第1章煤层气赋存、产出机理-6学时.ppt

　采气工程　采气工程第一章第一章 煤层气赋存、产出机理煤层气赋存、产出机理　采气工程　采气工程煤层气赋存、产出机理煤层气赋存、产出机理Ø 煤储层的几何模型煤储层的几何模型Ø 煤层气储集机理煤层气储集机理Ø 煤层气吸附性能的主要影响因素煤层气吸附性能的主要影响因素Ø 煤层气产出的先决条件煤层气产出的先决条件Ø 煤层气产出机理煤层气产出机理Ø 小小 结结内容提要内容提要　采气工程　采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型煤层气煤层气几何几何模型模型双重孔隙结构模型双重孔隙结构模型三元结构模型三元结构模型基质孔隙基质孔隙裂隙孔隙裂隙孔隙两级扩散两级扩散宏观裂隙宏观裂隙孔孔 隙隙煤储层的非均质性，很难用统一的模型来表述煤储层的非均质性，很难用统一的模型来表述 双直径球型模型双直径球型模型适用中煤阶适用中煤阶分分I、、Ⅱ类和类和Ⅲ、、Ⅳ类类显微裂隙显微裂隙　采气工程　采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型RootRoot双重孔隙几何模型双重孔隙几何模型由该模型可知煤层气由基质孔隙由该模型可知煤层气由基质孔隙解吸扩散解吸扩散到割理系统到割理系统，然后沿割理以，然后沿割理以达西流达西流运移到井筒运移到井筒。

　采气工程　采气工程根据根据RootRoot模型煤中孔隙分类模型煤中孔隙分类一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型XoXoЛЛo oT T依据工业吸附剂提出：依据工业吸附剂提出：微孔微孔构成煤的构成煤的吸附容积吸附容积，，小小孔孔构成煤层气的构成煤层气的毛细凝结和扩散区域毛细凝结和扩散区域，，中孔中孔构成煤层气缓构成煤层气缓慢慢层流紊流区域层流紊流区域，，大孔大孔则构成则构成剧烈层流渗透区域剧烈层流渗透区域煤孔隙分类一览表 单位：单位：nmnm研究者研究者级级 别别微孔微孔小孔小孔中孔中孔大孔大孔XoЛoT（（1961））<1010-100100-1000>1000Gan等（等（1972)<1.21.2-30>30国际理论与应用化国际理论与应用化学联合会（学联合会（1972)<0.80.8-22-50>50　采气工程　采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型根据根据RootRoot模型煤中孔隙分类模型煤中孔隙分类煤中基质孔隙的类型及特征类型类型孔径孔径孔隙结构特征孔隙结构特征油气运移和储集油气运移和储集气体扩散孔隙类型气体扩散孔隙类型ⅠⅠ>1000多以管状、板状孔多以管状、板状孔隙为主隙为主易于液态烃、气易于液态烃、气态烃储集和运态烃储集和运移，排驱效果好移，排驱效果好气体容积型扩散孔隙气体容积型扩散孔隙ⅡⅡ1000-100以板状、管状孔隙以板状、管状孔隙为主，间有不平行为主，间有不平行板状板状易于液态烃、气易于液态烃、气态烃储集和运态烃储集和运移移ⅢⅢ 100-10以不平行板状孔隙以不平行板状孔隙为主，有一部分墨为主，有一部分墨水瓶状孔隙水瓶状孔隙易于气体储集，但易于气体储集，但不利于重烃气体的不利于重烃气体的运移运移气体分子型扩散孔隙气体分子型扩散孔隙ⅣⅣ<10具有较多的墨水瓶具有较多的墨水瓶孔隙和不平行板状孔隙和不平行板状毛细管孔隙毛细管孔隙气体能储集，但气体能储集，但不利于运移不利于运移　采气工程　采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型裂隙裂隙外生裂隙外生裂隙 割理割理（内生裂隙）（内生裂隙）剪切外生裂隙剪切外生裂隙张性外生裂隙张性外生裂隙劈理劈理面割理面割理（主内生裂隙）（主内生裂隙）端割理（端割理（次内生裂隙）次内生裂隙）继承性裂隙继承性裂隙　采气工程　采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型直线型延伸的一组割理 S型割理被方解石完全充填 主外生裂隙，次外生裂隙 面割理和限于面割理之间的端割理 　采气工程　采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型双直径球形几何模型双直径球形几何模型由该模型可知煤储层渗透性的主要贡献者为由该模型可知煤储层渗透性的主要贡献者为外生裂隙外生裂隙，在无烟煤中更是如此，割理的主要贡献是，在无烟煤中更是如此，割理的主要贡献是沟通了基沟通了基质块与外生裂隙的联系。

