遞階優(yōu)選法通過地質風險分析，篩選出對不同層次評價單元煤層氣前景具有關鍵性控制作用的風險要素，進而按聚氣帶T目標區(qū)T靶區(qū)的遞階層次進行選區(qū)評價和優(yōu)選方法五：多層次模糊綜合評價方法十一：例舉5種以上煤層氣測井方法及原理第六章30頁開始電法測井：以測定巖、煤層的電學性質為基礎的測井方法。放射性測井：以巖石和煤層的核物理性質差異為基礎的測井方法。聲波測井（AC）利用聲波在不同介質中傳播時，速度、幅度及頻率的變化等聲學特性也不相同，來研究鉆井的地質剖面，判斷固井質量的一種測井方法。井溫測井：又稱熱測井，利用巖石具有不同熱導率來劃分巖層。根據(jù)熱源不同可以分為天然熱場法和人工熱場法兩類，包括研究地溫梯度

15、、 鉆孔內溫度變化規(guī)律研究地質構造、巖層性質，尋找有 益礦產(chǎn)（天然氣、地熱等）及檢查鉆孔技術狀況。井徑測井：測量鉆孔直徑的測井方法。 井徑測井儀是用來測量鉆孔直徑的。在未下套管的井中可以測量井徑不規(guī)則程度，提供下套管固井施工所需要的水泥用量參數(shù)；還可根據(jù)鉆孔的不規(guī)則形態(tài)，分析判斷地下巖層裂縫的發(fā)育程度和裂縫的方向。在套管受損壞的井中，可以測量套管損壞的位置和變形情況。十二：試井在煤層氣研究中的作用第七章23頁開始煤層氣試井在煤層氣勘探及產(chǎn)能預測方面，具有非常重要的作用。通過試井，可以獲得如下信息1）煤巖裂縫的有效滲透率測試煤層滲透率的方法有很多，但目前試井方法是唯一有效的。針對一般巖層，通過鉆

16、井取芯在室內測試，可以測得滲透率。 對于煤層，原則上也可以 室內測試，但由于煤芯易碎，取芯過程中幾乎無法保持原始狀態(tài)的裂縫， 進而影響測試值的 準確性測井方法要依賴于取芯法作出的圖版，由于取芯的可靠性受到限制，也會影響該方法的 測試結果。而試井求得的滲透率值，代表了在動態(tài)條件下流體通過區(qū)域的綜合值，基本能夠反映流 體在開采過程中的滲透性變化。2）平均儲層壓力儲層壓力是煤層氣開采過程中的關鍵參數(shù)，壓力的原始狀態(tài)，標志著煤層氣的原始吸附條件。壓力的不斷變化，預示著吸附條件的改變， 進而對煤層含氣性變化產(chǎn)生影響。而試井 是得到煤儲層壓力的唯一有效方法。3）煤層的傷害和改善煤層在鉆井完井過程中，會受到

17、某種程度的傷害，進而影響煤層氣的產(chǎn)出。試井資料獲 得的表皮因子S,可以定量評價地層被傷害的程度。若通過儲層強化措施，還可以通過S值的降低評價改造效果4）評價壓裂效果煤層氣井的壓裂作業(yè)會在井底形成大的裂縫，通過添加支撐劑。可以支撐壓開的裂縫，形成有效的流動通道。通過試井，可以測出支撐縫的長度和縫內的導流能力，從而對壓 裂效果進行評價。5）判斷煤層的連通性，求得連通參數(shù)受地質條件的影響。煤巖層內在各個方向的發(fā)育并非均質的，包括煤層氣的流通通道一裂縫。通過干擾試井。不僅可以評價儲層的連通性，還可以通過定量分析，求出井與井之間的連通滲透率K,以及連通的儲能參數(shù)hCt。而其他方法是不能夠獲取的。6）確定

18、排液的孔隙體積通過干擾試井，可以求出儲能參數(shù)hCt，在排除Ct的變化后，可以確定孔隙的體積值。7）分析裂縫發(fā)育的方向性煤層中裂縫的發(fā)育，往往具有方向性。在干擾試井中，采取井組的形式，在不同方向 布置多個干擾井井組，即可獲得不同方向的滲透性差，進而分析裂縫發(fā)育的方向性。8）探測煤巖層的流動邊界在煤巖層內，由于地質原因存在不滲透邊界時，通過試井方法，可以分析這個邊界距離井的距離，以及邊界的性質和組成形態(tài)十三：煤層氣井常用試井方法及定義第七章有6種試井方法1）注入壓降試井以恒定排量將水注入儲層，在井筒周圍形成水飽和狀態(tài)后關井。注入和關井階段都用 井下壓力計記錄井底壓力，根據(jù)注水排量和壓力數(shù)據(jù)可以求得

