【煤层气技术】煤层气技术概述1.ppt

内容提纲,一 勘探开发煤层气的意义二 勘探开发及资源现状三 煤层气基本特点四 基本勘探程序五 勘探、开发与集输技术,煤层气是一种洁净的能源资源。通过防治与利用，把安全和生产统一于科技进步和先进生产力之中，从而达到解放生产力、保护生命、保护资源、保护环境的目的 属于非常规天然气资源 是我国常规天然气资源的战略接替能源,勘探开发煤层气的意义,国家十分重视煤层气的开发利用,勘探开发煤层气的意义,温家宝总理明确提出：“开发和利用煤层气既可治理瓦斯，又可利用能源，一举两得，应该加大科研、勘探、开发的力度。请发改委研究、制定规划和措施。”,为煤层气产业的发展指明了新的方向和机遇：既要开发新能源，又要兼顾瓦斯治理,国家十分重视煤层气的开发利用,勘探开发煤层气的意义,勘探开发煤层气的意义,国家出台了一系列鼓励煤层气开发利用的优惠政策,勘探开发煤层气的意义,据预测，2010、2020、2030、2050年，我国天然气供需缺口分别为268、830、1515、2080亿m3我国常规天然气可采资源量为22万亿m3，我国煤层气可采资源量为10万亿m32010年，我国煤层气产量将达到100亿m3，将弥补当年天然气供需缺口的37.3%。2020年将达到300亿m3，弥补当年天然气供需缺口的36.1%煤层气是可以有效弥补我国天然气供需缺口的最现实的非常规天然气资源,弥补我国天然气供需缺口,勘探开发煤层气的意义,可以从根本上降低煤层中的甲烷含量、采煤巷道中的甲烷浓度，杜绝或大幅度减少煤矿瓦斯事故，减少经济损失，延长煤矿安全生产的周期，提高经济效益。,我国煤矿发生的重大、特大生产事故，80%以上都是瓦斯事故。每年因瓦斯爆炸死亡约2000人。我国高瓦斯矿井和瓦斯突出矿井占46%。先采气，后采煤，可以使煤矿瓦斯涌出量降低70-85。我国每年因瓦斯爆炸死亡约2000人，占煤炭行业工伤事故死亡人数的30%40%。据近15年统计，直接经济损失超过500亿元。2004.10-2005.4，四起特大矿难死626人，仅西部就死亡198人；2004年我国煤矿工伤死亡6000人，占世界的80%。,勘探开发煤层气的意义,开发利用煤层气，有效减少甲烷排放体，有利于环境可持续发展，创造巨大的社会效益,甲烷是“温室气体”90年代中国因采煤每年向大气排放的甲烷气体约190亿立方米，居世界第一，占世界采煤排放甲烷总量的1/3，约占我国工业生产中甲烷排放量的三分一，已引起国际社会的普遍关注。近年来煤炭产量剧增，这一问题更加突出联合国气候变化框架公约下的京都议定书 中国是该公约第37个签约国，2005年2月16日，京都议定书正式生效,勘探开发煤层气的意义,采煤之前先开采利用煤层气，可以有效避免煤炭生产过程中的甲烷排放，变废为宝，避免资源浪费国办发200647号文中明确规定：“限制企业直接向大气中排放煤层气”2007年5月30日由国务院颁布实施的中国应对气候变化国家方案中明确将煤层气的开发利用作为防止环境污染的重要手段，应最大限度地减少煤炭生产过程中的能源浪费和甲烷排放通过发展煤层气产业，预计2010年可减少甲烷温室气体排放约2亿吨二氧化碳当量,有效减排甲烷温室气体，变废为宝,勘探开发煤层气的意义,内容提纲,一 勘探开发煤层气的意义二 勘探开发及资源现状三 煤层气基本特点四 基本勘探程序五 勘探、开发与集输技术,12,美国,全球有17个国家开展煤层气业务 2008年，全球煤层气产量近720亿方 2008年，美国煤层气产量560亿方,勘探开发及资源现状,美 