质块与外生裂隙的联系 　采气工程　采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型碎粒煤，焦作朱村煤矿山西组 糜棱煤，巩义大峪沟煤矿山西组 糜棱煤，湖南红卫煤矿下石炭统 受构造破坏严重的碎粒煤和糜棱煤 　采气工程　采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型双直径球形几何模型双直径球形几何模型由该模型可知：煤层气由基质微孔隙表面解吸由该模型可知：煤层气由基质微孔隙表面解吸扩散扩散至至基质大孔隙中，继而由基质大孔隙基质大孔隙中，继而由基质大孔隙扩散扩散至井孔产出至井孔产出即在这类储层内不存在即在这类储层内不存在达西流达西流　采气工程　采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型根据双直径孔隙结构模型煤中孔隙分类及成因根据双直径孔隙结构模型煤中孔隙分类及成因 由裂缝切割出的基质块内未被固态物质充填的空间称为基质孔隙，基质孔隙主要影响煤层气的赋存基质孔隙按成因可将孔隙分为气孔、残留植物组织孔、溶蚀孔、晶间孔、原生粒间孔等按孔径大小可分为微孔、小孔、中孔和大孔气孔是指煤化作用过程中气体逸出留下的痕迹 残留植物组织孔是植物本身组织结构的继承 次生孔隙是煤中矿物质，如黄铁矿、碳酸盐等在地下水循环过程中被溶蚀形成的。

晶间孔是原生矿物或次生矿物晶粒间的孔隙原生粒间孔是各种成煤物质颗粒间的孔隙，是成岩作用过程中煤物质颗粒经压实、脱水后仍保留下来的孔隙 　采气工程　采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型煤中孔隙分类及成因煤中孔隙分类及成因孔隙按孔径大小分类及流态特征 孔隙分级孔隙分级孔隙分类孔隙分类孔径孔径/nm/nm煤层气储运煤层气储运特征特征吸附吸附微孔微孔<25吸附与扩散吸附与扩散过渡孔过渡孔25~75吸附与扩散吸附与扩散渗透渗透中孔中孔75~1000层流渗透层流渗透过渡孔过渡孔1000~2500剧烈层流剧烈层流大孔大孔>2500紊流紊流　采气工程　采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型三元结构模型三元结构模型宏观裂隙宏观裂隙大、中、小、微大、中、小、微一级、二级、三级割理一级、二级、三级割理显微裂隙显微裂隙阶梯状、雁列式、帚状、阶梯状、雁列式、帚状、X式式孔隙孔隙大孔、中孔、过渡孔、微孔大孔、中孔、过渡孔、微孔渗流孔、吸附孔渗流孔、吸附孔　采气工程　采气工程一、煤储层的几何模型一、煤储层的几何模型基于三元结构的煤中孔隙分类基于三元结构的煤中孔隙分类基于煤层气运移特征的煤孔隙分类 单位：nm 孔隙分孔隙分级级孔隙分孔隙分类类孔半径孔半径煤煤层层气流气流动动特征特征扩扩散散微孔微孔<8表面表面扩扩散散过过渡孔渡孔8-20混合混合扩扩散散小孔小孔20-65Kundsen扩扩散散渗透渗透中孔中孔65-325稳稳定定层层流流过过渡孔渡孔325-1000剧剧烈烈层层流流大孔大孔>1000紊流紊流认为：认为：<65nm<65nm为为吸附和扩散吸附和扩散场所，场所，>65nm>65nm为为渗流通道渗流通道。