19、滲透率、儲存壓力等參數(shù)。進行注入（壓降）試井最關鍵的考慮因素是地層破裂壓力。如果在注入階段超過了破裂壓力，則計算出的滲透率偏高。2）段塞測試常用于評價飽和水且原始地層壓力低于靜水柱壓力的煤層。所謂“段塞”是指通過井 筒瞬時向儲層段注入水體或從井筒抽出一定體積的水體，引起水位隨時間的變化 （即壓力瞬變），然后測量恢復過程中壓力隨時間的變化，直至底層初始壓力，由此求取滲透率、精通 儲集系數(shù)和表皮系數(shù)，達到儲層評價的目的。段塞法首先用于評價水井，經(jīng)過工藝修改后用于油氣井，實質是鉆桿測試的一個特例。段塞測試就是通過鉆孔向儲層段注入或抽取一定量的流體，根據(jù)實測壓力曲線進行儲層參數(shù)計算。3）鉆桿地層測試鉆

20、桿底層測試（Drill Stem Testing, DST）也稱中途測試或地層測試，是指在鉆井過 程中對已鉆開的油氣層進行裸眼測試，或在完井之后對油氣層進行測試的總稱。通過鉆桿柱或油管柱將地層測試器下到待測層，進行不穩(wěn)定試井，取得產(chǎn)層的產(chǎn)量， 溫度和井底開關井時間-壓力曲線卡片，并取得流體樣本。通過分析解釋獲得動態(tài)條件下地層和流體的各種特 性參數(shù)。測試時通過地面控制閥實現(xiàn)地下的開井和關井，并測試其壓力變化， 一般要反復測量幾次。4）水罐測試利用重力進行進行的注入- 壓降試井方法。5）壓力恢復試井由于大多數(shù)煤層氣都采用了人工升舉手段，煤層氣井的壓力恢復試井很難進行。關井時提出舉升設備將使早期關井

21、數(shù)據(jù)無法得到。取而代之的方法是利用測液面，但其精度較低。6）干擾試井煤層氣井常用的干擾試井是注入干擾試井，與注入一一壓降試井相同。十四：壓裂液對儲層傷害的原因及類型原因：煤層本身的特性-煤的質軟、性脆、易造粉、煤層裂隙發(fā)育、物理化學變化敏感、 吸附性強、低壓低滲等特點；壓裂液帶來的外來物質所造成的傷害-水化學膨脹傷害、化 學傷害、膠液濾餅和膠液殘渣傷害等類型：吸附傷害（吸附膜傷害、吸附絮凝傷害）；堵塞傷害（煤粉堵塞傷害、膠液殘渣堵塞傷 害、雜物堵塞傷害）；水化膨脹傷害（遇水膨脹傷害、煤層水化傷害）；化學傷害十五：煤儲層孔隙成因類型及孔隙參數(shù)測試方法1原生孔：胞腔孔-成煤植物本身所具有的細胞結構

22、孔；屑間孔-毛皂屑體、惰屑體、殼屑體內部顆粒之間的孔：2:后生孔：角礫孔-煤受構造應力破壞而形成的角礫之間的孔；碎?？?煤受構造應力破壞而形成的碎粒之間的孔；淋濾孔-煤中經(jīng)流水淋濾作用而形成的孔：3:變質孔：氣孔煤變質過程中產(chǎn)生的氣體和氣體聚集形成的孔：4:礦物質孔：鑄膜孔-煤中礦物質在有機質中因硬度差異而鑄成的孔；溶蝕孔-可溶性礦物質在等期氣、水作用下受溶蝕而形成的孔；晶間孔-礦務晶粒之間的孔：5:測試方法：壓汞法、低溫氮吸附法、掃描電鏡研究煤孔隙結構、二氧化碳吸附法十六：支撐劑的選擇和壓裂效果的關系1支撐劑顆粒大小、外形對流通性的影響-滲透率隨顆粒大小變化而變化；顆粒越大，滲透率越大；反之

23、，顆粒越小，滲透率越小。2支撐劑用量及排列對流通性的影響-支撐劑用量超過一定程度后，產(chǎn)量并不隨加砂量的增加而成比例的提高。相反，由于用量過多，壓裂設備能力不易滿足要求，施工工藝復雜， 成本也高，是不合理的。3支撐劑強度對流通性的影響-在煤儲層較軟，地層壓力不太大時，硬的支撐劑在儲層中 會嵌入一定深度，因此，使用韌性可變形的支撐劑較好；在煤儲層堅硬時，用硬的支撐劑，在地層壓力不太大時，可起到支撐作用；當壓力超過一定程度時， 則會壓碎，不能很好的起到支撐作用，此時，應改為韌性支撐劑。4支撐劑的運行、沉積對流通性的影響-在垂直裂縫中，應先加入大顆粒砂子，之后加入小顆粒的砂子。在水平裂縫中，為提高井筒附近滲透率，應先加入小顆粒的支撐劑，后加入 大顆粒的支撐劑。十七：煤層氣產(chǎn)出機理第一階段：僅有壓降傳遞，無水