煤层气地质学考试重点.docx

第一章绪论1、 天然气：（广义）所谓天然气是指自然界一切天然生成的气体狭义）目前仅限于地壳上 部存在的各种天然气体，包括烃类气体和非烃类气体性评2、 天然气的来源机制，可分为无机成因气和有机成因气天然气的成因分类可分为4种：生物成因气（细菌气）、油型气（油成气）、煤型气（煤成气）、 无机成因气3、 煤型气（煤成气）：指煤系有机质（包括煤层和煤系地层中的分散有机质）在变质过程中（即热 演化）形成的天然气，也称煤成气包括煤系气与煤层气两类煤系气：是指从生气母岩（煤系地层及煤层）中运移出来聚集在储集层中甚至形成气藏的煤型 气，一般均经过较大规模运移属常规天然气♦煤层气：是指赋存于煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主并部分游离于 煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体属非常规天然气范畴也称煤层吸附气、煤层甲烷 或煤层瓦斯4、 三重国家需求：资源利用/矿山安全/环保5、 全国累计探明面积777km2，探明储量1343亿m3，可采储量621亿m3，初步探明374亿 m3♦ 6、我国煤层气研究开发存在的主要问题：①预测理论亟待完善②产能预测技术有待解决③开发工艺亟待突破④投入严重不足⑤煤层气基础设施建设不完善。

7、我国煤层气资源存在低压、低渗、低饱和的“三低”现象以及地质变动的特殊性我国煤储层的特点和难点：地史复杂、类型多样、改造强烈；低孔、低渗、低相渗、低压、高 非均质性第二章 煤层气的物质组成、性质和利用♦ 1、煤层气有两种基本成因类型：生物成因和热成因生物成因气：各类微生物经过一系列复杂作用过程导致有机质发生降解而形成的热成因气：指随着煤化作用的进行，伴随温度升高、煤分子结构与成分的变化而形成的烃类气 体2、 生物成因气阶段：①早期生物气（泥炭~褐煤阶段，Ro,max<0.5%）②热解型煤层气（褐煤~ 瘦煤阶段，Ro,max0.5~2.0%）以含氧官能团的断裂为主③裂解型煤层气（瘦煤~二号无烟煤， 2.0%

♦ 6、主要生气阶段：①褐煤至长焰煤阶段；②长焰煤至焦煤阶段，烃类气体迅速增加；③瘦 煤至无烟煤阶段，产气最多，几乎没有重烃7、 常用甲烷（C1）与总烃量（C1~C5）的比率作为确定气体的干度指标，即C1/C1~5:8、 三种煤岩组分的烃气产率，以壳质组最高，镜质组次之，惰性组最低♦9、煤层气地球化学组成的地质控制：①煤岩组分；②煤级的影响；③埋深的影响；④煤层 气成分的影响;⑤CH4和CO2的碳同位素交换平衡效应;⑥煤层气的解吸和扩散;⑦次生作用； ⑧水文地质条件10、煤中可溶有机质的烷烃含量大大少于原油，芳烃和其他含脂肪型结构的侧链也较少，热解 生成重烃气分子的量，远少于原油♦ 11、煤层气的鉴别标志：根据煤层气组分特征及其同位素特征鉴别煤层气♦ 12、临界温度：是指气相纯物质维持液相的最高温度，高于这一温度，气体即不能用简单升 高压力的办法（不降低温度）使之转化为液体临界压力：是指气、液两相共存的最高压力，即在临界温度时，气体凝析所需的压力高于临 界温度，无论压力多大，气体不会液化；高于临界压力，不管温度多少，液态和气态不能同时 存在超临界状态：当温度和压力均超过其临界温度和临界压力，且在临界点附近的状态。

