第五章_煤层气储层压力、吸附、解吸特征

1、第五章第五章 煤储层煤储层压力及吸附压力及吸附/ /解吸特征解吸特征第一节第一节 煤储层压力煤储层压力第二节第二节 煤储层的吸附特征煤储层的吸附特征第三节第三节 等温吸附曲线的应用等温吸附曲线的应用第四节第四节 影响煤的吸附性因素影响煤的吸附性因素第五节第五节 煤储层的解吸特征煤储层的解吸特征第一节第一节 煤储层压力煤储层压力一、定义一、定义 指作用于煤孔隙指作用于煤孔隙裂隙空间上的流体压力（包括水裂隙空间上的流体压力（包括水压和气压），故又称为孔隙流体压力。压和气压），故又称为孔隙流体压力。 1 1、开放体系、开放体系 储层压力等于静水压力储层压力等于静水压力 2 2、封闭体系、封闭体系 储

2、层压力等于上覆岩层压力储层压力等于上覆岩层压力 3 3、半封闭体系、半封闭体系 上覆岩层压力由储层内孔隙流体和煤基质块共上覆岩层压力由储层内孔隙流体和煤基质块共 同承担同承担二、储层压力状态二、储层压力状态压力系数压力系数：即实测储层压力与同深度静水压力之比即实测储层压力与同深度静水压力之比，% % 超压：压力系数超压：压力系数1，压力梯度，压力梯度0.98 MPa/100m； 正常压力：压力系数正常压力：压力系数=1，压力梯度，压力梯度=0.98 MPa/100m； 欠压：压力系数欠压：压力系数1，压力梯度，压力梯度0.98 MPa/100m。 我国三十二个矿区煤层气试井结果表明，各煤级煤储

3、层我国三十二个矿区煤层气试井结果表明，各煤级煤储层 超压状态占超压状态占33.2%，正常压力状态占，正常压力状态占21.9%，欠压状态占，欠压状态占45.3 %，各煤级煤储层中三种状态均有分布，其中中煤级煤储层，各煤级煤储层中三种状态均有分布，其中中煤级煤储层 大多处于欠压状态。大多处于欠压状态。超压超压煤层气井喷煤层气井喷三、储层压力的地质控制三、储层压力的地质控制 1、埋深、埋深y = 0.0114x - 1.4369r= 0.82142345678910111250060070080090010001100煤层埋深m储层压力/MPa线性 (实测压力)线性 (正常压力) 2、地应力、地应力

4、 P=GpH P储层压力，储层压力，MPa； Gp压力梯度压力梯度（单位垂深内的储层压力增量），（单位垂深内的储层压力增量）， MPa/100m； H煤层中心埋藏深度，煤层中心埋藏深度，m =hGw 视视储层压力，储层压力，MPa Gw静水静水压力梯度；压力梯度；0.98MPa/100m（淡水）（淡水）； 0.98MPa/100m（咸水）（咸水） h煤层中点处水头深度，煤层中点处水头深度，mpp3、水文地质、水文地质开放体系开放体系4、煤层气（瓦斯）压力、煤层气（瓦斯）压力 煤层气（瓦斯）压力是指在煤田勘探钻孔或煤矿矿煤层气（瓦斯）压力是指在煤田勘探钻孔或煤矿矿井中测得的煤层孔隙中的气体压力。

5、井中测得的煤层孔隙中的气体压力。 煤储层试井测煤储层试井测的储层压力是水压，二者的测试条件和测试方法明显的储层压力是水压，二者的测试条件和测试方法明显不同。煤储层压力是水压与气压的总和，在封闭体系不同。煤储层压力是水压与气压的总和，在封闭体系中，储层压力中水压等于气压；在开放体系中，储层中，储层压力中水压等于气压；在开放体系中，储层压力等于水压与气压之和。压力等于水压与气压之和。吸附方式：吸附方式：物理吸附，范德华力物理吸附，范德华力吸附模型：吸附模型：单层吸附，多层吸附，容积充填理论单层吸附，多层吸附，容积充填理论一、朗格缪尔理论一、朗格缪尔理论第二节第二节 煤储层的吸附特征煤储层的吸附特征