　采气工程　采气工程 甲烷在常温常压的纯净水中有一定的溶解度，但溶解度很小甲烷在常温常压的纯净水中有一定的溶解度，但溶解度很小而煤层气储层多是饱含水的，因此在一定的地层条件下，必定有一而煤层气储层多是饱含水的，因此在一定的地层条件下，必定有一部分煤层气要溶解于其中，其溶解度可用亨利定律描述：部分煤层气要溶解于其中，其溶解度可用亨利定律描述： 甲烷在水中的溶解度主要取决于水的温度、矿化度、环境压力和甲烷在水中的溶解度主要取决于水的温度、矿化度、环境压力和气体成分气体成分二、煤层气的储集机理二、煤层气的储集机理1.溶解态溶解态:或或或或　采气工程　采气工程二、煤层气的储集机理二、煤层气的储集机理 游离气指储存在煤层孔隙或裂隙中能自由移动的天然气，这部游离气指储存在煤层孔隙或裂隙中能自由移动的天然气，这部分气体服从一般气体方程，对于象煤层气这样的真实气体，可用范分气体服从一般气体方程，对于象煤层气这样的真实气体，可用范德华方程描述：德华方程描述： 游离气量的大小取决于孔隙体积、温度、气体压力和气体压缩游离气量的大小取决于孔隙体积、温度、气体压力和气体压缩系数。

系数2.游离态游离态: 或或　采气工程　采气工程 煤层作为固体，具有固体的两个共同特点：第煤层作为固体，具有固体的两个共同特点：第煤层作为固体，具有固体的两个共同特点：第煤层作为固体，具有固体的两个共同特点：第一，分子几乎是不动的；第二，表面中的原子或分一，分子几乎是不动的；第二，表面中的原子或分一，分子几乎是不动的；第二，表面中的原子或分一，分子几乎是不动的；第二，表面中的原子或分子都处于力场的不饱和状态，且具有较大的表面自子都处于力场的不饱和状态，且具有较大的表面自子都处于力场的不饱和状态，且具有较大的表面自子都处于力场的不饱和状态，且具有较大的表面自由能，属于热力学的不稳定态由能，属于热力学的不稳定态由能，属于热力学的不稳定态由能，属于热力学的不稳定态 煤具有非常大的内表面积，当气体分子运动碰煤具有非常大的内表面积，当气体分子运动碰煤具有非常大的内表面积，当气体分子运动碰煤具有非常大的内表面积，当气体分子运动碰到煤体表面时，由于气体分子受到煤体表面不饱和到煤体表面时，由于气体分子受到煤体表面不饱和到煤体表面时，由于气体分子受到煤体表面不饱和到煤体表面时，由于气体分子受到煤体表面不饱和力场的作用，会停留在表面上，使其表面上气体分力场的作用，会停留在表面上，使其表面上气体分力场的作用，会停留在表面上，使其表面上气体分力场的作用，会停留在表面上，使其表面上气体分子的浓度提高，这就是煤对气体的吸附。

而解吸是子的浓度提高，这就是煤对气体的吸附而解吸是子的浓度提高，这就是煤对气体的吸附而解吸是子的浓度提高，这就是煤对气体的吸附而解吸是指煤中吸附气由于自由气体压力减小而转变成游离指煤中吸附气由于自由气体压力减小而转变成游离指煤中吸附气由于自由气体压力减小而转变成游离指煤中吸附气由于自由气体压力减小而转变成游离气体，其结果是造成吸附量减少气体在煤中的吸气体，其结果是造成吸附量减少气体在煤中的吸气体，其结果是造成吸附量减少气体在煤中的吸气体，其结果是造成吸附量减少气体在煤中的吸附量随着压力和温度的变化而变化附量随着压力和温度的变化而变化附量随着压力和温度的变化而变化附量随着压力和温度的变化而变化 二、煤层气的储集机理二、煤层气的储集机理3.吸附态吸附态:　采气工程　采气工程 1916 1916年，年，Langmuir Langmuir 在研究低压下气体于金属表面在研究低压下气体于金属表面上的吸附时，将所得数据处理后发现一些规律性的东西，上的吸附时，将所得数据处理后发现一些规律性的东西，并从动力学的观点出发，提出了固体对气体的吸附理论，并从动力学的观点出发，提出了固体对气体的吸附理论，这个理论常称为单分子层吸附理论。

