毕业设计（论文）-河南省煤层气目标区优化方法研究.doc

学校代码：6155 学 号：200802111125 HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 毕业论文毕业论文 题 目 河南省煤层气目标区优选方法研究 学生姓名 专业班级 学 号 系 （部） 指导教师(职称) 完成时间 河南省煤层气目标区优化方法研究 河南工程学院河南工程学院 论文版权使用授权书论文版权使用授权书 本人完全了解河南工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意 如下各项内容：按照学校要求提交论文的印刷本和电子版本；学校有权保存论 文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文； 学校有权提供目录检索以及提供本论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按 有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为 目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 论文作者签名： 年 月 日 河南省煤层气目标区优化方法研究 毕业设计毕业设计(论文论文)原创性声明原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文，是本人在指导教师指导下，进行研究工作所取 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文的研究成果不包含任何他人创作 的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出 贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法 律责任由本人承担。 论文作者签名： 年 月 日 河南省煤层气目标区优化方法研究 目录 摘 要.I Abstract.II 1 绪论 .1 1.1 研究煤层气的背景和意义 .1 1.2 国内外煤层气开发历史与现状 .2 1.1.2 国外煤层气开发的现状和历史 .2 1.1.3 国内研究现状和存在问题 .3 1.3 研究内容、思路及方法 .4 1.4 论文主要创新点 .6 2 煤层气的生成，赋存和运移机理 .7 2.1 煤层气的生成机理 .7 2.2 煤层气的赋存机理 .8 2.3 煤层气的运移机理 .9 2.3.1 煤层气的解吸机理 .9 2.3.2 煤层等温吸附线的应用 .9 2.3.3 煤层气的扩散机理 .11 2.3.4 煤层气的渗流机理 .11 3 河南省煤层气地质概况 .12 3.1 研究区概况 .12 3.1.1 地理位置 .12 3.1.2 交通 .12 3.1.3 自然地理 .12 3.2 地层及地质构造和演化 .13 3.2.1 地层概况及含煤地层 .13 3.2.2 地质构造与演化 .14 3.3 煤层中煤层气赋存及煤储层围岩特征 .18 3.3.1 煤储层中煤层气赋存及分布概况 .18 3.3.2 煤储层顶、底板岩性特征 .18 3.3.3 煤储层的封盖条件 .18 3.4 煤储层物性条件 .19 3.4.1 煤质特征 .19 3.4.2 煤储层渗透性 .19 3.4.3 煤储层压力和含气量 .20 3.4.4 煤储层的孔隙发育特征 .21 4 煤层气的控制因素 .24 4.1 成煤环境 .24 4.2 构造作用 .24 河南省煤层气目标区优化方法研究 4.2.1 含煤盆地构造背景对煤层气的影响 .24 4.2.2 成煤阶段构造活动对煤层气的影响 .25 4.2.3 成煤后构造活动队煤层气的影响 .25 4.3 热力场作用 .26 4.4 水文地质 .27 5 研究区煤层气目标区优选方法研究 .29 5.1 煤层气目标区评价方法 .29 5.2 层气目标区评价指标体系的建立 .29 5.2.1 评价指标体系建立原则 .30 5.3 基于灰色系统理论的目标区评价 .30 5.3.1 灰色系统指标体系的建立 .31 5.3.2 灰色聚类分析法 .32 5.3.3 用灰色聚类法计算目标区 .33 6 结论与展望 .38 6.1 结论 .38 6.2 展望 .38 致 谢 .39 参考文献 .40 附 录 .41 河南省煤层气目标区优化方法研究 I 河南省煤层气目标区优选方法研究 摘 要 煤层气目标区优选是煤层气勘探与开发中的一项非常重要的基础性工作，其研 究的结果直接决定了煤层气开发成功与否，河南省有着广阔的煤田，丰富的煤层气 资源，具有着良好的煤层气开发前景。