煤层气开发理论与技术ppt课件.ppt

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1、2015年12月16日,煤层气开发理论与技术概论,主 要 内 容,一、煤层气开发的意义二、煤层气的物质组成与性质三、我国煤层气资源分布与地质条件四、我国煤层气勘探开发现状五、煤层气赋存特征与产出机理六、煤层气开发技术,一、煤层气开发的意义,1、弥补我国天然气供需缺口2、减轻矿井灾害程度3、降低煤矿开采成本4、保护环境,主 要 内 容,一、煤层气开发的意义二、煤层气的物质组成与性质三、我国煤层气资源分布与地质条件四、我国煤层气勘探开发现状五、煤层气赋存特征与产出机理六、煤层气开发技术,二、煤层气的物质组成与性质,1.三个基本概念,煤层气：是指赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为

2、主并部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，其成分以甲烷为主，往往将其简称为煤层甲烷。瓦斯：赋存在煤层中的煤层气与采动影响带中的煤成（层）气、采空区的煤型气及采掘活动过程中新生成的各种气体的总称煤型气：是指含煤地层中煤和分散有机质，在成岩和煤化过程中形成的天然气，以游离状态、吸附状态和溶解状态赋存于煤层和其它岩层内。其中赋存在煤层中，成分以甲烷为主的煤型气称为煤层气或煤层甲烷，赋存在围岩中的煤型气称为煤成气。,1）烃类气体 甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷。干气（贫气）：CH495%或 C2+%5%C1/C1 5值大于99%，为特别干的气体，95%99%为干气，85%95%为湿气，小于85

3、%，为特别湿的气体。,二、煤层气的物质组成与性质,2.煤层气的化学组成,2）非烃类气体 氮气、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、微量的惰性气体,HP5889色谱仪,二、煤层气的物质组成与性质,3.煤层气的成因,1）生物降解煤层气 泥炭褐煤阶段 Ro,max0.5%2）热解型煤层气 褐煤瘦煤阶段 Ro,max介于0.52.0%3）裂解型煤层气 瘦煤阶段三号无烟煤 2.0%Ro,max3.7%4）次生生物成因煤层气 0.3%Ro,max1.5%,煤的显微组成,镜质组 有机显微组分 惰质组 壳质组 无机显微组分 矿物质,不同煤类的产气量和吸附能力,主 要 内 容,一、煤层气开发的意义二、煤层气的物质组成与

4、性质三、我国煤层气资源分布与地质条件四、我国煤层气勘探开发现状五、煤层气赋存特征与产出机理六、煤层气开发技术,三、我国煤层气资源分布与地质条件,1.煤层气资源量大、分布相对集中,41个聚煤盆地，2000m以浅的煤层气资源量为约36.8万亿立方米。9个主要盆地资源量大于1万亿方，合计28万亿方，占全国76%,2.中国煤层气资源大区分布,东部煤层气地质资源量最大，占31%，其次是中部和西部，各占28%，南方占13%，青藏最少，仅0.01%。,2.盆地分布,资源集中分布在大型含气盆地（群），约占84.2%,煤层气资源盆地分布直方图,3.中国煤层气资源不同类型盆地分布,2.盆地分布,在9个I类煤层气盆

5、地中，鄂尔多斯最大，约占31.8%，其次是沁水、准噶尔、滇东黔西。,主要含气盆地煤层气资源分布直方图,4.中国主要盆地煤层气资源分布,5.中国煤层气资源层系分布特点,侏罗系煤层气为主，其次是石炭-二叠系，还有少量的三叠系煤层气。中生界的煤层气资源占总地质资源量的55.72%，其次是古生界煤层气，约占44.18%。,煤层气资源深度分布直方图,6.中国煤层气资源深度分布,6.中国煤层气资源深度分布,7.中国煤层气资源煤阶分布,全国煤层气有效矿业权99个煤层气探矿权95个，总面积约6.5万平方公里，煤层气探矿权分布在17个省。煤层气探矿权人25个，包括3家中直企业，22家地方煤层气企业。煤层气采矿权