这个理论常称为单分子层吸附理论二、煤层气的储集机理二、煤层气的储集机理　采气工程　采气工程二、煤层气的储集机理二、煤层气的储集机理a a 单个煤体单个煤体““球形球形””吸附层结构示意图吸附层结构示意图b b煤孔隙三元结构吸附煤层气示意图煤孔隙三元结构吸附煤层气示意图图图 煤孔隙系统吸附煤层气情况示意图煤孔隙系统吸附煤层气情况示意图煤核心煤核心煤表面煤表面内生裂隙内生裂隙外生裂隙外生裂隙宏观裂隙宏观裂隙稳定吸附层稳定吸附层平衡吸附层平衡吸附层自由气体层自由气体层CH4 煤基质 面裂隙 端裂隙 H24O显微裂隙孔隙H2OCH4煤基质吸附气吸附特征吸附气吸附特征不饱和力场不饱和力场德拜诱导力和德拜诱导力和伦敦色散力伦敦色散力吸附势阱吸附势阱 捕获分子捕获分子　采气工程　采气工程LangmuirLangmuirLangmuirLangmuir单分子层吸附理论的基本要点是：单分子层吸附理论的基本要点是：单分子层吸附理论的基本要点是：单分子层吸附理论的基本要点是：ØØ 固体表面的吸附能力是因为其表面上的原子力场的固体表面的吸附能力是因为其表面上的原子力场的固体表面的吸附能力是因为其表面上的原子力场的固体表面的吸附能力是因为其表面上的原子力场的 不饱和性。

当气体分子碰撞到固体表面时，其中不饱和性当气体分子碰撞到固体表面时，其中不饱和性当气体分子碰撞到固体表面时，其中不饱和性当气体分子碰撞到固体表面时，其中 一部分就被吸附并放出热量，但是，对气体分子一部分就被吸附并放出热量，但是，对气体分子一部分就被吸附并放出热量，但是，对气体分子一部分就被吸附并放出热量，但是，对气体分子 的吸附只在固体表面空白位置上发生，当吸附的的吸附只在固体表面空白位置上发生，当吸附的的吸附只在固体表面空白位置上发生，当吸附的的吸附只在固体表面空白位置上发生，当吸附的 气体分子在固体表面上覆盖满一层后力场即达饱气体分子在固体表面上覆盖满一层后力场即达饱气体分子在固体表面上覆盖满一层后力场即达饱气体分子在固体表面上覆盖满一层后力场即达饱 和，因此吸附为单分子层吸附和，因此吸附为单分子层吸附和，因此吸附为单分子层吸附和，因此吸附为单分子层吸附ØØ 固体的表面是均匀的，各处的吸附能力是相同的固体的表面是均匀的，各处的吸附能力是相同的固体的表面是均匀的，各处的吸附能力是相同的固体的表面是均匀的，各处的吸附能力是相同的 吸附热是个常数，不随覆盖度变化。