然而国内外对煤层气的研究已经有多年的历 程，但至今尚未建立起完善的煤层气目标区优选体系，这样就制约了我省煤层气规 模化开发和商业化运行的步伐。 本论文在查找了煤层气生成，储集，运移和产出机理的基础上，收集了我省各 地区大量地质资料并在借鉴了国内外先进的研究成果的基础上，分析了煤储层地质 因素对煤层气产生和富集的影响。建立了相应的煤层气目标区评价指标体系。通过 对比其他几种评选煤层气目标区的方法，最后采用灰色聚类分析理论，对我省部分 煤层气勘探重点区域进行聚类分析，建立相应的灰色数学模型，进行计算并列出本 省煤层气目标区优劣等级。结果显示：在河南省各个区域中，安鹤属于煤层气资源 有利区域，平顶山、焦作为煤层气资源较有利区域，禹州、永夏是煤层气资源潜力 区。应该优先开发我省煤层气资源有利区域如安鹤煤田区，这样可以减少投资风险， 实现煤气双能源共采、根除瓦斯灾害、构建安全型矿山具有一定的参考价值。 关键词：河南省；煤层气；目标区；优选；灰色聚类分析法； 河南省煤层气目标区优化方法研究 II PREFERRED METHOD OF CBM TARGET AREA IN HENAN PROVINCE Abstract Evaluation and optimization of coal-bed methane blocks favorable is a very important basic work in the process of coal-bed methane exploration and development.and the results of its study directly decide the success or failure of coal-bed methane development. Henan Province has a vast coalfield, coalbed methane resources, with good prospects for coalbed methane development.However, However, the study of coalbed methane in domestic and abroad have years of history, but has yet to establish a sound coalbed methane target area preferred system, thus restricting the province coalbed methane scale development and the pace of commercial operation. This thesis is in the lookup on the basis of the coalbed methane generation, reservoir, migration and output mechanism to collect geological data of the various regions of the province and draws domestic and international advanced research results on the basis of analysis of coal reservoirsgeological factors on the production and enrichment of coalbed methane. The coal-bed methane target areas of evaluation index system was established. Method by comparison of several other selected coal-bed methane target areas, and finally the use of gray clustering analysis theory, clustering analysis of the province part of the coalbed methane exploration in key