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§2 煤层气储层评价与描述 [兼容模式]

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1煤层气开采理论与技术煤层气开采理论与技术》》煤层气储层评价与描述2011京)煤层气研究中心含煤地层、煤层及煤层组、含煤系数 、煤层稳定性、煤层结构、煤层分叉与尖灭、夹矸等。2011煤地层 为上石炭统太原组和下二叠统山西组煤系总厚 约 127~ 178m,平均 1461层2011 均 :断层)大 1杜 1乌苏1井 —鲁南1井煤层对比图乌苏 1大1杜 1玉 2煤层煤层发育发育特征描述特征描述s(玉 2鲁南 1艾 1鲁南197层厚度煤层底板标高煤层埋深等2011 煤层埋深等值线图:寺头正断 层55025025035006503003504004504003505004002004003503505004504003503002011矸) 煤 (矸) 煤2011包括 水分 、 灰分煤质特征: —— 通过工业分析指标来表征和 挥发分 产率以及 固定碳 四个项目,用作评价煤质的基本依据。2011)煤中的水分包括游离水和结合水 而游离水可分为外在水和内在水这两部分煤中的水分包括游离水和结合水 , 而游离水可分为外在水和内在水这两部分 。外在水:> 干排驱,应用基游离水内在水:< 110℃可将其排驱出来化合水 ―― 结晶水,以分子方式与矿物结合的水, 200℃以上才排驱2011析内在水分,所得结果为空气干燥基水分( 指煤样在 105℃~ 110℃干燥时失去的水分。最高内在水分:吸附和凝聚在毛细孔中的饱和水(即吸附试验中的平衡水))煤中的灰分包括煤层固有的内在灰分和在煤炭开采过程中带入的外来灰分。采用风干煤样,所得结果为空气干燥基灰分( 是煤样在 815± 10℃的温度下,经过完全燃烧后测定煤的灰分产率。2011)煤中挥发性物质(包括水、烃类、碳酸盐岩等)的产率。采用风干煤样,所得结果为空气干燥基挥发分( 是将煤样隔绝空气,在 900± 10℃下加热 7分钟,煤样失去的部分。2011隔绝空气加热后残留的固体残渣称作焦渣,减去灰分即为固定碳,即固定碳=焦渣-灰分2011‹ 无烟煤( ‹ 贫煤 (‹ 贫瘦煤 (质特征根据中国煤炭分类国家标准(6)规定,煤分为14大类。贫瘦煤 (g‹ 瘦煤 (1‹ 焦煤 (‹ 肥煤 (‹ 气煤 (‹ 1/ 3焦煤 (1/ 3 ‹ 气肥煤 (‹ 1/ 2中粘煤 (1/ 2 ‹ 弱粘煤 (011 ‹ 不粘煤 (‹ 长馅煤 (‹ 褐煤 (11是一种有机岩,利用研究岩石的方法来研究煤的学科称为煤岩学。换言之,煤岩即煤的有机岩石性质和特征。2011岩特征按宏观煤岩成分的组合及其反映出来的平均光泽强度,可划分为四种宏观煤岩类型,即:光亮型煤半亮型煤半暗型煤宏观煤岩成分是用肉眼可以区分的煤的基本组 成单位 , 包括镜煤 、 亮煤 、 暗煤 、丝 炭 。2011岩特征利用显微镜,对煤岩薄片、粉煤光片、块煤光片、广薄片在投射光、反射光、荧光下进行观察描述,研究煤的岩石学特征。煤的有机显微组分很多,根据成因人们将其归并微 3大类,即 3个显微组分组(镜质组、惰质组和壳质组),镜质组是凝胶化作用的产物,惰质组是丝炭化作用的产物,壳质组是植物稳定组织(树皮、树脂、孢子)的遗骸。它们具有独特的形态、颜色及结构;各组分组的颜色如下表所列:2011 光 反光 荧光镜质组( V) 橙红 灰 不发或暗褐、弱黄色惰质组( I) 黑 黄白 不发壳质组( E) 黄 深灰 绿、黄、橙、褐岩特征镜质体反射率可以确定煤化程度,是不受煤的岩石成分含量变化影响的煤化程度指标。镜质组反射率测定:油侵下,镜质体抛光面的反射光( λ= 546度与其垂直入射光强度之比,一般用百分数表示。