吸附热是个常数，不随覆盖度变化吸附热是个常数，不随覆盖度变化吸附热是个常数，不随覆盖度变化ØØ 已被吸附的分子从固体表面返回气相的几率，不受已被吸附的分子从固体表面返回气相的几率，不受已被吸附的分子从固体表面返回气相的几率，不受已被吸附的分子从固体表面返回气相的几率，不受 周围环境和位置的影响，这表明吸附质分子间无周围环境和位置的影响，这表明吸附质分子间无周围环境和位置的影响，这表明吸附质分子间无周围环境和位置的影响，这表明吸附质分子间无 作用力ØØ 吸附平衡是动态平衡即当吸附达到平衡时，吸附吸附平衡是动态平衡即当吸附达到平衡时，吸附吸附平衡是动态平衡即当吸附达到平衡时，吸附吸附平衡是动态平衡即当吸附达到平衡时，吸附 仍在进行，相应的解吸也在进行，只是吸附速度等仍在进行，相应的解吸也在进行，只是吸附速度等仍在进行，相应的解吸也在进行，只是吸附速度等仍在进行，相应的解吸也在进行，只是吸附速度等 于解吸速度于解吸速度于解吸速度于解吸速度二、煤层气的储集机理二、煤层气的储集机理　采气工程　采气工程煤层气与常规油煤层气与常规油气开发方法差异气开发方法差异游离气游离气吸附气吸附气水溶气水溶气煤层气：煤层气：项目 常规油气 煤层气储层 孔隙裂隙 基质表面及割理成藏 游离型 自生自储吸附型勘探 圈闭、岩性 承压水、高饱和试气 单井 短期 大井组长期产出 初期产量高 中期产量高开采 注水保压 排水降压二、煤层气的储集机理二、煤层气的储集机理　采气工程　采气工程赋存状态的转化赋存状态的转化吸附气吸附气溶解气溶解气游离气游离气温度不变情况下转化关系温度不变情况下转化关系压压力力升升高高压压力力升升高高压力压力降低降低条条 件件甲烷气体浓度甲烷气体浓度≤溶溶解度解度甲烷气体浓度甲烷气体浓度﹥ ﹥溶解溶解度度原始赋存原始赋存状态状态 吸附气吸附气+溶解气溶解气 吸附气吸附气+溶解气溶解气 +游离气游离气图图 煤层气在煤储层中赋存状态及转化关系煤层气在煤储层中赋存状态及转化关系二、煤层气的储集机理二、煤层气的储集机理　采气工程　采气工程吸附性能影响因素吸附性能影响因素内部因素内部因素外部环境外部环境物质组成物质组成孔隙特征孔隙特征灰分水分灰分水分温温 度度压压 力力三、煤层气吸附性能的主要影响因素三、煤层气吸附性能的主要影响因素　采气工程　采气工程三、煤层气吸附性能的主要影响因素三、煤层气吸附性能的主要影响因素1.压力压力图图 瓦斯压力吸附瓦斯量关系曲线瓦斯压力吸附瓦斯量关系曲线 吸附是气体与固体表面之间未达热力学平衡时发生的，达到平衡是“吸附质”的气体分子在“吸附剂”的固体表面上的积累实现的。

实验表明，在给定的温度下，随着瓦斯压力的升高，煤体吸附瓦斯量增大，并且将超于某个定值　采气工程　采气工程三、煤层气吸附性能的主要影响因素三、煤层气吸附性能的主要影响因素2.温度温度图图 温度对瓦斯吸附量的影响曲线温度对瓦斯吸附量的影响曲线 温度总是对脱附起活化作用，温度越高，游离气越多，吸附气越少 实验研究结果表明，温度每升高1℃，煤吸附瓦斯的能力降低约为8%，其原因是温度升高时，瓦斯活性增大，难于被煤体吸附，同时己被吸附的瓦斯分子易于获得动能，从煤体表面脱逸出来　采气工程　采气工程三、煤层气吸附性能的主要影响因素三、煤层气吸附性能的主要影响因素3.水分含量水分含量图图 水分对瓦斯吸附量的影响曲线水分对瓦斯吸附量的影响曲线 水分和气体分子与煤之间具有相似的特性，水与煤之间都不存在共价键，都是以较弱的范德华力吸附在煤中 只有在未达到临界水分含量时，它的增加使甲烷的吸附量降低，超过临界水分含量的部分只覆盖煤颗粒表面，不影响吸附过程，甲烷的吸附量不再减少　采气工程　采气工程三、煤层气吸附性能的主要影响因素三、煤层气吸附性能的主要影响因素气体吸附能力随煤阶的变化有两种趋势气体吸附能力随煤阶的变化有两种趋势气体吸附能力随煤阶的变化有两种趋势气体吸附能力随煤阶的变化有两种趋势: : : : 一种趋势是甲烷的吸附量呈一种趋势是甲烷的吸附量呈一种趋势是甲烷的吸附量呈一种趋势是甲烷的吸附量呈““““U”U”U”U”字型发展，在高字型发展，在高字型发展，在高字型发展，在高挥发分烟煤或含碳量挥发分烟煤或含碳量挥发分烟煤或含碳量挥发分烟煤或含碳量85%85%85%85%附近附近附近附近〔〔〔〔气煤气煤气煤气煤) ) ) )出现最低值出现最低值出现最低值出现最低值; ; ; ;另一种趋势是甲烷的吸附量随煤阶的升高而增加。