areas, to establish the corresponding gray mathematical model to calculate and list the province coalbed methane target District, the pros and cons of grade.The results showed that: In various regions of Henan Province, Anhe is excellent area of the coalbed methane resources .Pingdingshan、Jiaozuo are medium areas of the coalbed methane resources, Yongxia、Yuzhou are poor areas of coalbed methane resources. Superior region should 河南省煤层气目标区优化方法研究 III give priority to the development of coalbed methane resources in our province, thus reducing the investment risks, development of coalbed methane resources in our province, Gas double the energy of mining, the eradication of the gas disaster, and to build safe mine has a certain reference value with some reference value. KEYWORDS: Henan Province ,CBM,target area,preferred ,gray cluster analysis 河南省煤层气目标区优化方法研究 1 1 绪论 1.1 研究煤层气的背景和意义 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者溶解于煤层水中的烃类气体，是一种非常规天然气，俗称 瓦斯。煤层气产业是近几十年来世界上崛起的一个新兴能源产业，研究煤层气勘探 开发主要有三个方面的重要意义： 第一，煤层气是一种新型洁净能源，其开发利用可在一定程度上弥补常规能源 资源的不足。 目前，世界石化能源只能满足全球能源需求的低速增长，资源供应趋紧，成为 当今经济发展的瓶颈。于是拥有巨大储存量的煤层气逐渐走进人们的视野。煤层 气的热值与天然气相当，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。我国 煤层气储量丰富，加大煤层气开发力度是实现我国能源结构优化调整的重要手段。 第二，减轻矿井灾害程度和降低矿井生产成本。 煤层气空气浓度达到 5%-16%时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故 的根源。加大煤层气（煤矿瓦斯）开发力度，是实现煤矿安全生产的可靠保障之 一。 第三，减少温室气体排放，保护大气环境。 资源和环境制约等全球变化因素，对传统能源格局提出挑战。能源利用将进一 步向节能、高效、清洁、低碳方向发展。煤层气的主要成分 CH4是温室气体，煤层 气直接排放到大气中， 其温室效应是二氧化碳的2125倍，对生态环境破坏性极 强。利用煤炭产生的二氧化碳比利用石油和天然气高得多。在全球高度重视气候 变化的今天，加大煤层气开发力度，是降低温室效应、实现节能减排的重要措施所 以煤层气资源的开发可实现能源、安全、环境三重效益。 河南省煤层气目标区优化方法研究 2 1.2 国内外煤层气开发历史与现状 1.1.2 国外煤层气开发的现状和历史 根据国际能源机构(IEA)估计, 全球陆上煤田在埋深2000m以浅的煤层气资源量 约为2601012m3,是常规天然气探明储量的两倍多，俄罗斯、加拿大、中国、美国 和澳大利亚均超过101012m3 (见表1-1) 。 表1-1世界主要产煤国煤层气资源 国家 煤层气资源 (1012m3) 国家 煤层气资源 (1012m3) 俄罗斯17113波兰 3 加拿大676英国 2 中国3035乌克兰 2 美国11.319哈萨克斯坦 1 澳大利亚814印度 0.8 德国 3 南非 0.8 1）美国 美国在煤层气的研究、勘查、开发利用方面处于世界领先地位,是世界上率先 取得煤层气商业化开发最成功的国家。 