李辛子--构造煤类型及其煤层气开发研究PPT课件

1、构造煤矿类型及其煤层气开发研究、李辛子2010-9-3、2010年煤层气学术研讨会苏州、2、纲要、1、构造煤矿类型2、构造煤矿气体分布特征3、分析和讨论4、结论、3、构造煤：通过构造作用改变原生煤体的构造和物性特征1、结构煤型、结构环境和结构作用强弱不同的结构煤的变形程度有很大差异，整体作用弱的结构煤有未粘着的粉状炭、可以用手捏碎这两种表现固结的块状煤，致密坚固，岩石的物理强度用手捏碎4、1.1构造煤的分类，5、根据上述命名，对碎片和碎粒的形状和特征结构作进一步补充描述。 可以说明的形状有鳞片状、揉搓皱状、透镜状、角砾状、(不规则)粒状、块状、蜂窝状、网状等，特征结构为揉搓皱状、叶理状、凝胶状、流线状、眼球状等。 例如，可以将结构炭命名为透镜状碎炭、鳞片状碎炭、鳞片状碎炭、搅拌皱状碎炭、凝胶状超碎炭、眼球状准塑性糜炭等。6，1.2糜棱煤的分析，文献中糜棱煤的概念表现出两个含义：糜棱煤描述为“煤容易变成粉末和粉尘，主要粒级在1mm以下” 8，13 。 描述为“致密坚固，发育的S-C组织 9，11 、胶着、波状消光或新矿物形成8”。 最初的记述，在本论文中实际上是指未粘着的微粉炭或软泥炭。 本文提出的糜棱煤是第二种描述，是手不断、致密粘着的煤岩，也符合现代国际上以糜烂岩为硬构造岩的概念。7、两者的区别在于糜棱炭是韧性剪切作用的产物，具有固体流变、S-C组结构、眼球结构、基质中普遍发生的重结作用等特征超破碎炭是脆性结构作用的产物，基质中没有或少有重结现象。 固结的结构炭除了糜棱炭以外，还有超粉碎粒炭等，两者也有联系。 例如，沁水盆地高温高压试验变形煤的研究表明，16煤岩在温度200300、周围压力200300MPa的条件下从脆性转变为韧性，随着煤岩的流变机制的变化，形成了相应的变形结构组合。 在脆性变形条件下，煤岩受到脆性破坏作用和以破碎流动为主的变形作用，形成破碎岩系结构带。 在韧性流动条件下，煤岩的变形以镜质体和惰性体的塑性流动为主，为发育波状的消光、揉流皱、细粒化等变形结构和微细结构型。 随着温度和压力的增加，惰性体成分和温度条件的共同变化制约了煤粉样品的变形机理的变化。 晶体的塑性变形主要发展在惰性体成分内，而镜体成分只保存弱(或无)晶体的塑性变形作用的征兆。 温度和压力的变化也控制着惰性体成分的变形机制的进化。8、2、建立了煤层气分布特征，煤发育区是煤层气吸附解吸行为最活跃、煤层气藏平衡状态最易被破坏的部位之一，每次构造运动形成煤层气的吸附解吸和扩散动力学图。 由于构造炭的发育程度不同，空间构造炭的组合不同，其含气性和渗透性的变化也不同，在地质单元内形成了根据构造炭的种类不同而区分的煤层气体分布的带状。 我国含煤地层经历了许多多期多动力源的结构作用，结构含煤气体动力学具有重复改造的复杂非线性特征。9、2.1结构煤的发育程度，弱作用结构煤(包括碎斑煤、初碎煤等)，经宏观和微观观察，原生煤体的结构特征基本保留，裂隙系统相对发育，渗透性能得到改善，盖的条件好，气体容易聚集，盖的条件强结构作用环境温度高，压力大，流体和时间的作用关系复杂，一般形成软泥炭、超碎粒炭和准塑性糜烂炭等。 这种结构的煤基质粒子小，比表面大，吸附气体容量大，但原生细孔-细孔的双重结构被破坏，其中，填充了未固结炭发育非常密集的基质的二次细孔-细孔，碎片(细粒)通过剪切摩擦还生成镜面和伤痕的结构，固结炭被紧密压实中等作用结构炭包括碎片炭、碎炭、碎炭、碎粒炭等，其含气性和渗透性的变化介于强、弱结构炭之间。 10、煤体结构的变化引起含气性的变化，含气性的变化也在一定程度上作用于煤体结构的变化。 