另一种趋势是甲烷的吸附量随煤阶的升高而增加另一种趋势是甲烷的吸附量随煤阶的升高而增加另一种趋势是甲烷的吸附量随煤阶的升高而增加4.煤阶煤阶　采气工程　采气工程三、煤层气吸附性能的主要影响因素三、煤层气吸附性能的主要影响因素5.煤的显微组分煤的显微组分 在瘦煤之前，煤的吸附能力是:惰质组(指有胞腔结构无充填物的丝质体)>镜质组>惰质组(粗粒体和有胞腔结构但被充填的丝质体)，原因是在煤变质较低的煤中惰质组中有大量的纹孔，而镜质组孔隙和内表面积纹孔少，造成惰质组比镜质组吸附能力强在无烟煤3号变质阶段，煤的吸附能力是:镜质组>惰质组，原因是在高变质阶段，镜质组中有更多的挥发物质产出，引起微孔增多之故　采气工程　采气工程三、煤层气吸附性能的主要影响因素三、煤层气吸附性能的主要影响因素6.煤孔隙特征煤孔隙特征 煤岩比表面积的大小取决于微孔体积的大小，与中孔体积大小关系不明显；孔隙平均直径越大，总比表面积越小；煤对甲烷吸附能力与总孔体积、总孔比表面积、微孔比表面积呈正相关关系煤的储集能力与煤的孔隙密切相关，孔体积和比表面积越大，煤储集气的能力越强　采气工程　采气工程四、煤层气产出的先决条件四、煤层气产出的先决条件 煤层气的产出条件可从物质基础、流动通道及能量系统等三个方面进行阐述。

