煤儲層含氣性及其地質控制

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1、第五章煤儲層含氣性及其地質控制含氣量是確定煤層氣資源量必不可少的參數，與儲層壓力和吸附等溫線結合起來使用，還可以預測煤層氣的產能。值得注意的是，并不是每個含煤區(qū)，每個煤層都賦存有可供開采的煤層氣。因此，必須預先測定煤層的含氣量。第一節(jié)煤儲層含氣量的構成煤層含氣量測定方法目前為大多數人所接受的是美國礦業(yè)局（USBM）的直接法（Kissel等，1973）。我國在此基礎上作了大量修改，由撫順分院等單位制定了“煤層瓦斯含量和成分測定方法”（MT-77-84、MT-77-94）。新的煤層氣含量測定方法（GB/T

2、19559—2004）見附錄五。一、階段含氣量1、USBM直接法USBM直接法測定的煤層含氣量是由三階段實測氣量構成，即逸散氣量、解吸氣量和殘留氣量。逸散氣量：指從鉆頭鉆至煤層到煤樣放入解吸罐以前自然析出的天然氣量。這部分氣體無法直接測得，通常依據前兩小時的解吸資料推測。逸散氣的體積取決于鉆孔揭露煤層到把煤樣密封于解吸罐的時間、煤的物理特性、鉆井液特性、水飽和度和游離態(tài)氣體含量?？s短取心時間是準確計算逸散氣的有效途徑之一，如采用繩索取心對于600m的井深只需幾分鐘，這就大大降低了逸散氣的體積。不同物理

3、特性的煤具有不同的解吸速率，如碎粉煤、糜棱煤由于擴散距離短造成逸散氣體積大。鉆井液的比重較大時對于煤層氣的逸散有阻滯作用。如果煤儲層被水飽和，游離態(tài)煤層氣含量低，則逸散氣體積?。幌喾慈绻簝游幢凰柡停坞x態(tài)煤層氣含量高，則逸散氣體積較大。解吸氣量：解吸氣是指煤樣置于解吸罐中在正常大氣壓和儲層溫度下，自然脫出的煤層氣量。終止于一周內平均解吸氣量小于10ml/d或在一周內每克樣品的解吸量平均小于0.05ml/d，實測的解吸氣量只是總解吸氣量的一部分，總解吸氣量應包括逸散氣量。96殘留氣量：是指充分解吸

4、結束后殘留在煤樣中的氣量。將樣品罐加入鋼球后密封，放在球磨機上磨2h，然后按測試解吸氣的程序測殘留氣。殘留氣或者是由于擴散速率極低所致，或者是在一個大氣壓下煤層氣處于吸附平衡狀態(tài)，不再解吸。根據Diamond對美國1500個煤樣的統(tǒng)計，殘留氣體積在低煤級煤中可占總含氣量的40%-50%，而中高變質煙煤的殘留氣僅占總含氣量的10%以下。我國晉城無煙煤中殘留氣量介于1.82%~10.15%之間，平均為6.0%。在煤層氣開發(fā)中要特別注意殘留氣的含量，因為這部分氣體是目前經濟技術條件下難以回收的。2、MT-7

5、7-84解吸法我國MT-77-84測定的煤層含氣量由四部分組成，包括損失氣量（V1）、現場2h解吸量（V2）、真空加熱脫氣量（V3）以及粉碎脫氣量（V4）。國內、外解吸氣中逸散氣量（損失氣量）所指部分是相同的，但國內2h解吸氣量只是美國解吸氣量的一部分，且不是在儲層溫度下進行的，盡管氣體體積校正到標準狀態(tài)，但不同溫度條件下，煤層氣的解吸速度不同。因此，由2h解吸氣量推算的逸散氣量（損失氣量）也存在差別。解吸溫度低時，逸散氣量（損失氣量）偏少；解吸溫度高時，逸散氣量（損失氣量）偏大。在現場把出井的煤心或

6、煤屑立即裝罐密封，以樣品罐密封起計時測量。解吸氣量的測定及求取過程中需要進行精確的時間記錄。包括：開始鉆遇煤層時間（t0）、開始取芯時間（t1）、開始起鉆時間（t2）、煤芯提至井深一半時間（t3）、煤芯提出井口時間（t4）、完成煤心封罐時間（t5）、開始解吸時間（t6）。USBM法測試要求解吸開始按每小時計量4~5次，壓力不超過28~34KPa，含氣量高的樣品計量要求加密，幾天過后氣量已經很小，氣壓發(fā)生波動，要防止發(fā)生倒吸現象，當解吸速率降為一周內平均每天低于10ml時，停止現場解吸。國內煤層瓦斯解吸

7、儀進行解吸測定時要求煤芯提出井口時間(t4)與完成煤芯封罐時間(t5)間隔小于15min，密封時間與解吸時間間隔小于2min，現場解吸2小時后，停止解吸。在美國應用USBM法測定含氣量時一般不測定殘余氣量，因為解吸周期長，殘余氣體難以解吸，對采收率幾乎沒有影響。國內進行現場2h解后，必須測定殘余氣量。將經過解吸測定的煤樣，在密封狀態(tài)下盡快送到試驗室進行加熱脫氣，加熱脫氣后將煤樣粉碎，再進行一次脫氣（簡稱粉碎脫氣）。即要經過以下兩個步驟：加熱脫氣：開罐之前抽真空，加熱至95oC，一直進行到每半小時內脫出

8、氣量小于10ml為止（一般持續(xù)5h左右）。粉碎脫氣：煤樣密封在球磨罐中到球磨機上粉碎4~5h，使煤樣粒度磨到0.25mm以下，然后再進行抽真空、加熱脫氣5h左右。二、逸散氣量（損失氣量）的計算逸散氣量（損失氣量）與取心至樣品密封解吸罐中所需時間有關，取心、裝罐所需時間越短，則計算的逸散氣量（損失氣量）越準確。當逸散氣量（損失氣量）不超過總含氣量的20%時，直接法所測的含氣量比較準確。解吸氣和逸散氣（損失氣量）是煤層氣的可采部分，因此準確測定逸散氣（損失氣