煤储层含气性及其地质控制

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1、第五章煤储层含气性及其地质控制含气量是确定煤层气资源量必不可少的参数，与储层压力和吸附等温线结合起来使用，还可以预测煤层气的产能。值得注意的是，并不是每个含煤区，每个煤层都赋存有可供开采的煤层气。因此，必须预先测定煤层的含气量。第一节煤储层含气量的构成煤层含气量测定方法目前为大多数人所接受的是美国矿业局（USBM）的直接法（Kissel等，1973）。我国在此基础上作了大量修改，由抚顺分院等单位制定了“煤层瓦斯含量和成分测定方法”（MT-77-84、MT-77-94）。新的煤层气含量测定方法（GB/T19559—2004）见附录五。一、阶段含气量1、USBM直接法USB

2、M直接法测定的煤层含气量是由三阶段实测气量构成，即逸散气量、解吸气量和残留气量。逸散气量：指从钻头钻至煤层到煤样放入解吸罐以前自然析出的天然气量。这部分气体无法直接测得，通常依据前两小时的解吸资料推测。逸散气的体积取决于钻孔揭露煤层到把煤样密封于解吸罐的时间、煤的物理特性、钻井液特性、水饱和度和游离态气体含量。缩短取心时间是准确计算逸散气的有效途径之一，如采用绳索取心对于600m的井深只需几分钟，这就大大降低了逸散气的体积。不同物理特性的煤具有不同的解吸速率，如碎粉煤、糜棱煤由于扩散距离短造成逸散气体积大。钻井液的比重较大时对于煤层气的逸散有阻滞作用。如果煤储层被水饱和

3、，游离态煤层气含量低，则逸散气体积小；相反如果煤储层未被水饱和，游离态煤层气含量高，则逸散气体积较大。解吸气量：解吸气是指煤样置于解吸罐中在正常大气压和储层温度下，自然脱出的煤层气量。终止于一周内平均解吸气量小于10ml/d或在一周内每克样品的解吸量平均小于0.05ml/d，实测的解吸气量只是总解吸气量的一部分，总解吸气量应包括逸散气量。96残留气量：是指充分解吸结束后残留在煤样中的气量。将样品罐加入钢球后密封，放在球磨机上磨2h，然后按测试解吸气的程序测残留气。残留气或者是由于扩散速率极低所致，或者是在一个大气压下煤层气处于吸附平衡状态，不再解吸。根据Diamond对

4、美国1500个煤样的统计，残留气体积在低煤级煤中可占总含气量的40%-50%，而中高变质烟煤的残留气仅占总含气量的10%以下。我国晋城无烟煤中残留气量介于1.82%~10.15%之间，平均为6.0%。在煤层气开发中要特别注意残留气的含量，因为这部分气体是目前经济技术条件下难以回收的。2、MT-77-84解吸法我国MT-77-84测定的煤层含气量由四部分组成，包括损失气量（V1）、现场2h解吸量（V2）、真空加热脱气量（V3）以及粉碎脱气量（V4）。国内、外解吸气中逸散气量（损失气量）所指部分是相同的，但国内2h解吸气量只是美国解吸气量的一部分，且不是在储层温度下进行的，

5、尽管气体体积校正到标准状态，但不同温度条件下，煤层气的解吸速度不同。因此，由2h解吸气量推算的逸散气量（损失气量）也存在差别。解吸温度低时，逸散气量（损失气量）偏少；解吸温度高时，逸散气量（损失气量）偏大。在现场把出井的煤心或煤屑立即装罐密封，以样品罐密封起计时测量。解吸气量的测定及求取过程中需要进行精确的时间记录。包括：开始钻遇煤层时间（t0）、开始取芯时间（t1）、开始起钻时间（t2）、煤芯提至井深一半时间（t3）、煤芯提出井口时间（t4）、完成煤心封罐时间（t5）、开始解吸时间（t6）。USBM法测试要求解吸开始按每小时计量4~5次，压力不超过28~34KPa，含

6、气量高的样品计量要求加密，几天过后气量已经很小，气压发生波动，要防止发生倒吸现象，当解吸速率降为一周内平均每天低于10ml时，停止现场解吸。国内煤层瓦斯解吸仪进行解吸测定时要求煤芯提出井口时间(t4)与完成煤芯封罐时间(t5)间隔小于15min，密封时间与解吸时间间隔小于2min，现场解吸2小时后，停止解吸。在美国应用USBM法测定含气量时一般不测定残余气量，因为解吸周期长，残余气体难以解吸，对采收率几乎没有影响。国内进行现场2h解后，必须测定残余气量。将经过解吸测定的煤样，在密封状态下尽快送到试验室进行加热脱气，加热脱气后将煤样粉碎，再进行一次脱气（简称粉碎脱气）。即

7、要经过以下两个步骤：加热脱气：开罐之前抽真空，加热至95ºC，一直进行到每半小时内脱出气量小于10ml为止（一般持续5h左右）。粉碎脱气：煤样密封在球磨罐中到球磨机上粉碎4~5h，使煤样粒度磨到0.25mm以下，然后再进行抽真空、加热脱气5h左右。二、逸散气量（损失气量）的计算逸散气量（损失气量）与取心至样品密封解吸罐中所需时间有关，取心、装罐所需时间越短，则计算的逸散气量（损失气量）越准确。当逸散气量（损失气量）不超过总含气量的20%时，直接法所测的含气量比较准确。解吸气和逸散气（损失气量）是煤层气的可采部分，因此准确测定逸散气（损失气