产出的先决条件产出的先决条件Ø 一定的资源量是进行煤层气开采的基础Ø 渗透能力的大小是连接气体赋存空间与外部环境 的重要纽带Ø 解吸能力的强弱将直接影响煤层气的开采难易 程度及采收率 资源量资源量 运移通道运移通道渗透能力渗透能力解吸能力解吸能力采收率采收率开采效果开采效果经济效益经济效益　采气工程　采气工程四、煤层气产出的先决条件四、煤层气产出的先决条件图图 煤层气产出先决条件及控制因素框图煤层气产出先决条件及控制因素框图煤煤 层层气气 产产出出 先先决决 条条件件 及及控控 制制因因 素素人为难改变因素人为难改变因素人为较易改变因素人为较易改变因素 原始含气量原始含气量 煤层总厚度煤层总厚度 资源丰度资源丰度 资源量资源量 储层本身条件储层本身条件 临界解吸压力临界解吸压力 解吸时间解吸时间 连通程度连通程度 含气饱和度含气饱和度 原始储层压力原始储层压力 物质基础物质基础 裂隙间距裂隙间距 渗透率渗透率 解解 吸吸 扩散渗流扩散渗流 排采制度排采制度 排采强度排采强度 排采时间排采时间 运移产出运移产出 产出的主控因素产出的主控因素　采气工程　采气工程五、煤层气产出机理五、煤层气产出机理图中图中: :A(PL,VL)-最大吸附点; B(P1,V1)-理论吸附点; C(P1,V2)-实际吸附点; D(Pi,Vi)-采收过程吸附点; E(Pn,Vn)-枯竭吸附点; C’(P2,V2)-临界解吸吸附点. 压力/P吸附体积/V0ABCDEPLVLP1V1V2PiViPnVnLangmuirLangmuir吸附等温线吸附等温线C’P2曲线方程：V=VL*P/(PL+P)　采气工程　采气工程五、煤层气产出机理五、煤层气产出机理uVL:煤岩的最大吸附能力煤岩的最大吸附能力(这时这时P→∞),简称兰氏体积简称兰氏体积. PL:吸附量吸附量V达到达到VL/2时所对应的压力值时所对应的压力值,简称兰氏压力简称兰氏压力.影响吸附等温线的形态参影响吸附等温线的形态参 数数,反映煤层气解吸的难易反映煤层气解吸的难易,值越低值越低,脱附越容易脱附越容易,开发越有利开发越有利.•V1:当前地层压力下的煤岩理论含气量当前地层压力下的煤岩理论含气量. P1:储层压力储层压力,即当前煤储层压力即当前煤储层压力.•V2:当前地层压力下的实际含气量当前地层压力下的实际含气量. P2:临界解吸压力临界解吸压力,甲烷开始解吸的压力点甲烷开始解吸的压力点.•Vi:排采过程中含气量排采过程中含气量. Pi:排采过程中的储层压力排采过程中的储层压力.•Vn:煤层残留含气量煤层残留含气量. Pn:煤层气井的枯竭压力煤层气井的枯竭压力.Langmuir吸附等温线物理意义吸附等温线物理意义:Langmuir吸附等温线生产中的意义吸附等温线生产中的意义:uV2/V1—含气饱和度含气饱和度. (V2-Vn)/V2—理论最大采收率理论最大采收率. (V2-Vi)/V2—生产过程中动态采收率生产过程中动态采收率.l根据临界解吸压力和储层压力可以了解煤层气的早期排采动态根据临界解吸压力和储层压力可以了解煤层气的早期排采动态.•若煤层欠饱和若煤层欠饱和(V2P>P表面表面>P>P微微>P>P裂缝裂缝>P>P井底井底二元解吸二元解吸　采气工程　采气工程五、煤层气产出机理五、煤层气产出机理三层产出三层产出——解吸机理解吸机理压 力/P吸附体积/V0ABCDEPLVL/2P1V1V2PiViPnVnC’P2曲线方程：曲线方程：V=VL*P/（（PL+P））图 煤吸附甲烷气体的Langmuir等温吸附曲线示意图图中：图中：A（（P PL L,V,VL L/2/2））—兰兰氏吸附点；氏吸附点；B(PB(P1 1,V,V1 1) )-理理论论 吸附点；吸附点；C(PC(P1 1,V,V2 2)-)-实际吸附点；实际吸附点；D(PD(Pi i,V,Vi i)-)- 采收过程吸附点；采收过程吸附点； E(PE(Pn n,V,Vn n)-)-枯竭吸附枯竭吸附 点；点；Cˊ(PCˊ(P2 2,V,V2 2)-)-临界解吸吸附点临界解吸吸附点. .lV2/V1—含气饱和度含气饱和度. (V2-Vn)/V2—理论最大采收率理论最大采收率. (V2-Vi)/V2—生产过程中动态采收率生产过程中动态采收率.l根据临界解吸压力和储层压力可以了解煤根据临界解吸压力和储层压力可以了解煤层气的早期排采动态层气的早期排采动态.•若煤层欠饱和若煤层欠饱和(V2