1953年,美国在圣胡安盆地钻探完成了第一 口煤层气试验井。到1981年地面钻井技术开采煤层气获得了突破性进展后,美国的 煤层气生产达到了商业化规模。在勘查和研究过程中，通过现场和实验室工作的紧 密配合，率先建立了中阶煤煤层气成藏与开发的系统理论，形成了以圣胡安和黑勇 士盆地为中心的煤层气产业基地。美国目前开采的煤层气主要是输入天然气管道系 统,除用于民用、发电之外,还有少部分作为汽车燃料和化工原料。煤层气占气体能 源(天然气)总量的8%10% ,成为重要的能源资源，如今其煤层气产量与我国天然 气产量大致相同。 2）加拿大 加拿大煤层气开发比较晚，但多年来其政府一直支持煤层气的发展,一些研究 机构根据本国以低变质煤为主的特点,开展了一系列技术研究工作, 在多分支水平 河南省煤层气目标区优化方法研究 3 羽状井、连续油管压裂等技术方面取得了进展,降低了煤层气开采成本, 煤层气的 发展进入了一个新阶段。煤层气年产量达到5.1，到2004年,煤层气生产井已达 2900多口,年产量达到15.5108m3。 3）澳大利亚 澳大利亚早在1976年就开始开采煤层气，19871988年期间已经用地面钻井方 法在煤层中采出了煤层气。20002001年度仅昆士兰的鲍恩盆地用于煤层气勘探的 费用就达4440万美元,占该盆地全部1.2108美元勘探费的37%。昆士兰天然气公司 已经在靠近Chinachill 的Argyle-1井取得煤层气生产成功,日产气量超过 28320m3。鲍恩煤田的Reat 井的产量达到7.1104m3/d,煤层气的勘探和生产已经 成为昆士兰的石油和天然气工业的基本部分。 1.1.3 国内研究现状和存在问题 1.1.3.1 国内研究现状 我国煤层气地面勘探工作开始于 1989 年，到目前为止已在 12 个省、一自治区 登记了 64 个煤层气勘探区块，勘探总面积 81810.3km2。取得了一批重要的勘探成 果，并在一些重点区块进行了煤层气商业性开发示范。具有煤层气商业化开发前景 的五大重要勘探区块分别是：沁水盆地南部、沁水盆地北部、陕西韩城区块、阜新 盆地、准噶尔盆地，实现小规模商业性煤层气地面开发的项目有山西沁水枣园井组 煤层气开发试验项目、辽宁阜新刘家井组煤层气开发项目、山西晋城潘庄煤层气地 面开发项目、山西沁南煤层气开发利用高技术产业化示范工程潘河先导性试验 项目（(简称潘河项目)） 、山西省沁水县端氏煤层气开发示范工程项目、山西沁 南樊庄煤层气开发项目。 目前井下抽放煤层气利用量较低，不足 50，主要是矿区居民用气和自备发 电，少部分用于福利事业及工业原料，很大一部分排空，这部分资源浪费很大，开 发利用的空间也很大，应该引起政府有关部门和有关企业的重视。 1.1.3.2 国内煤层气研究存在问题 迄今为止，我国共在 42 个地区进行过煤层气勘探或开发试验。目前除晋城、 阜新开始商业性生产以及大宁、吉县、恩洪等仍在勘探或排采试验外，其余地区均 河南省煤层气目标区优化方法研究 4 暂时停止或被放弃.取得一定商业气流的煤层气井，仅局限在沁水盆地、鄂尔多斯 盆地等。这一方面反映了煤层气勘探和开发工作艰巨性，另一方面也说明，我们在 选区的思路、评价的方法、勘探的步骤等方面有许多值得改进和提高的地方。目前 我国煤层气选区地质评价评价主要存在如下问题： （1）中国已有煤层气选区的评价标准主要参照国外的经验，但国内煤层气地 质条件与国外相比差别很大，经济，技术条件也存在差距，因此国内早期煤层气勘 探的单井产量和经济效果不尽如意。 （2）我国目前煤层气选区的评价指标针对中煤阶煤层气制定，但不同煤阶煤 层吸附性、渗透性、机械性质等存在明显差异，产气规律也有所不同，对应的开发 技术也不同，因此现行的标准使得低煤阶和高煤阶煤层的煤层气选区评价受到制约 （3）影响煤层气产气目标区评价的参数很多，对于某个特定的地区来说，一 些参数所起作用甚大，另一些小，因此既存在参数取舍问题，也存在取值范围的问 题，各方面意见不一，其基本出发点是着眼于全国性的标准，因而在实际工作中对 各个矿区不同情况针对性不强。 （4）煤层气目标区评价从根本来说是找煤层气富集区，但就目前资料来看， 符合富集条件的地区很少，而对含气量高但渗透率低或者渗透率高而含气量中等的 地区的问题没有很好的解决，使得我国目前选区结果不理想，延缓了煤层气勘探开 发的步伐。 （5）对于影响煤层气的地质因素，有些参数资料可以通过已经的煤田勘探资 料获得，而有些参数如渗透率、含气饱和度、储层压力等数据不多，就需要通过预 测得到，这样不同程度的存在问题。