煤岩体吸附甲烷会膨胀变形，强度降低，解吸甲烷会收缩变形。 其主要原因是吸附甲烷降低煤岩的表面能，甲烷气分子的一部分对煤岩的微裂隙具有楔形作用，扩大了煤岩的微裂隙，该作用随着甲烷气压力的上升和吸附性的增强而增大，最终构造煤裂隙密集发育，具有高含量甲烷解吸过程基本上是吸附过程的逆过程，伴随该过程的收缩变形不会沿着吸附过程的原轨迹返回，表明存在一些不可逆变形17。11、构造煤是煤储层强非均质性的表现18。 在某构造带中，出现了不同构造的煤型组合，其含气性和渗透性在空间上显示出明显的分带性，在不同构造带中构造的煤层气藏的分带性更加明显。 2.2煤层气储藏的非均质性，简单的破碎岩系列的顺煤层滑动(断层和皱纹)发育模型的描述中，上下部位为原生构造炭，夹着构造炭，原生构造炭和构造炭具有不同的含气性、渗透率，但构造炭内部的组合也有差异，从初破碎炭到破碎炭煤层断层模型中，煤层气成为开放系统，断层封闭性能差时，断层附近的气体含量显着降低，气体非均质性变化剧烈。12、我国不同煤层煤层气藏具有明显的时代和地域特征，概括来说，这与结构煤的发育程度有一定的对应关系。 2.3中国构造煤层气藏分布，低煤层构造煤层气藏主要分布在准噶尔盆地的南缘，鄂尔多斯盆地的西缘等前陆盆地，这些煤层主要形成于侏罗纪、白垩纪、第三纪，经验构造期少，活动弱，构造炭的发育程度和煤层气藏的非均质性相对弱中高煤层构造的煤层气藏主要分布在华南推滑带、南华北、楚东黔西、川南黔北等含气盆地群，这些煤层主要形成石炭纪、二叠纪、三叠纪，构造期多，活动强，构造煤的发育程度和煤层气藏非均质性强，煤层气勘探的、13、不同碳化作用的煤对结构应力响应的研究表明，4、10、19结构应力能提高煤的演化速度，被视为碳化作用的“催化剂”。 结构炭在结构作用下发生分解、聚合、异构化、芳香族结构、分子重排等多种化学物理反应的过程中，有机质向两个方向变化：1)聚合形成更大的高芳香族结构；2 )与低分子化合物形成气态烃，促进结构炭层气体的形成和浓缩。 因此，在区域上低煤层构造煤的发育不同的部位，由于结构的不同作用，局部可能会出现中高煤层构造煤及其相应的煤层气富集区。、14、3、讨论，从我国构造煤发育区煤层气的开发实践和煤矿区气体的防治经验来看，构造煤层气藏开发的特点是强调系统论思想和辅助技术的集成开发：煤层气开发对象不仅包括煤层，还包括煤岩系的顶板和混凝土煤层气开发的难点是技术集成度高，经济成本和风险挑战也高。15、3.1煤层气开发的对象是原生构造炭、弱构造炭(包括初破碎炭、破碎炭等)中，煤层是储藏层开发的对象，适用于通常的开发技术。 原生结构炭-弱结构炭，固结炭，特别是强结构固结炭(包括细粒炭、超细粒炭、(准塑性)糜棱炭等)的煤岩体具有一定的刚性力学强度，为了解决低渗透率问题，在加强储层保护的同时，扩大了井筒和煤接触的有效采气空间，实现了平衡对于固结结构炭、16、未固结炭(包括碎片炭、微粉炭、软泥炭等)，微粉炭、微粉炭堵塞细孔、裂缝和开采设备，采气效率降低，事故频发，因此该结构炭储层不适合直接开发，需要重新审视开发对象。 主要想法是把煤层、顶板、硅灰等含煤岩系看作一个系统，进行综合思考。 未固结结构煤，分析可开发的目标煤层厚度。 未固结炭的厚度小，其上下的原生构造炭和弱构造炭的厚度大时，应避开未固结构炭，直接开发其上下的原生构造炭。17、未固定炭厚度大，破碎强，而且上底板为粉砂岩、碳酸盐岩、页岩等岩层的话，可以以上底板为开发对象，挤破上底板间接地开发煤层气资源。 这种开发方式的机制是通过压力分解来吸引煤层气，沿着压力裂缝通过天花板通过井筒，不向结构炭直接施加压力，从而在一定程度上解决了细炭粒和基质堵塞的问题。 