♦ 13、溶解度：20°C、1atm下单位体积水中溶解的气体体积称为溶解度（m3气/m3水），溶 解度同气体压力的比值称为溶解系数（m3/m3・atm）温度对溶解度的较复杂，温度＜80 C时，随温度升高溶解度降低;温度＞80C时，溶解度随升高而增 加甲烷溶解度随压力的增加而增加，低压时呈线性关系，高压时（＞10MPa）呈曲线关系;甲烷溶解 度随矿化度的增加而减少♦ 14、煤层气的化学组成：①烃类气体：甲烷〉80%、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷；②非烃类 气体：N2、CO2、CO、HS、H2及微量的惰性气体控制煤层气化学组成的主要因素：煤的显微组分，特别是富氢组分的丰度；储层压力；煤化作 用程度，即煤阶/煤级；煤层气解吸阶段；水文地质条件第三章 蝶储层的物质组成和孔源结构特征1、煤储层系由煤基质块（被裂隙切割的最小基质单元）、气、水（油）三相物质组成的三维地 质体其中煤基质块则由煤岩和矿物质组成；气组分具有四种相态，即：游离气（气态）、吸 附气（准液态）、吸收气（固溶体）、水溶态（溶解气）；水（油）组分也有三种形态，即： 裂隙、大孔隙中的自由水、显微裂隙、微孔隙和芳香层缺陷内的束缚水、与煤中矿物质结合的 化学水；在一定的压力、温度、电、磁场中各相组分处于动平衡状态。

2、♦三相介质：煤基质块；气（准液态）；水（油）♦三元结构：宏观裂隙；显微裂隙；孔隙3煤的宏观组成：①煤岩成分：镜煤，丝炭，亮煤，暗煤；②宏观煤岩类型：光亮型煤，半亮 型煤，半暗型煤，暗淡型煤4、 煤的宏观结构：①条带状结构②线理状结构③透镜状结构④均一状结构⑤粒状结构⑥叶 片状结构⑦木质状结构⑧纤维状结构5、 煤的次生结构：①碎裂构造②碎粒构造③糜棱构造6、 煤储层中的液相介质包括裂隙、大孔隙中的自由水（油）及其内表面与显微裂隙、微孔隙 内表面、芳香层缺陷内的“准液态〃物质7、 煤化学一外在水分、内在水分和化合水三部分地下水渗流角度一结合水、液态水煤层 气一平衡水或临界水8、 吸附态一指裂隙、大孔隙、显微裂隙、微孔隙等吸附甲烷的统称其与游离态甲烷是不断 运动和交换的，在一定温度和压力下处于平衡状态游离态一正常情况下，游离甲烷约占8%-12%，煤层气开发时，要通过煤储层降压解吸、升温 解吸，或通过N2、CO2置换出游离甲烷才能得以实现9、 割理：煤储层中的裂隙在国外煤层气工业中常被称为割理割理是煤中的天然裂隙，在整 个煤层中连续分布的割理称为面割理（Face cleat），中止于面割理或与面割理交叉的不连续割 理称为端割理（Bull cleat）。

面割理与端割理通常是相互垂直的或近似直交的10、 ♦裂隙：或由内应力（煤化作用过程中，凝胶化组分收缩应力及超高孔隙流体压力）或由 外应力（构造应力、重力及热应力等）或由内应力与外应力二者综合作用而形成分类：张性裂隙、张性剪裂隙、压性剪裂隙组合类型：①矩形网状一主要为小裂隙,一般面裂隙密度大于端裂隙.彼此近于直交，因而具有较 高的渗透性，渗透率的方向性中等②不规则网状一小裂隙与微裂隙交织在一起，面裂隙与端 裂隙均较发育这种组合类型的渗透性中等，没有明显的各向异性,主要发育于低煤化烟煤中③平行状一实际上是由于端裂隙不发育而只见面裂隙平行产出这种组合一般只反映局部现象, 当端裂隙出现时又会变成矩形网状组合由于只发育一组裂隙渗透率的各向异性明显，具有 优势方位大裂隙呈平行状或羽状，中、小裂隙以矩形网状为主、其次为平行状,微裂隙多为不 规则网状11、 显微裂隙是肉眼难以辨认的、必须借助显微镜或扫描电镜才能观察只局限一个煤岩成 分分层内，发育多组，方向凌乱，主要是流体压力、收缩应力形成12、 ♦裂隙发育程度的地质控制：①煤级：中煤阶煤的裂隙密度较高，低煤阶和高煤阶煤的裂 隙密度较低②煤岩类型与成分：在煤阶相似情况下，裂隙密度由光亮煤一半亮煤一半暗煤一 暗淡煤逐渐降低，即随镜质组含量降低而减少。