国,13,2008年，加拿大煤层气产量55亿方,勘探开发及资源现状,加拿大,14,澳大利亚,2008年，澳大利亚煤层气产量30亿方,勘探开发及资源现状,澳大利亚,勘探开发及资源现状,我国在很多地区进行了煤层气生产试验 仅在少数地区获得煤层气产量,截至2009年底，中国年产量约10亿方（据国家能源局）,勘探开发及资源现状,中 国,全国煤层气总资源量36.8万亿方，主要分布在8个盆地,中国煤层气资源分布图,勘探开发及资源现状,资源丰富，勘探开发前景广阔 勘探资源量探明储量可采储量产量资产效益,全国新一轮资源评价，煤层气资源量36.8万亿立方米，可采资源量为11.0万亿立方米。,基本特点与勘探现状,中国煤层气资源分布及特点,勘探开发及资源现状,中国煤层气资源分布及特点,勘探开发及资源现状,中国煤层气资源分布及特点,勘探开发及资源现状,中国煤层气资源分布及特点,勘探开发及资源现状,截止2009年底，全国煤层气探明储量1852.4亿立方米 资源探明程度低，仅占总资源量的0.8%,中国煤层气探明储量一览表,勘探开发及资源现状,内容提纲,一 勘探开发煤层气的意义二 勘探开发现状三 煤层气基本特点四 基本勘探程序五 勘探、开发与集输技术,煤层气（Coalbed methane,俗称瓦斯）是指赋存在煤层中以吸附在煤基质颗粒表面为主，部分游离于煤孔隙体积或溶解于煤层水中以甲烷为主要成分的烃类气体。,煤层气基本特点,煤化作用中形成的天然气，甲烷含量90%以上；三种储存状态：吸附态；游离态；水溶态当生烃量增大或外界条件改变时，三种储存形式可以相互转化。,煤层气勘探指在综合分析地质资料的基础上，利用物探、钻井以及生产试验等手段，调查地下煤层气资源赋存条件、赋存数量的评价研究和工程实施过程。,煤层气基本特点,煤层气资源是指以地下煤层为储集层且具有经济意义的煤层气富集体。其数量表述分为资源量和储量。,煤层气基本特点,煤层气基本特点,割理煤中的裂缝。是煤化作用的结果。割理是煤层中流体的渗流通道。包括端割理和面割理。,煤层气基本特点,面割理可以延伸很远；端割理仅发育在两条面割理之间,煤层气基本特点,成煤过程中，煤基质收缩、掩埋、抬升、外力作用，产生裂缝组，即面割理和端割理。面割理和端割理两者近垂直。面割理基本是连续的，端割理终止于面割理。,煤层气基本特点,煤岩类型不同，割理裂隙发育程度差别很大,煤层气基本特点,煤样品的轴向切片扫描图,煤质越好，面割理和端割理就越发育。煤质越好，面割理和端割理形成网状系统。利于气体渗流,煤层气基本特点,暗煤 亮条带煤 半亮煤,煤层气形成的机理,煤中各种有机组分在地层温度、压力作用下，发生生物、化学作用，产生甲烷、二氧化碳、氮气和少量重烃等。,煤层气生成模式示意图,煤层气基本特点,35,煤层气具有独特的赋存机理与常规天然气在烃源、成藏、开采等方面不同,煤层气与常规天然气比较,煤层气基本特点,煤层气产出机理,煤层气基本特点,天然气井初始产量高，衰减快 煤层气初期产量低，气井服务年限长,煤层气井产气特点,煤层气基本特点,煤层气基本特点,煤层气井生产曲线,美国圣胡安煤层气田,煤层气基本特点,实际生产曲线,内容提纲,一 勘探开发煤层气的意义二 勘探开发现状三 煤层气基本特点四 基本勘探程序五 勘探、开发与集输技术,选区阶段,煤层气勘探一般包括2个阶段：选区和勘探阶段。,基本勘探程序,选区阶段解决的地质问题 1.勘查工作区的岩石时代、岩性、厚度、埋藏深度、岩相及其分布情况，建立地层剖面。2.区域构造单元划分，区域构造发育史，主要的二级构造单元，上、下构造层之间的关系，以及主要断裂情况。3.含煤地层的分布范围、组合情况、煤层层数、煤层一般厚度、埋藏深度。