然而在国家一系列重大课题的资助下，针对中 国具体地质条件的煤层气地质学与勘探开发的基本理论已日臻完善。 1.3 研究内容、思路及方法 本论文主要以河南省各个地区煤田的煤层气地质背景条件，构造特征和演化， 煤层气赋存的规律及控制地质因素为基本资料条件，运用灰色聚类分析法进行优选 排序，主要研究内容即：对河南省各个煤层气目标区排出优劣等级，对勘探开发我 省煤层气资源给予一定参考价值。 河南省煤层气目标区优化方法研究 5 煤层气目标区优选是通过对煤层气的生成，储集，封盖，运移，聚集，保存规 律的了解，来演绎出系统的煤层气目标区优选评价准则体系及模型，从系统模型的 角度来看，对各个准则参数关于煤层气资源的影响程度综合分析评价，得出结论。 本文在充分利用河南省地质勘探资料和煤矿生产地质资料的基础上，以现代煤层气 地质理论为指导，以我省的煤层气地质条件，构造演化，煤层气赋存规律及控制地 质因素为已知条件，对煤层气资源开发优劣等级进行优选，重点在以下方面做了一 些工作: 1）在系统分析本区煤层气生成、储集、运移、产生机理的基础上，分析本地区构 造和煤储层的特征特性对煤层气资源的影响； 2)对于实测的各个数据进行有效统计后，并将各个参数进行计算，整理后得出评价 准则体系所需要的参数数据，主要研究内容及技术路线见图 1-1； 3) 在前人的研究基础上，根据我省煤层气资源特征，运用灰色聚类分析法演绎得 出参数阀值，建立数学模型，运用该模型对各个目标区进行优选排序得出结论。 图 1.1 主要研究内容和总体技术路线图 煤层气目标区优选 煤层气生成、储集、运移机理煤储层特征矿区地质特 征和 演化史 目标区排序指标体 系建立 灰色聚类分析模型 目标区等级排列 河南省煤层气目标区优化方法研究 6 1.4 论文主要创新点 基于国内外对煤层气资源开发的迅猛势头和大好形势，我省一些井田也投入了 大量的人力和财力，进行了初步的勘探开发，本论文针对这一形势对我省各个煤层 气目标区进行了理论研究排序，搜集了大量我省各地区的构造演化，矿区地质构造 特征和煤储层特征的资料后，利用灰色聚类分析法对各区煤层气目标区进行评价， 论文主要创新点如下： （1）在前人研究的基础上，针对我省煤层气目标区的实际的地质情况，建立了 相应的煤层气目标区优选参数准则体系； （2）利用灰色聚类分析法这一数学工具建立数学模型，通过定量计算得出我省 各主要含煤地区的煤层气目标区优劣分类等级。 河南省煤层气目标区优化方法研究 7 2 煤层气的生成，赋存和运移机理 煤层气为自生自储型非常规天然气资源，煤层气储层不同于常规石油天然气 储层，具有许多独有的特点。因此，煤层气目标区优选排序不能完全照常规油气藏 的理论和方法，需要建立适合于煤储层特点的煤层气储层的理论，和方法。因此， 对于煤层气开发目标区的优选，首先理解煤层气的生成、储集、运移机理。 2.1 煤层气的生成机理 煤主要是由高等植物遗体经过泥炭化作用和煤化作用转变而成的固体可燃有 机岩。当泥炭被其它沉积物覆盖时，泥炭化作用结束，随后在温度和压力作用下， 发生煤化作用。煤化作用的结果，一是泥炭转变为固态的残留物褐煤、烟煤和 无烟煤，二是生成水和气体挥发分产物，根据化学组成和物理结构在煤化过程中的 变化，煤化作用的高低程度用煤级表示。 从分子角度来说，每种有机质的基本结构单元主要是带有短侧链和杂原子的 官能团如羧基（-COON），轻基（-OH），甲氧基（-OCH3）的缩合芳香核体系， 其碳原子抓哟集中在芳香稠环中。稠环方核由于有牢固的键能结合力，因而具有较 高的热稳定性，二侧链基团与稠环之间的结合力相对较弱。在煤化作用过程中，煤 中有机质在温度、压力作用下，缩合芳香核体系数目则不断增加，结构单元不断增 强，侧链逐渐减少，缩短，官能团减少，芳香核环数目则不断增加，结构单元不断 增大，纵向堆砌加厚，排列有序化，相应地碳含量和镜质组反折射率逐渐增高。同 时，断裂下来的官能团和侧链生成甲烷，二氧化碳和水等挥发性物质及少量重烃， 成煤作用各阶段形成甲烷气课用下列反应式表示： 4C16H18O5（泥炭） C57H56O10（褐煤） +4CO2+3CH4+2H2O C57H56O10（褐煤）C54H42O10（亚烟煤）+CO2+2CH4+3H2O C15H14O （烟煤）C13H4（无烟煤） +2CH4+H2O 实际上，由泥炭至无烟煤，有机质的演化是脱氧去氢富碳的芳核缩合过程，在 此过程中伴随有大量的甲烷气体的生成，生气强度随煤级的增加变化很大。