③煤层厚度：天然裂隙发育密度常随煤岩类型 条带或分层的厚度变薄而减小④矿物质含量：随矿物质含量增高，煤层中裂隙密度、长度 和宽度均降低⑤煤层结构：在简单结构煤层中，大、中裂隙可以穿透整个煤层，垂向连通性好；在复杂结构煤层中，小裂隙和微裂隙中止于夹砰，垂向不连通13、♦孔隙：指煤体未被固体物质（有机质和矿物质）充填的空间类型：原生孔、变质孔、外生孔、矿物质孔♦测试方法：低温液氮（测＞0.35nm的孔隙）、压汞法（测＞7.2nm的孔隙）14、 孔容：是煤中的孔隙体积，常用比孔容表示，即每克煤所具有的孔隙体积，总孔容先随煤 阶增加而减少，后随煤阶增加而增大，其拐点在焦煤附近比表面积：单位重量的表面积nmsnHWWBWwnmsiwiTRD - ARD'= x 100%TRD15、 ♦孔隙率：煤的孔隙率是指煤中孔隙与裂隙的总体积与煤的总体积之百分比其测试方法 很多，通常据煤的真密度和视密度（容量瓶法）来计算TR一真密度，g/cm3 ； ARD—视密度，g/cm3地质控制因素：孔隙度与煤级的关系；显微组分（丝质体孔隙最发育）；矿物含量（使煤的总 孔容下降）；煤体结构（结构的破坏程度大，孔隙率高）；断裂（孔隙率增大）16、 ♦煤的双孔隙结构包括孔隙裂隙；煤的三元结构指孔隙裂隙显微裂隙。

17、 层系由宏观裂隙、显微裂隙和孔隙组成的三元孔、裂隙介质，孔隙是煤层气的主要储集场 所，宏观裂隙是煤层气运移的通道，而显微裂隙则是沟通孔隙与裂隙的桥梁第四章 蝶储层的压力和吸附/解析特征1、 ♦煤储层压力：指作用于煤孔隙一裂隙空间上的流体压力（包括水压和气压），故又称为孔 隙流体压力2、 ♦压力梯度：系指单位垂深内的储层压力增量，常用井底压力除以从地表到测试井段中点深 度而得出，用kPa/m或MPa/100m表示，在煤储层研究中应用广泛3、 ♦压力系数：即实测储层压力与同深度静水压力之比，%①超压：压力系数＞1，压力梯度＞0.98 MPa/100m:②正常压力：压力系数二1，压力梯度=0.98 MPa/100m ；③欠压：压力系数＜1，压力梯度＜0.98 MPa/100m4、 煤层埋深和地应力是储层压力的主要控制因素我国以欠压煤储层为主、分布普遍但也不 乏高压煤储层埋深、地应力、水文地质、煤层气（瓦斯）压力）5、 我国煤层瓦斯压力梯度大小变化幅度很大，最低值为 1.2kPa / m（抚顺矿区），最大值为 13.4kP/m（天府矿区），从低压储层至高压储层都有，但大部分属于低压储层全国瓦斯涌出量 较大的几个矿区，均属低压储层。

6、 ^Langmuir 方程 =史pt pV为吸附量（cm3/g）； P为气体压力（MPa）； a为吸附常数，反映吸附剂（如煤）的最大吸附能力， 与温度、压力无关，而取决于吸附剂和吸附质的性质（cm3/g），a值的物理意义是当瓦斯压力 趋向无穷大时，煤的可燃质极限瓦斯吸附量；b为压力常数，取决于温度和吸附剂的性质 （MPa-1）VL 为 Langmuir 体积（cm3 / g），其物理意义与 a 值相同，即 VL=a； PL 为 Langmuir 压力（MPa），代表吸附量达到Langmuir体积的一半时所对应的平衡气体压力，与压力常数b的关系是PL=1 /bo7、 兰格谬尔体积（简称兰氏体积）是衡量煤岩吸附能力的量度，其值反映了煤的最大吸附能 力——VL兰格谬尔压力（简称兰氏压力）是影响吸附等温线形态的参数，是指吸附量达到1/2兰氏体 积时所对应的压力值该指标反映煤层气解吸的难易程度，值越高，煤层中吸附态气体。