初步评价工作区可采煤层的稳定程度。4.矿井瓦斯涌出情况，煤层一般含气性及封盖条件。5.煤岩、煤质的一般特征。6.地面、地下的气、水显示情况，气、水的物理化学性质，区域水文地质条件。7.含煤层气远景。,基本勘探程序,勘探阶段,基本勘探程序,区域勘探阶段地质任务(1)初步查明构造类型、构造要素、构造发育史，主要的二级构造单元，上、下构造层之间的关系，及主要断裂分布情况。(2)初步查明区域水文地质情况。(3)初步查明煤层厚度、深度、取芯资料，煤层的物理、化学性质，煤岩、煤质特征。(4)初步查明煤储层物性、压力、地应力、地温等，研究其变化规律。(5)初步查明煤层顶底板岩性和含水性、孔隙度、渗透率特征及其力学性质。(6)初步查明煤层含气性、含气饱和度、等温吸附特征、气体分布特征和封盖条件。(7)初步预测采收率,基本勘探程序,预探阶段地质任务(1)基本掌握煤储层增产措施、工艺和参数。(2)基本掌握各主要目的层的产气量、产水量及其随时间变化规律。(3)基本掌握煤层气井排采工作制度。(4)基本掌握气体、地层水的物理化学性质，组成成分及其变化情况。(5)基本掌握地层温度、压力及各产气层段的压力系统变化情况。(6)预测产能。,基本勘探程序,评价勘探阶段的地质任务(1)确定合理的井网密度、井网形态。(2)详细查明井底压力、温度分布、井间压力传递情况、压力波及范围。(3)详细查明中心井与边缘井的气产量、水产量及变化情况。(4)系统采集井组（或水平井）动态生产数据。(5)掌握煤储层的产能、气体可采性、服务年限及采收率等。,基本勘探程序,勘查技术 1、根据勘查区的地质条件，有选择地开展非地震物探、化探或地震勘查工作，对井位进行优选。2、根据勘查区及其周围的已有资料，编制勘查部署方案，并再次优选参数井（资料井）井位。3、钻井地质设计、工程施工设计和取心设计。4、钻井：获取地层层序、深度、厚度数据；获取煤层层数、深度、厚度数据；煤层及其顶、底板岩性和物性。有夹矸煤层厚度的确定方法参照DZ/T 02152002。,基本勘探程序,勘查技术5、录井：按照设计要求，进行地质录井、气测录井等录井工作。6、取心：按设计技术要求选用绳索式半合管取心工具快速取心和密封。煤层取心率要求见DZ/T 02162002。7、测井：应用行业中较先进的数字测井技术，获取地层、煤层深度、厚度和其它电性参数；检查固井质量。测井项目一般包括双侧向、微球聚焦、自然电位、自然伽玛、双井径、补偿密度、补偿中子、补偿声波、声波时差、声波密度、井斜、井温、磁定位等。8、试井：应进行注入/压降法试井，获取煤层渗透率、储层压力等储层参数。,基本勘探程序,勘查技术9、煤的工业分析方法见GB 21291；煤层含气量测定方法见GB/T 195592004；煤的等温吸附试验方法见GB/T 195602004；气体组分分析方法见GB/T 1361092。10、根据煤层深度、煤层厚度、含气性和储层物性等地质参数优选煤层气预探井，采用相应的技术，进行煤层气井排采试验。11、根据煤层气井连续试采情况，确定下一步生产试验井的部署、钻探和连续试采工作。12、按照规范要求，对达到储量计算条件的勘查目标区，计算地质储量和相应的可采储量。13、通过煤储层数值模拟，进行井网优化、产能预测、采收率预测；进行煤层气开发规模和潜力量化评价。