该方法通过煤矿生产中用过去的高位钻头提取气体、在解放层采煤气等气体管理方法直接或间接证实20-21。 问题是需要解决采煤气体一体化。18、硅砂岩性为(泥质)粉砂岩、碳酸盐岩等，如果有一定的厚度和伸长规模，可以研究以硅砂为对象开发的可能性。 因为煤层产生的气体除了通过自储、顶板、断层等排出外，还可以蓄积在混凝土中。 研究表明，空隙相对发达的硅砂大多成为游离状态的煤层气体丰富的地方，另外，在未粘着的构造炭中，硅砂的力学强度相对较高，因此成为比较稳定的结构体，如果对石英砂进行施工采气的话，也起到过滤筛子的作用，煤粒和基质堵塞因此，硅砂是煤层气开发中不可忽视的对象，通过地震、挖掘等手段弄清砂岩性、厚度、含气性、空隙率、渗透率等分布特征，为开发论证提供基础资料。19、以顶板和混凝土为开发对象的煤层气开发构想也符合多煤层多资源共同开发的方法。 但是，该开发技术涉及到不同力学性质的载体和薄层问题，施工和控制困难，技术复杂，基于详细的地质地球物理研究，利用先进的计算机建模技术和遥感诱导技术进行精确控制，开展精密的先进工程技术研究，精心设计和施工才成功。 挑战经济高效地开发煤层气的理念。20、3.2辅助技术的集成开发、原理：由于在增温条件下煤层气很容易从煤层上拆卸，可以考虑将煤层气开发技术与地下局部煤燃烧(气化)技术相结合，对煤层实施增温净化开发。增温净化法的开发概念模型、构想：在很小的范围内通过增温井使煤层燃烧(气化)，产生以充分的热量和CO2为主的气体，这些热量部分通过辐射、传导使煤层增温，燃烧生成的气体也是热的载体，因气体扩散而远离在增加煤层气的增温解吸范围的同时，由于燃烧的气体成分以CO2为主，基于煤层对CO2的吸附比CH4强的理论，气体置换反应可以置换煤层中吸附能力弱的CH4，提高煤层气体的开采效率。21、该概念模式的优点是综合多种技术提高煤的温度制造煤气，对煤层气的开发有新的技术构想，有研究开发前景。 如何控制煤的燃烧面积和生成气体主要是CO2，而不是被污染的CO、NOX、H2S等气体的主要问题要解决这个问题，需要研究增温井的煤、岩石、煤质等地质布局条件，避免高硫、含水煤层等风险这个开发技术的技术集聚度高，风险也高，所以在最初的试验阶段，为了防止火灾失控，必须慎重地使用。22、4、结论： (1)本文提出了一种新的“解释成因”结构炭命名方案，将结构炭分为未固结结构炭和固结结构炭两种，固结结构炭根据不同的地质条件分为破碎炭系列和糜棱炭系列。 在此基础上进一步划分(未固结结构炭按固结程度划分，固结结构炭按基质含量划分)，并根据形状和结构的描述而命名。 (2)不同结构的煤组合加剧了煤层气分布不均匀性，煤发育区煤层气藏结构和变化最复杂。 我国低煤层构造煤和中高煤层构造煤的发育情况与地区大地构造的发生和演化相关。 (3)加强含煤岩系的综合研究，煤层、顶板、硅砂有可能成为煤层气开发的目标。 不同结构的煤层气开发技术不同，所以从简单到困难，应该尽量选择个性化的共同开发技术。、23、1李康、钟大赍.煤岩的显微结构特征与瓦斯的关系以南桐鱼田堡煤矿为例J .地质学报，1992(2):148-157.2章梦涛、潘一山、梁冰等.煤岩流体力学M .北京：科学出版社，1953333 汤达祯等.气体地质学M .徐州：中国矿业大学出版社，2009333635367-239.4张玉贵、张子敏、谢克昌.煤炭进化过程中的力化学作用和构造煤结构J 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