6、 42号煤样012345678024681012p /MPaVL,daf / m3t-1304050LLmpppVbpabpbpbpVV11VL或或V Vm m或或a最大吸附量；最大吸附量； VL 、P PL L朗格缪尔体积朗格缪尔体积 和压力，和压力，P PL L等于等于1 1b b 二、二、 平衡水等温吸附实验平衡水等温吸附实验IS-100型气体等温吸附型气体等温吸附/解吸仪解吸仪数据采集系统恒温水浴煤样过滤器 温度探头压力传感器到色谱仪氦或甲烷气源加湿器水浴温度显示器C DAFvB Sc T 四、多相介质煤岩体的吸附特征四、多相介质煤岩体的吸附特征（一）（一） 气相多组分吸附特征气相多组

7、分吸附特征0 6 12 18 24 30 p/MPa 24 16 8 0 Q/cm3g-1 N2 CH4+N2 CH4 CH4+CO2+N2 CH4+CO2 CO2 （二）（二） 多相介质的吸附特征多相介质的吸附特征 1、煤对水和单组分气体、煤对水和单组分气体CH4的吸附的吸附 0246810121401234567p /MPaVL,daf / m3 t-1Mad=0.00%Mad=0.56%Mad=1.26%Mad=2.08%Mad=2.66%Mad=5.10%2、平衡水条件下煤对、平衡水条件下煤对CH4的吸附特征的吸附特征 y1 = 7.9593x + 3.9913r= 0.89y2= -

8、6.5863x + 61.122r= 0.9705101520253035400123456789Ro，maxVL,dafm3 .t-1第三节第三节 等温吸附曲线的应用等温吸附曲线的应用一、理论饱和度或实测饱和度一、理论饱和度或实测饱和度 含气饱和度是指煤储层在原位温度、压力、水含气饱和度是指煤储层在原位温度、压力、水分含量等储层条件下，煤层含气总量与总容气能力分含量等储层条件下，煤层含气总量与总容气能力的比值。的比值。 理论饱和度理论饱和度: :实际含气量与兰氏体积之比值实际含气量与兰氏体积之比值S理理=V实实/VL S理理理论饱和度，理论饱和度，%；V实实实测含气量，实测含气量，m3/t；

9、 p ad p ad 吸附等温线吸附等温线: V=/（P+） /实测饱和度实测饱和度: :实测含气量与实测储层压力投影到吸附等温实测含气量与实测储层压力投影到吸附等温 线上所对应的理论含气量的比值。线上所对应的理论含气量的比值。 S实实=V实实/V V=VLP/(P+PL) V实实实测甲烷含量；实测甲烷含量； S实实含气饱和度。含气饱和度。 V理论含气量，理论含气量，m3/t VLLangmuir体积，体积，m3/t； PLLangmuir压力，压力，MPa； P煤储层压力，煤储层压力，MPa；吸附状态：吸附状态：过饱和，饱和，欠饱和过饱和，饱和，欠饱和二、临界解吸压力二、临界解吸压力 临界解

10、吸压力临界解吸压力：指在等温曲线上煤样实测含气量所对：指在等温曲线上煤样实测含气量所对 应的压力。应的压力。 临储压力比临储压力比：临界解吸压力与储层压力之比。：临界解吸压力与储层压力之比。 三、理论采收率三、理论采收率 Pad枯竭压力枯竭压力 （据美国的经验可降至的最低储层压力为据美国的经验可降至的最低储层压力为100磅磅/平平 方英寸，约为方英寸，约为0.7MPa） ） 实实VVPVPLLcd)()(1adLcdcdLadPPPPPP第四章第四章 煤储层的解吸特征煤储层的解吸特征 一、解吸量与解吸率一、解吸量与解吸率 解吸率：损失气量与解吸气量之和与总气量之百分比。解吸率：损失气量与解吸气

11、量之和与总气量之百分比。 解吸量：损失气量与现场两小时解吸气量之和，解吸量：损失气量与现场两小时解吸气量之和， 即解吸率与该深度下实际含气量的乘积。即解吸率与该深度下实际含气量的乘积。二、吸附时间二、吸附时间 定义为实测解吸气体体积累计达到总解吸气量定义为实测解吸气体体积累计达到总解吸气量 （STP：标准温度、压力）的：标准温度、压力）的63%时所对应的时间。时所对应的时间。 吸附时间与产能达到高峰的时间有关，与煤层气长期的产能吸附时间与产能达到高峰的时间有关，与煤层气长期的产能 关系不密切。吸附时间短，则煤层气井有可能在短期内达到产关系不密切。吸附时间短，则煤层气井有可能在短期内达到产 能高