,基本勘探程序,内容提纲,一 勘探开发煤层气的意义二 勘探开发现状三 煤层气基本特点四 基本勘探程序五 勘探、开发与集输技术,煤层气勘探、开发与集输技术,1、地质评价及储量评估技术,1、地质评价及储量评估技术,构造地质研究 沉积相研究 水文地质研究 煤岩煤质特征 煤储层物性研究 评价选区技术 高渗富集区预测 储量计算技术 开发地质研究 开发技术方案,综合地质评价研究是煤层气勘探开发工作地基础,煤层气选区评价指标分级参数,煤层气勘探、开发与集输技术,1、地质评价及储量评估技术,煤层气勘探、开发与集输技术,1、地质评价及储量评估技术,掌握煤岩描述要求,煤层气勘探、开发与集输技术,1、地质评价及储量评估技术,掌握一些煤岩学方面的知识,煤层气勘探、开发与集输技术,1、地质评价及储量评估技术,有必要了解一些煤层气数值模拟方面的基础知识,煤层气勘探、开发与集输技术,煤层气资源/储量分类与分级体系,1、地质评价及储量评估技术,煤层气资源/储量规范DZ/T 0216-2002,煤层气勘探、开发与集输技术,1、地质评价及储量评估技术,煤层气勘探、开发与集输技术,煤层气资源量是指根据一定的地质和工程依据估算的赋存于煤层中，当前可开采或未来可能开采的，具有现实经济意义和潜在经济意义的煤层气数量。煤层气地质储量是指在原始状态下，赋存于已发现的具有明确计算边界的煤层气藏中的煤层气总量。,1、地质评价及储量评估技术,煤层气勘探、开发与集输技术,理论上，煤层气由吸附气、游离气和溶解气三部分组成。由于甲烷水溶解度很低，溶解气量占总气量份额很小。忽略不计。煤层割理发育的过饱和煤层，储量计算应同时考虑吸附气和游离气。反之，仅考虑吸附气。我国多数煤层为低渗、低饱和，目前仅计算吸附气储量。,1、地质评价及储量评估技术,煤层气勘探、开发与集输技术,1、地质评价及储量评估技术,煤层气勘探、开发与集输技术,体积法地质储量采用体积法计算；可采储量采用综合确定的采收率计算。体积法地质储量计算公式：Gi=A h D C Gi-煤层气地质储量，m3 A-含气面积，m2 h-煤层厚度，m D-煤体容重，t/m3 C-煤层含气量，m3/t 可采储量计算公式：Gr=Gi Rf Gr-煤层气可采储量，m3 Rf-采收率，%,1、地质评价及储量评估技术,煤层气勘探、开发与集输技术,数值模拟法煤层气模拟软件：Comet-II、COALGAS、ECLIPSE、CMG等。技术步骤：模型建立；敏感性分析；历史拟合；累积产气量预测曲线。对储层参数和生产数据进行拟合匹配，获得气井预测产量。求取采收率，计算可采储量。,1、地质评价及储量评估技术,煤层气勘探、开发与集输技术,式中：Bw地层水体积；Cw地层水压缩率，Mpa-1；Cf煤层基质体积压缩率，Mpa-1；C孔隙体积压缩率，Mpa-1；CvL兰氏体积常数，m3/m3；P地层压力，Mpa；Pi原始地层压力，Mpa；PL兰氏压力，Mpa；Psc标准压力，Mpa；Sw平均水饱和度，%；Swi初始水饱和度，%；T储层温度，K；Tsc标准温度，K；Vb2次生孔隙体积，m3；We侵水体积，m3；WP产出水体积，m3；z气体因子，无量纲；zSC标准因子，无量纲；z*非常规气藏气体因子，无量纲；孔隙度，%；i初始孔隙度，%；mP/Z*的斜率，m3/Mpa；C3换算系数。,物质平衡法,1、地质评价及储量评估技术,煤层气勘探、开发与集输技术,物质平衡法计算示例,150psi(相当于废弃压力1MPa),煤层气勘探、开发与集输技术,产量递减法,1、地质评价及储量评估技术,煤层气勘探、开发与集输技术,1、地质评价及储量评估技术,形成包括报告、附图、附表的储量报告,煤层气勘探、开发与集输技术,单条测井曲线质量验收评级标准,4、煤层气测井技术,煤层气勘探、开发与集输技术,2、煤层气测试分析技术,煤层取芯,(1)绳索式半合管取芯工具。(2)煤芯直径60mm。