6、4个，总面积约450平方公里，采矿权仅分布在山西、辽宁省。采矿权人为中国石油天然气股份有限公司、辽宁省铁法煤业集团有限责任公司等。涉外煤层气探矿权20余个，分布在9个省，总面积2.3万平方公里。,8.中国煤层气资源矿权分布,中国50余个单位及外企在华公司进行煤层气勘探开发,中石油,中石化,煤炭,院校,公司,浙江：沁水、鄂东、筠连开发,大庆、玉门：海拉尔、鹤岗、潮水武威勘探,华北煤层气公司、廊坊分院、,国家煤层气工程中心、,渤钻、川陕、长城公司，宁武阜新开发,中海油中联：矿权内勘探开发、对外合作,煤科院西安、重庆分院：科研攻关技术服务,晋煤、阳煤、潞煤、兰花、榆神：沁水鄂东,贵煤、川煤、云煤：六

7、盘水古舒、云南勘探,河南、淮南煤层气公司：两淮焦作平顶山,华东公司：延川和顺、伊犁、织金区块勘探,石油勘探开发研究院：资源评价、综合研究,新煤、黑煤、铁法、准东、吐哈、铁法、依兰,奥瑞安北京、奥瑞安国际技术服务、三交开发,龙门、亚美、富地、菲利普斯、格瑞克、BP,中澳、远东、亚加、能源、亚太壳牌、道拓,特拉维斯特、瑞弗莱克、中海沃邦、耀天,三、我国煤层气资源分布与地质条件,1.板块构造复杂，国外煤层气经验理论存在局限性，研究难度大,1、小地块拼合 中朝板块最大，仅为俄罗斯克拉通地块1/5，北美克拉通地块的1/12。2、地块多期聚合 元古代中朝、扬子、塔里木板块；古生代古亚洲洋、古特提斯洋；三叠

8、纪中国大陆各地块；中、新生代青藏各地块3、周边板块活动性强 劳亚：J3-K1 冈瓦纳：Pz,T,K-E2,N-Q 太平洋：J,E2-34、板块内部变形作用强 基本属大陆地块边缘，各种弱化面多期、多种方式活动，使内部构造比国外极为复杂。,2.含煤层气盆地一般经历了多期构造运动，盆内构造复杂,沁南煤层气埋藏演化图,鄂尔多斯盆地吉县韩城煤层气埋藏演化图,3.成煤期多，储层非均质性强,主要成煤期：早第三纪；侏罗白垩纪；早中侏罗纪；晚三叠纪；晚二叠纪；石炭二叠纪；早石炭纪。,各成煤期地质构造复杂，成煤环境复杂，煤层气成藏条件复杂。,中国煤层气含量分布的基本特点：南高北低，东高西低。平均气含量(干燥无灰基

9、)：华南的煤矿区多在10-15m3/t，松藻矿区高达27.1m3/t；华北的煤矿区，除山东省外，多在5-10m3/t，其中阳泉、晋城、焦作、鹤壁和安阳矿区较高；东北的煤矿区，除红阳和抚顺较高外，一般较低，为4-6m3/t。,4.含气量分布不均，含气饱和度总体上较低,4.含气量分布不均，含气饱和度总体上较低,全国115个目标区煤层平均含气量4-27.1m3/t之间，平均为9.76，平均含气饱和度为20-91%，平均为45%，,全国各煤层气聚气区煤层平均含气性统计结果,中国主要聚气区煤层平均含气性统计结果,中国煤储层试井渗透率测值变化于0.00216.17md，平均为1.27md，以0.11md为

10、主。渗透率小于0.1md的占35；0.11md之间的占37；大于1md的层次占28。小于0.01md和大于10md的均较少。渗透率在5md以上的煤储层仅分布在华北的韩城、柳林、寿阳；渗透率介于15md的煤储层分布范围相对较广，包括韩城、柳林、寿阳、晋城、淮北、淮南、焦作、哆峰、铁法、平顶山等，其它地区煤储层渗透率均低于1md。,5.渗透率普遍偏低，总体上小于1md,美国黑勇士盆地绝对渗透率多在1 25md之间；圣胡安盆地部分高压区煤层绝对渗透率为515md；粉河盆地煤储层渗透率非常有利，割理（裂隙）渗透率在35-500md。,1红阳煤田2大同煤田3沁水盆地4河东煤田5渭北煤田6安鹤煤田7平顶山

11、煤田8永夏煤田9荥巩煤田10淮北煤田11淮南煤田,5.渗透率普遍偏低，总体上小于1md,我国32个矿区煤层气试井结果表明:超压状态占33.2%；正常压力状态占21.9%；欠压状态占45.3%。,6.煤储层压力低，煤层气降压解吸难度较大,6.煤储层压力低，煤层气降压解吸难度较大,主 要 内 容,一、煤层气开发的意义二、煤层气的物质组成与性质三、我国煤层气资源分布与地质条件四、我国煤层气勘探开发现状五、煤层气赋存特征与产出机理六、煤层气开发技术,四、国内外煤层气勘探开发现状,1.煤层气勘探向纵深扩展，探明储量显著增长,四、国内外煤层气勘探开发现状,1.煤层气勘探向纵深扩展，探明储量显著增长,2.煤