12、峰，有利于缩短开发周期，但不利于气井的长期稳产。能高峰，有利于缩短开发周期，但不利于气井的长期稳产。 解吸量（cm3/g） 矿区 地层 时代 煤 层 编 号 反射率（%） V1+V2 总量 解吸率（%） 样本数 铁法 K1 12 0.56 1.96 5.23 37.5 123 辽河 E 0.54 1.78 7.86 22.6 2 靖远 J1+2 0.92 1.90 6.38 29.8 42 窑街 J1+2 煤 1,2 0.64 0.39 4.26 9.10 3 P1 3 2.12 5.62 9.67 54.0 1 韩 城 C2 11 2.28 2.37 4.39 59.0 2 P2 13-1

13、0.87 1.59 5.40 29.4 12 淮南 新集 P1 11-2 1.04 1.43 5.15 27.8 14 徐州 P2 2 1.16 1.36 4.82 28.2 16 峰峰 P1 2 2.26 2.93 6.53 44.9 6 P1 3 1.86 4.48 12.51 35.8 61 潞 安 C2 15 1.92 3.96 11.81 33.5 14 P1 3 4.35 3.79 14.24 26.6 105 晋 城 C2 15 4.32 7.05 18.46 38.2 90 P1 2 1.43 1.23 5.60 22.0 4 霍 州 C2 10 1.53 1.46 5.00

14、29.2 4 P2 9 JM,SM 5.76 10.82 53.2 5 恩 洪 P2 15 JM 5.59 10.63 52.6 9 我国部分矿区煤层甲烷平均解吸量统计结果我国部分矿区煤层甲烷平均解吸量统计结果28.527.638.436.238.149.101020304050603004005006007008003埋深/m3解吸率/%33.737.739.633.736.638.63032343638404230040050060070080015埋深/m15解吸率/%沁水盆地中南部解吸率与煤层埋深的关系沁水盆地中南部解吸率与煤层埋深的关系 东北铁法和西北宝积山等中生界煤储层埋深增大，煤

15、层甲烷解吸东北铁法和西北宝积山等中生界煤储层埋深增大，煤层甲烷解吸 率却有降低的明显趋势，最佳解吸深度在率却有降低的明显趋势，最佳解吸深度在400600m之间。由此来看，之间。由此来看， 不同地区和不同时代煤储层甲烷解吸率与埋深之间关系往往大相径庭不同地区和不同时代煤储层甲烷解吸率与埋深之间关系往往大相径庭。 表 4-7 我国部分煤储层吸附时间统计表（据叶建平，有补充） 矿区 孔号 煤层 编号 埋深 /m 反射 率/% 吸附 时间/d 矿区 孔号 煤层 编号 埋深 /m 反射 率/% 吸附 时间/d 4 0.04 2 576 2.25 0.351.61 6 0.13 淑 1 6 648 2.2

16、7 0.38 7 0.04 2 781 1.27 0.061.56 8 0.130.67 峰峰 龙 1 4 816 1.28 0.63 9 0.041.20 二1 1106 0.95 0.54 11-2 879 1.04 0.04 平顶山 1511 三9-10 919 0.82 23 谢李 G1 13-1 808 0.89 0.041.50 大城 大参 1 4 1190 1.09 0.74 8 1046 1.29 1.50 3 602 1.74 0.881.08 11-2 960 1.14 0.191.80 韩城 HS3 11 680 1.80 0.33 谢李G2 13-1 887 1.02

17、0.250.50 3 437 1.98 1 潘集 G1 13-1 691 0.77 0.124.60 阳泉寿阳 HG6 15 554 2.12 9 3 1012 0.80 0.634.58 3 516.5 3.162 8.6619.76 淮南 潘集G2 13-1 695 0.80 0.752.70 晋城枣圆 FZ001 15 630.5 3.081 1.722.51 淮北 CQ3 7、9 560 0.84 3 3 382.5 2.865.68 焦作 CQ6 二1 800 3.27 0.41 晋城 CQ9 15 291.5 3.349.58 三、解吸速率三、解吸速率 解吸速率定义为单位解吸速率定义为单位时间内的解吸气量。它受时间内的解吸气量。它受控于煤的组成、煤基块大控于煤的组成、煤基块大小、煤化程度及煤的破碎小、煤化程度及煤的破碎程度。自然解吸条件下解程度。自然解吸条件下解吸速率总体表现为快速下吸速率总体表现为快速下降，但初始存在一个加速降，但初始存在一个加速过程，中间可能受煤孔径过程