根据热 模拟实验结果和煤系地球化学分析资料，将煤系有机质的演化过程划分为三个阶段。 河南省煤层气目标区优化方法研究 8 泥炭-木质褐煤-亚烟煤相当于我国的泥炭褐煤（R。0.5%）为未成熟阶段，成 煤有机质在微生物和氧的作用下生成 CO2，H2O 和 CH4）这种甲烷称为生物成因甲 烷。高挥发分烟煤-中挥发分烟煤-低挥发分烟煤（相当于我国的长焰煤-瘦煤 （0.5%R。1.9%）为过成熟阶段，由于有机质芳构化程度和苯环缩聚大大加强， 大部分富氢侧链脱落，加之前期生成的大分子烃类在高温下裂解，都形成甲烷。因 此，甲烷是此阶段的主要产物。 据估算，在从褐煤到无烟煤演化过程中，每吨煤可生成甲烷气约 142200m3， 起重工绝大部分散发到相邻的岩层，成为常规天然气的重要气源，仅有 10%左右 以吸附态保留在煤层中。 2.2 煤层气的赋存机理 煤层气以吸附态、游离态、和溶解态 3 种形式储集于煤储层中，其中以吸附 态为主，约占总量的 8095%。 游离气：在气饱和的情况下，煤的孔隙和裂隙中充满着处于游离态的气体。其 含量不大，据估算，中变质程度煤中，在埋深 3001200m 的范围内，游离态气体 仅占总量的 512%。 水溶气：水对甲烷有一定的溶解能力，但和气体气体相比，溶解度较小，一般 每升水课溶解零点几升到几升甲烷气体。 吸附气：煤是一种多孔介质，具有很大的内表面积，对气体分子有很强的吸附 能力。这种吸附属于物理吸附，是由范德华力引起的，气体和固体间的结合力较微 弱，这种吸附具有快速，可逆的特征。因而就存在吸附平衡，即在固体表面同时进 行着吸附具有快速和解吸这样两种相反的过程，当这两种作用的速度相等时，就达 到吸附的动态平衡。吸附等温线有五种主要类型，如图 2-1 所示 河南省煤层气目标区优化方法研究 9 图 2-1 BET 等温吸附曲线五种类型 2.3 煤层气的运移机理 2.3.1 煤层气的解吸机理 煤对气体的吸附属于物理吸附，具有可逆性，即存在一个吸附与解吸的平衡点， 当压力降低，原来的平衡被打破，吸附在煤基质表面上的气体就会解吸下来，重新 回到微孔隙空间成为气态的自由气体，以达到新的平衡，这一等温解吸过程与等温 吸附过程是相同的，可用等温吸附曲线来描述。实际工作中常用等温吸附曲线预测 煤储层在生产过程中随压力下降解吸出来的煤层气量。 2.3.2 煤层等温吸附线的应用 实验说明，煤层吸附等温线与等温解吸曲线重合，即吸附过程和解吸过程是可 逆的，因而吸附特征可反映解吸特征。利用吸附等温线结合煤层储层压力数据可确 定煤层含气量、含气饱和度、临界解吸压力等。 河南省煤层气目标区优化方法研究 10 图 2-2 煤的等温吸附曲线与临界解吸压力示意图 1) 估算煤层含气量 若煤层中气体的吸附处于饱和状态，就可利用吸附等温线估算煤层含气量。但 要知道地层的温度和压力，在吸附等温线图上查出地层温度与压力条件下对应的吸 附量即为理论含气量。理论的含气量并不代表真实含气量，只是说明煤层中可能吸 附的最大气量；通过取心直接测定的含气量才是可靠的，称为实际含气量。 如果实际含气量高于理论含气量，表明有相当数量的游离气存在，为过饱和煤 层气藏；如果等于理论气量，则为饱和煤层气藏；如果低于理论含气量，则为欠饱 和煤层气藏 2) 确定煤层气的临界解吸压力 临界解吸压力是指煤层降压过程中气体开始解吸点所对应的压力值。对于过饱 和煤层气藏，只要煤层储层压力下降，就有吸附气从煤中解吸；对于欠饱和煤层气 藏，井筒液柱压力降到临界解吸压力以下时，才能有吸附气解吸出来。所以，可以 根据临界解吸压力与煤层储层压力了解煤层气早期排采动态，即临界解吸压力越接 近地层压力，排水采气中需要降低的压力越小，越有利于气体降压开采。 3) 确定煤层气的含气饱和度 河南省煤层气目标区优化方法研究 11 煤层气的含气饱和度指煤层气在储层条件下所达到的吸附饱和程度。是某一地点的 煤层实测气含量与该点储层压力条件下的理论吸附量之比。依据含气饱和度可以分 析煤层气产出的基本特征。含气饱和度是实测含气量与原始储层压力对应的吸附气 量的比值。 2.3.3 煤层气的扩散机理 扩散是流体分子在浓度梯度驱动下由高浓度区向低浓度区随机流动的工程。煤 层气穿过煤基质和唯恐的扩散是由体积扩散（分子与分子间的相互作用）、克努森 扩散（分子与孔壁间的相互作用）和面积扩散（吸附的类液体状甲烷薄膜沿微孔隙 的转移）共同作用的结果。对于已进行商业开发的煤层气藏来说，扩散对于气产量 的影响很小，通常可以忽略不计。这是因为，商业性开发的煤层气藏都有发育比较 好的天然裂隙系统，微孔到裂隙的扩散距离很短，不会明显影响气产量。 