12、层气产能规模扩大，产销量同步上升,四、国内外煤层气勘探开发现状,3.煤层气成为现实的天然气补充能源,四、国内外煤层气勘探开发现状,主 要 内 容,一、煤层气开发的意义二、煤层气的物质组成与性质三、我国煤层气资源分布与地质条件四、我国煤层气勘探开发现状五、煤层气赋存特征与产出机理六、煤层气开发技术,五、煤层气赋存特征与产出机理,五、煤层气赋存特征与产出机理,1.煤的孔裂隙结构,宏观裂隙大、中、小、微一级、二级、三级割理显微裂隙阶梯状、雁列式、帚状、X式孔隙大孔、中孔、过渡孔、微孔渗流孔、吸附孔,2.煤层气赋存状态,五、煤层气赋存特征与产出机理,44,3.吸附曲线：,型：适用于无孔均一表面的单分子

13、层吸附或微孔吸附剂的容积填充机理，前一种可用Langmuir方程来描述，后一种应使用D-R（D-A）方程来描述。,Langmuir方程用于描述无孔均一表明的单分子层吸附。,五、煤层气赋存特征与产出机理,吸附理论1：Langmuir理论单分子层吸附,吸附是单分子层的；固体表面是均匀的，各处的吸附能力是相同的；已被吸附分子之间无作用力；吸附平衡是动态平衡。,Irving Langmuir,吸附等温式：,五、煤层气赋存特征与产出机理,4.吸附理论,单层吸附Langmuir方程,气体首先以单层的形式被吸附在煤孔隙表面上。,吸附理论2：BET理论多分子层吸附,被吸附分子和碰撞到其上面的气体分子之间存在范

14、德华力，因而发生多层吸附；第一层的吸附热和以后各层的吸附热不同，而第二层以上各层的吸附热相同；吸附质的吸附和脱附只发生在直接暴露于气相的表面上。,吸附等温式：,五、煤层气赋存特征与产出机理,4.吸附理论,单层吸附后，气体再以多分子层吸附。,多层吸附BET方程,当煤层气经多分子层吸附仍有剩余时，便以自由气形式存在。,过饱和吸附（存在自由气）,吸附理论3：吸附势理论,吸附势理论认为吸附是由势能引起的，在固体表面附近存在一个势能场，即吸附势，就如同地球存在引力场而使空气在地球表面附近包覆成大气层一样。,吸附等温式：,五、煤层气赋存特征与产出机理,4.吸附理论,5.吸附曲线,五、煤层气赋存特征与产出机

15、理,解吸气在浓度差的作用下由基质扩散到割理中；扩散主要为气相扩散；描述气体扩散方程为：,五、煤层气赋存特征与产出机理,6.解吸-扩散-渗流,7.煤层气解吸渗流机理,引自：Tony Ma，“An Introduction to Coalbed Methane”,五、煤层气赋存特征与产出机理,煤,气泡较多后聚集，形成连续气流。,引自：Tony Ma，“An Introduction to Coalbed Methane”,作者已提到基质孔隙内成泡以及气泡连续流动的过程。,7.煤层气解吸渗流机理,五、煤层气赋存特征与产出机理,b.基质孔隙气体“运移”机理,水,面割理,端割理,流动方向,压差方向,压差

16、方向,解吸气溶解在水中，在浓度差作用下扩散或随水渗流到割理。,解吸气形成气泡，在压差作用下渗流进入割理。,浓度差方向,浓度差方向,a.裂隙中流体产出,割理,7.煤层气解吸渗流机理,五、煤层气赋存特征与产出机理,8.煤层气产出三个阶段,认识：气体一旦进入割理中，就会随水渗流进入井筒；非饱和流阶段应该指的是基质孔隙气体未进入割理的那个阶段。,五、煤层气赋存特征与产出机理,主 要 内 容,一、煤层气开发的意义二、煤层气的物质组成与性质三、我国煤层气资源分布与地质条件四、我国煤层气勘探开发现状五、煤层气赋存特征与产出机理六、煤层气开发技术,地面垂直钻井结构示意图,地面压裂井筛管完井方式示意图,六、煤层气开采技术,谢谢！,