测试原理是 : 根据不同煤的光性特征差异,参照反射率标准物质,利用光电倍增管测定光强度。使用仪器:显微光度计测试条件:油侵液, 23℃, λ= 546准物质:蓝宝石,金刚石,碳化硅, 结构镜质体 轴晶负光性 各向异性,一 ,测量点数: 30~ 100点不等测试结果:用各点测值的平均值,在实际工作中一般用镜质组最大反射率 示。3:光学性质 颜色 光泽 反射率 折射率 吸收率煤的物理性质光学性质 : 颜色 、 光泽 、 反射率 、 折射率 、 吸收率 ;机械性质:硬度、脆度、可磨性、断口;空间结构性质:比重、表而积、孔隙度、压缩性;电磁性质:介电常数、导电性、磁性;热性质 : 比热 , 导热性等 。2011 比热 , 导热性等 。成因因简简述述对煤层气的对煤层气的运移作用原生孔胞腔孔 成煤植物本身所具有的细胞结构孔成煤植物本身所具有的细胞结构孔 +屑间孔 镜屑体、 、惰屑体和壳屑体内部颗粒之间的孔 惰屑体和壳屑体内部颗粒之间的孔 +后生孔角砾孔 煤受构造应力破坏而形成的角砾之间的孔煤受构造应力破坏而形成的角砾之间的孔 + + +碎粒孔 煤受构造应力破坏而形成的碎粒之间的孔煤受构造应力破坏而形成的碎粒之间的孔 + +淋滤孔 煤中经流水淋滤作用而形成的孔煤中经流水淋滤作用而形成的孔 + +变质孔 气气 孔孔 煤变质过程中产生气体和气体聚集形成的孔煤变质过程中产生气体和气体聚集形成的孔2011孔 煤变质过程中产生气体和气体聚集形成的孔煤变质过程中产生气体和气体聚集形成的孔 + +矿物质孔铸模孔 煤中矿物质在有机质中因硬度差异而铸成的印坑煤中矿物质在有机质中因硬度差异而铸成的印坑溶蚀孔 可溶性矿物质在长期气可溶性矿物质在长期气、 、水作用下受溶蚀而形成的孔 水作用下受溶蚀而形成的孔 +晶间孔 矿物晶粒之间的孔矿物晶粒之间的孔 +注: + + + 为作用大; + + 为作用中等; + 为作用小;空白为没有作用15寸等特征研究孔隙类型、尺寸等特征煤样2011汞曲线形态小孔煤储层的孔隙煤储层的孔隙煤储层的孔隙与天然裂隙低低阶阶煤煤2011隙与基质孔隙小孔18隙、 裂隙分类 尺度 分布位置孔隙 孔隙煤储层的孔隙与天然裂隙几微米~几毫米 煤基质块内裂隙微裂隙大裂隙内生裂隙(割理)几毫米~几厘米 煤岩分层内气胀节理内生节理 外生节理 厘米~ 米或更大 整个煤 层或延伸到煤层之外2011理、节理发育程度提高2011观 到 微观 逐步 深化 。煤储层的孔隙与天然裂隙首先分析矿区地质构造背景,有目的地设置观测点,在裸露完整、干扰小的观测点易于追踪的代表性煤壁进行 观察描述 。观测时,要求方向定位准确,主次关系明了,对肉眼可见的裂隙几何形态参数量化。然后采集 定向样品 ,进行微小裂隙的观测分析。采样要标定样品的空间方位(尽可能与天然裂隙的破裂方向一致),并保证一定的块2011向样品磨制成二维或三维光洁面,在层理面上观测裂隙的 方向、主次关系、长度、宽度、密度、间距 ,剖面上观测裂隙高度、垂向分布情况以及 组合关系 等。22后在美国矿业局加速甲烷排放项目研究中采用了此法,称之为直接法。煤层气含量测试方法其后被修改完善,美国矿业局(关键性修改,把解吸气体积测定分为3个部分:损失气:指采样过程中释放出的气体体积,为煤层钻进到样品装罐前逸散的那部分气体。解吸气:指环境温度压力下自然解吸的气体体积,为煤芯装罐以后解吸出来的气体 。残余气:解吸结束后,仍然残留在煤层中的那部分气体。将样品粉碎到60煤炭工业部煤炭科学研究院抚顺研究所,为适应我国煤田地质勘探的需要,制定了《解吸法测定煤层瓦斯含量暂行操作规煤层气含量测试方法程》,故国内煤炭工业界称之为抚顺所瓦斯测定法。1984年将其作为《煤层瓦斯含量和成份测定方法(解吸法)》行业标准(7 —84)。