2.3.4 煤层气的渗流机理 煤层气渗流的主要通道是煤中裂隙，在压力梯度作用下，煤层气沿压力降低方 向做层流流动，其流动符合达西定律。煤层气是气水两相共存，气、水以各自独 立的相态混相流动，其流速与各自有效渗透率成正比。有效渗透率是气，水共存时 煤通过每一相流体的能力。相对渗透率是每一相流体的有效渗透率与煤层绝对渗透 率的比值。在实际工作中常用相对渗透率。显然煤储层中的流体的流量与煤储层绝 对渗透率、相对渗透率、储层压力成正比。因此，他们是决定煤层气产能的重要储 层参数，是煤层气评价的主要对象。 河南省煤层气目标区优化方法研究 12 3 河南省煤层气地质概况 3.1 研究区概况 3.1.1 地理位置 河南省位于我国中东部、黄河中下游，位于北纬3123-3622，东经110 21-11639 之间，地处沿海与中西部结合部，东接江苏、山东、安徽，北接河 北、山西，西连陕西，南临湖北，总面积16.7万平方公里，约占全国总面积的 1.73%。 3.1.2 交通 河南是我国南北、东西交通大动脉的枢纽要冲，亚欧大陆桥和进出西北六省 的门户。独特优越的地理位置，使河南成为国家战略综合交通枢纽。河南省铁路通 车里程居全国首位，郑州、商丘、洛阳都是国家铁路交通十字枢纽。京九、焦枝、 陇海等国家铁路以及漯阜铁路、汤台铁路等地方铁路线以及多条城际铁路构成了 通畅的铁路交通。 河南公路交通网络发达，京港澳高速 、连霍高速、济广高速、大广高速等 9 条国家高速公路及 106、107、310 等 9 条国道纵贯河南。 3.1.3 自然地理 （1）地形地貌 河南省呈望北向南、承东启西之势。地势西高东低，北、西、南三面太行山、 伏牛山、桐柏山、大别山沿省界呈半环形分布；中、东部为华北平原南部；西南部 为南阳盆地。在全省面积中，山地丘陵面积7.4万平方公里，占全省总面积的 44.3%；平原和盆地面积9.3万平方公里，占总面积的55.7%。 （2）水文和水资源 河南横跨黄河、海河、淮河、长江四大水系。黄河横贯中部，境内干流711公 里，流域面积3.62万平方公里。省境中南部淮河，干流长340公里，流域面积8.83 万平方公里。北部的卫河、漳河流入海河。西南部的丹江、湍河、唐白河注入汉 水。河南境内1500多条河流纵横交织，全省水资源总量413亿立方米，水资源人均 占有量440立方米。 河南省煤层气目标区优化方法研究 13 （3）气象 河南属暖温带-亚热带、湿润-半湿润季风气候。一般特点是冬季寒冷雨雪少， 春季干旱风沙多，夏季炎热雨丰沛，秋季晴和日照足。全省年平均气温一般在12 16之间，一月-33，七月2429，大体东高西低，南高北低，山地 与平原间差异比较明显。 3.2 地层及地质构造和演化 3.2.1 地层概况及含煤地层 河南晚古生代沉积晚于华北盆地的北带和中带，石炭世本溪组仅沉积于三门峡 郑州鄢陵一线以北和以东地区；此线以南地区仍处于风化剥蚀阶段，直到晚石 炭世末期大规模海平面上升时才接受沉积。这样河南省北部和东部地区上石炭世本 溪组不整合于中奥陶统之上，而南部地区为早二叠世太原组直接超覆于中、上寒武 统之上。 河南晚古生代的大地构造条件属基本稳定型，盆地基底持续缓慢沉降的同时， 河流搬运碎屑物质充填盆地而接受沉积补偿，基本上是一个补偿型盆地。但由于本 区位于华北盆地的南部边缘，豫西南地区沉降幅度较小，豫东、豫北及豫东南地区 沉降幅度较大。主要表现在晚古生代地层东厚西薄的现象十分明显。豫西宜阳、临 汝、陕渑等地晚古生带地层厚 700800m，而豫东永城、夏邑一带均在 1300m 左右。 尤其是太原组、山西组、上石盒子组和孙家沟组的地层厚度在 EW 方向抑或 SN 方向上均有明显差异。太原组在宜洛、陕渑、新安、临汝一带仅 2545m，临汝寄 料、汝阳城东仅分别为 17.74m 和 19.17m，而在豫北安阳、鹤壁一带厚达 105135m，豫东永城达 130150m。豫西山西组 4060m，豫东增至 8095m。下 石盒子组全省厚度变化不大，在 350400m 左右。上石盒子组在豫西陕渑、宜洛、 临汝、新安等地厚度仅 200m 左右，晚二叠世早期末，豫西地区又迅速抬升、隆起， 致使上石盒子组九煤段或八煤段上部部分地层遭受剥蚀，而向豫东增至 400500m。孙家沟组沉积时，豫西沉降幅度小，厚仅左右 200m，而豫东沉降幅度 大，厚达 380 m 以上。 河南省煤层气目标区优化方法研究 14 河南省含煤地层为晚古生代石炭、二叠系和中生代侏罗系。石炭、二叠系地层 发育在陕渑宜洛鲁