浓度平衡努森扩散主要是分子与孔壁之间的相互作用 体积扩散主要是分子与分子之间的相互作用 表面扩散中，质量传递是经过吸附态流体运移进行的，没有自由态的质量传递 图图 基质内煤层甲烷基质内煤层甲烷 扩散示意图扩散示意图　采气工程　采气工程五、煤层气产出机理五、煤层气产出机理三层产出三层产出——扩散机理扩散机理 煤层气通过煤基质微孔隙系统的扩散，可以按非稳态扩散和拟稳态扩散两种模式进行处理拟稳态扩散遵从Fick第一定律，非稳态扩散遵从Fick第二定律 菲克第二定律菲克第二定律：表示客观，计算量大，反映时空变化菲克第一定律菲克第一定律：假设煤基质块内，煤层气在扩散过程中每一个时间段都有一个平均煤层气浓度 　采气工程　采气工程五、煤层气产出机理五、煤层气产出机理煤层气的产出阶段煤层气的产出阶段影响半径/R储层压力/P0阶段一只有压降传递无水气流动CAB压降曲线阶段二饱和单相水流阶段三非饱和单相流少量气泡阶段四水气两相流水气混合阶段五水气两相流以气为主相对渗透率/K0.01.0气水两相流动区域水单相流区域水气静水区域煤层气的产出阶段煤层气的产出阶段　采气工程　采气工程u第一阶段第一阶段: 仅有压降传递仅有压降传递,无水气流动阶段无水气流动阶段 压降幅度比较小压降幅度比较小,还不足以使煤层中的水产生流动还不足以使煤层中的水产生流动,煤层气无法解吸煤层气无法解吸,处于静水阶段处于静水阶段.u第二阶段第二阶段: 饱和水单相流阶段饱和水单相流阶段 随着压降幅度的增大随着压降幅度的增大,煤层中的裂隙水开始流动煤层中的裂隙水开始流动, 极少量游离气或溶解气在裂隙系统极少量游离气或溶解气在裂隙系统中将处于运移状态中将处于运移状态,此阶段以饱和水单相流为表征此阶段以饱和水单相流为表征.u第三阶段第三阶段: 非饱和的单相流阶段非饱和的单相流阶段 压力进一步下降压力进一步下降,一定数量煤层气解吸出来一定数量煤层气解吸出来,形成气泡形成气泡,阻碍水的流动阻碍水的流动,水的相对渗透率水的相对渗透率下降，处于非饱和单相流阶段下降，处于非饱和单相流阶段.u第四阶段第四阶段: 气水两相流阶段气水两相流阶段 储层压力进一步下降储层压力进一步下降,解吸气、溶解气、游离气开始在裂隙系统中扩散，气体渗透解吸气、溶解气、游离气开始在裂隙系统中扩散，气体渗透率逐渐增大，气产量逐步增多率逐渐增大，气产量逐步增多, 水产量开始下降，直至气泡相互连接水产量开始下降，直至气泡相互连接,形成连续的流线形成连续的流线, 处于气处于气-水两相流阶段水两相流阶段,但此阶段水的相对渗透率大于气体相对渗透率但此阶段水的相对渗透率大于气体相对渗透率.u第五阶段第五阶段: 水气两相流阶段水气两相流阶段压力进一步下降压力进一步下降,吸附气体的大量解吸吸附气体的大量解吸,处于以气为主的水处于以气为主的水-气两相流阶段气两相流阶段.五、煤层气产出机理五、煤层气产出机理产出各阶段特征：产出各阶段特征：　采气工程　采气工程六、小结六、小结ü总结前人研究成果，指出Warrenh-Root双重孔-裂隙模型、双直径球型孔隙模型及 “三元结构”模型各自的适用性。

ü对煤层气三种赋存方式——吸附气、溶解气、游离气的储集机理进行阐述，并对其相互转化条件进行了分析总结ü根据目前的经济、技术水平，指出煤层气产出的三大先决条件，并阐述了产出的主控因素 ü对煤层气产出及排采的“一条曲线”、“二元解吸”、“三层产出”、“四种流态”进行详细阐述，为煤层气排采过程中物性参数变化规律和排采控制理论研究奠定基础。