这种方法在八十年代煤田地质勘探和矿井瓦斯抽放中发挥了积极的作用。九十年代煤炭工业部煤矿安全标准化技术委员会发布了由山东煤田地质局化验室和内蒙古煤田地质局煤炭科学研究所共同修订的 《 煤层气测定方法(解吸法)》( 77 —94),代替了煤炭工业部颁部的7 —84标准。23层气含量测试方法1. 解吸间隔:自然解吸时,每间隔一定时间测定一次,其时间间隔依气量大小和罐内压力而定。美国矿业局:第一点 5后 1015306020至累计满 8h 。装罐结束第一次测定为 5后每 10153060隔各测定 1h 120h, 。连续解吸 8长为 24h。2. 解吸终止限:自然解吸持续到连续7天每天平均解吸量小于或等于10束解吸测定。算参数 零时间 气体开始逸散的时间煤层气含量测试方法: — ;损失气时间 —从零时间到样品装罐的时间。计算方法:1 依据是气体从一个均一初始浓度的球体恒温扩散的偏微分方程。在零时间,假设气体浓度在球体边界处瞬时降至大气压,扩散系数为常数,孔隙结构单峰分布。解吸初期,解吸气体积与时间的平方根成正比的原理。直接法以最初8轴截距为损失气时间平方根,纵轴截距为损失气体积。适合于煤芯样品,测值更接近于保压取芯。此法相当于我国常用的最小二乘方法,是应用最广的一种方法。26 史威法 (S& W) :煤层气含量测试方法. & :依据与直接法相同。除边界处气体浓度随时间呈函数变化外,孔隙结构为双峰分布,考虑了样品密封到解吸罐前的压力变化,借以提高损失气计算精度。S&线给出体积校正因子、损失气时间比、地面时间比的关系。根据零时间和损失气时间参数,计算出损失气时间比和地面时间比,然后依据煤体形态因子计算求得。适合于煤屑样品,测值偏低。原理同上。通过实际考察,测值偏差较大,应用很少。点连线外推法,二项式等。**井 ***样品损失量计算图煤层气含量测试方法井 y = T + t ) /损失量 =&W)煤层气含量测试方法计算公式如下:损失时间比 = 损失气时间/实测气25%解吸出的时间地面时间比 = 地面暴露时间/损失气时间利用以上两参数经查表得出体积校正因子,再通过下式计算损失气量。损失气量 = 实测气体积 × ( 体积校正因子 - 1)层气含量测试方法100150200基准值百分比直接法史威法阿莫科法图 50%200%250%法评估值百分比史威法阿莫科法图 直接法、0%3 5 6 7 10 11 12序号直接法宜煤芯样品,与保压岩芯结果较接近,在解吸初期即可得到。有在解吸结束后才可求得,适于气含量低的煤。3 阿莫克曲线拟合法数值偏高. 。结论:比较可知,建议使用直接法。29层气含量测试方法残余气:指解吸结束后,仍然滞留在煤层中的部分气体。因为不能采出,美国一般不测试。磨法。解吸测定结束后,选取500入球磨罐,在球磨机上球磨 , 球磨 2 把球磨罐放入恒温水浴 , 间隔 一 定时间测定残余磨 , 后 , , 定时间测定残余气体积。续7天,解吸的气体量平均小于或等于10残余气测定结束。量筒内气体体积>400软管接在气阀上,玻璃瓶置入水槽充满水,打开量筒气阀并提升锥形瓶,将软管内空气排除后插入玻璃瓶,让气体通过软管流向瓶中。待气体收集到150水槽中拔下软管并盖上瓶塞。在瓶子上贴上标签,倒置箱中。2. 采集气样原则:气体样品采集在大部分气体逸出前。3. 采集的数目:解吸气阶段,一般采集3个气样。4 采集时间 煤芯样品分别在解吸的第 2 4 6天采集. : 、 、 ;煤屑样品在解吸的第1、3、5天采集。美国在4h、24h、4. 气组分分析:按 13610行气体组分分析。30法 球磨法快速气含量测定:煤层气含量测试方法. : 。现场预先了解目标煤层气含量。在现场采集400g~500解吸8h(方法同自然解吸),然后球磨破碎15~30分较高或高煤级的煤破碎60放入恒温装置自然解吸;气量在1,再重复破碎、解吸,直到连续两次解吸气量小于10速气含量测定结束。