(3)取芯钻具组合：215mm取芯钻头+178mm取芯工具+177.8mm钻 铤(内径95mm)+127mm钻杆(内 径95mm)+133.3mm方钻杆。(4)解吸罐：0.2Mpa，12小时。不漏气。(5)每罐装样不少于800g。(6)割芯到提升到井口时间：H500m，提芯时间10分钟；500m-1000m，提芯时间20分钟；1000m，提芯时间30分钟。(7)到达地面，10分钟内装入解吸罐密封。,2、煤层气测试分析技术,煤层气勘探、开发与集输技术,煤层气成藏模拟装置,煤层气高温高压吸附测试装置,煤层气实验技术需要测定煤层含气性、评价储层物性、模拟气藏形成、破坏和再造的整个过程，研究煤层气在热演化过程中吸附能力的变化规律，开采过程中煤层物性的变化规律，水动力对煤层气藏的控制作用 主要实验技术：含气量测试技术等温吸附测试技术煤储层物性分析技术煤层压裂伤害测试技术,2、煤层气测试分析技术,煤层气勘探、开发与集输技术,煤储层参数测定方法,2、煤层气测试分析技术,煤层气勘探、开发与集输技术,煤层气流动、吸附实验室设备,2、煤层气测试分析技术,煤层气勘探、开发与集输技术,解吸渗流实验,不同温度、围压下渗流实验，总结温度和围压变化对煤层气渗流规律的影响，建立统一的煤层气渗流方程。,2、煤层气测试分析技术,煤层气勘探、开发与集输技术,储集能力测定采用兰格缪尔等温吸附定律测定：V=VL/PL+P V-吸附量；P-压力；VL-兰氏体积；PL-兰氏压力。含气量测定采用间接法，通过等温吸附实验获取。渗透率测定一般采用试井结果。有钻杆测试法、段塞测试法、注入/压降测试法、水箱测试法、多井干扰测试法。,2、煤层气测试分析技术,煤层气勘探、开发与集输技术,等温度吸附曲线,2、煤层气测试分析技术,煤层气勘探、开发与集输技术,3、煤层气地震勘探技术,3、煤层气地震勘探技术,地震勘探是利用地壳中岩（矿）石波阻抗等物理性质的差异来研究地质构造或者探测地下矿产的一门学科。地震勘探主要利用人工激发震源在地面激发地震波，入射到地层波阻抗界面反射回到地表，并被地表地震检波器和地震仪器接收记录。主要依据煤层低密度、低速度，沉积相对稳定，与围岩之间存在着较大的波阻抗差异，因而能形成能量强、连续性好、信噪比高的反射波。,地震勘探的基本原理,煤层气勘探、开发与集输技术,地震勘探的实施过程,野外数据采集：布置地震测线和野外仪器，激发地震波，获得野外地震数据的磁带和野外地震监测记录地震资料处理：利用计算机和专用软件数据处理程序对野外采集的数据进行资料处理，获得用于地质解释的地震时间剖面地震资料解释：运用地震波传播的理论和煤田地质学的原理，综合地质、钻探和其他资料，对地震时间剖面进行研究分析，对各反射层相当的地层做出正确的判断，对目的层地质构造进行解释，绘制各种地震解释图件,3、煤层气地震勘探技术,煤层气勘探、开发与集输技术,识别煤层，并查明主要目的煤层的几何形态、平面展布范围以及与煤层相关的构造发育情况查明煤层中裂缝或者割理发育情况查明煤层中流体（水、气）的特征及其富集规律,煤层气地震勘探的任务,3、煤层气地震勘探技术,煤层气勘探、开发与集输技术,3、煤层气地震勘探技术,煤层气勘探、开发与集输技术,煤层电性曲线表现为三高二低的特点：高补偿中子、较高的声波时差、高电阻率、低密度值、低于砂岩，高于灰岩、白云岩等的自然伽马值,由于声波时差和密度值与围岩的差异，具有一定厚度的煤层都能与围岩产生一定的波阻抗差，从而在剖面上形成强的反射同相轴,层位标定,3、煤层气地震勘探技术,煤层气勘探、开发与集输技术,层位标定,3、煤层气地震勘探技术,煤层气勘探、开发与集输技术,