在记录表中记下球磨时间、解吸时间及解吸气体积。现场称重,计算,给出简易的气含量结果。层气含量测试方法标准温度压力校正:测得的解吸气、损失气、残余气需经标准温度压力条件(200C,校正。 *V/) 式中:标准状态下的气体体积,--大气压力,--大气温度,℃;V--气体体积(解吸计量读数),1层气含量测试方法1. 气体体积计算:G= V/m 式中: G—— 实测的自然解吸气含量, g;V—— 实测的自然解吸气体积, m 品总重量, g。2. 气含量计算:煤层气含量等于损失气含量、实测的自然解吸气含量和残余气含量之和。3. 计算数值精度要求: 煤层气含量数据保留2位小数。煤层气含量测试方法:通常煤层气含量测定结果有两种表达方式,一种是空气干燥基气含量,另一种是干燥无灰基气含量。空气干燥基重量:定义为解吸罐内剔除夹矸和杂物后空气风干的样品重量;干燥无灰基重量:与煤质分析基准一致,即为空气干燥基重量减去灰分、水分的重量。32层气含量测试方法吸附时间(τ)所用的时间,一般以天为单位。吸附时间的求取可采用图解法或计算方法求取。计算方法如下:%= V × 63 2%. T× . 首先,对应的气体体积。式中:然解吸气和残余气体积总和。层气含量测试方法煤层气含量测定报告分为单样品测定报告和测定汇总报告。1. 单样品测定报告主要包括:自然解吸原始记录、残余气测定原始记录、解吸曲线图、损失气计算图、工业分析结果、气组分分析结果、煤质分析结果、煤岩鉴定结果和单样品测定成果报告等。2. 汇总报告汇总报告应包括以下内容:煤层气含量测定汇总表。33吸气 损失气 残余样质量 残余气气含量 / 1煤层气含量测试方法样号解吸样质量 残余样质量cm τ值 ——吸附时间。能在10采收率太低,样量较少时,说明相应分析不能进行的原因。能及时处理时,应将该样作为参考样。测定过程错记 漏记或仪器设备漏气故障致使测值不准确 应说明、 , 。未发现问题,其结果准确,可直接应用,视为合格样品。参考样品:采样及测定过程中因发生问题,其测值仅作为参考。报废:如有严重失误,则样品报废,测值无效。34 指煤层在一定的温度、压力和湿度等条件下对甲烷的吸附饱和程度( 一般用百分比表示。吸附饱和度的定义及物理意义煤层气吸附饱和度是评价煤层气的富集程度和可采性的重要综合指标。1520253035附量(m3/t)实测含气理论吸附量等温吸附曲线0510012345678910压力( 附废弃含实测储层压力废弃压力临界解吸压力是通过实测煤层气含量、储层压力和等温吸附曲线等基本储层参数,利用 后再用实测煤层气含量值除以理论吸附量则吸附饱和度的求取,可求得煤层气吸附饱和度。常用下列公式来表达:5101520253035吸附量(m3/t) 实测含气理论吸附量废弃含实测储层压力临界解吸压力等温吸附曲线0012345678910压力( 弃压力35A)含有最大的气含量,这在理论上是可能的,如由实验室确定的等温吸附曲线所定义的。在开始脱水和压力下降时,气生产立即开始。欠饱和煤层( B)含有比煤层可能吸附量要少的甲烷,由于先前发生过脱气事件。为了使气产气甚至需要几年的时间进行脱水和降压,而最终的储量减少。们将压力降低到煤层气开始解吸的压力称之为临界解吸压力,一般用 界解吸压力是评价煤层气可采性的重要指标临界解吸压力的意义。1520253035吸附量(m3/t)实测含气理论吸附量废弃实测储层压力等温吸附曲线0510012345678910压力( 废弃压力临界解吸压力36附量(m3/t)实测含气废弃含实测储层压力废弃压力临界解吸压力授 教授13901129720
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