煤层气地质学考试重点(经典)

1、第一章 绪论1、天然气：（广义）所谓天然气是指自然界一切天然生成的气体。（狭义）目前仅限于地壳上部存在的各种天然气体，包括烃类气体和非烃类气体。性评2、天然气的来源机制，可分为无机成因气和有机成因气。天然气的成因分类可分为4种：生物成因气（细菌气）、油型气（油成气）、煤型气（煤成气）、无机成因气。3、煤型气（煤成气）:指煤系有机质(包括煤层和煤系地层中的分散有机质)在变质过程中(即热演化)形成的天然气，也称煤成气。包括煤系气与煤层气两类。煤系气：是指从生气母岩（煤系地层及煤层）中运移出来聚集在储集层中甚至形成气藏的煤型气，一般均经过较大规模运移。属常规天然气。煤层气：是指赋存于煤层中以甲烷为主

2、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溶解于煤层水中的烃类气体。属非常规天然气范畴。（也称煤层吸附气、煤层甲烷或煤层瓦斯。）4、三重国家需求：资源利用/矿山安全/环保5、全国累计探明面积777km2，探明储量1343亿m3，可采储量621亿m3，初步探明374亿m3。6、我国煤层气研究开发存在的主要问题：预测理论亟待完善。产能预测技术有待解决。开发工艺亟待突破。投入严重不足。煤层气基础设施建设不完善。7、我国煤层气资源存在低压、低渗、低饱和的“三低”现象以及地质变动的特殊性。我国煤储层的特点和难点：地史复杂、类型多样、改造强烈；低孔、低渗、低相渗、低压、高非均质性。第二章 煤

3、层气的物质组成、性质和利用1、煤层气有两种基本成因类型：生物成因和热成因。生物成因气：各类微生物经过一系列复杂作用过程导致有机质发生降解而形成的。热成因气：指随着煤化作用的进行，伴随温度升高、煤分子结构与成分的变化而形成的烃类气体。2、生物成因气阶段：早期生物气（泥炭褐煤阶段，Ro,max0.5%）热解型煤层气（褐煤瘦煤阶段，Ro,max0.52.0%）以含氧官能团的断裂为主裂解型煤层气（瘦煤二号无烟煤，2.0%Ro,max3.7%）主要以裂解的方式及芳香核缩合为主次生生物成因煤层气（褐煤焦煤，0.3%Ro,max1.5%）3、在含煤盆地中，次生生物作用活跃并影响气体成分的深度间隔称作蚀变带，

4、一般位于盆地边沿或中浅部；不发生蚀变的气体一般位于盆地深部，称为原始气带。4、生物气的形成应满足两个条件：一是要有丰富的有机质提供产气的物质基础；二是具备有利于甲烷菌繁殖的环境条件。5、次生生物气的生成和保存条件：煤级：为褐煤焦煤，煤层所在区域发生过隆起 (抬升)作用；渗透性：煤层有适宜的渗透性；水文条件：沿盆地边缘有流水回灌到盆地煤层中；微生物条件：有细菌运移到煤层中，具备缺氧环境；圈闭条件：煤层具有较高的储层压力和能储存大量气体的圈闭条件。6、主要生气阶段：褐煤至长焰煤阶段；长焰煤至焦煤阶段，烃类气体迅速增加；瘦煤至无烟煤阶段，产气最多，几乎没有重烃。7、常用甲烷 (C1)与总烃量(C1C

5、5)的比率作为确定气体的干度指标，即C1/C15:8、三种煤岩组分的烃气产率，以壳质组最高，镜质组次之，惰性组最低。9、煤层气地球化学组成的地质控制：煤岩组分；煤级的影响；埋深的影响；煤层气成分的影响；CH4和CO2的碳同位素交换平衡效应；煤层气的解吸和扩散；次生作用；水文地质条件。10、煤中可溶有机质的烷烃含量大大少于原油，芳烃和其他含脂肪型结构的侧链也较少，热解生成重烃气分子的量，远少于原油。11、煤层气的鉴别标志：根据煤层气组分特征及其同位素特征鉴别煤层气。 12、临界温度：是指气相纯物质维持液相的最高温度，高于这一温度，气体即不能用简单升高压力的办法（不降低温度）使之转化为液体。临界压

6、力：是指气、液两相共存的最高压力，即在临界温度时，气体凝析所需的压力。高于临界温度，无论压力多大，气体不会液化；高于临界压力，不管温度多少，液态和气态不能同时存在。超临界状态：当温度和压力均超过其临界温度和临界压力，且在临界点附近的状态。13、溶解度：20、1atm下单位体积水中溶解的气体体积称为溶解度（m3气/m3水），溶解度同气体压力的比值称为溶解系数（m3/m3atm）。温度对溶解度的较复杂,温度80时,溶解度随升高而增加。甲烷溶解度随压力的增加而增加,低压时呈线性关系,高压时(10MPa)呈曲线关系;甲烷溶解度随矿化度的增加而减少。14、煤层气的化学组成：烃类气体：甲烷80%、乙烷、丙

7、烷、丁烷、异丁烷；非烃类气体：N2、CO2、CO、HS、H2及微量的惰性气体。控制煤层气化学组成的主要因素：煤的显微组分，特别是富氢组分的丰度；储层压力；煤化作用程度，即煤阶/煤级；煤层气解吸阶段；水文地质条件第三章 煤储层的物质组成和孔隙结构特征1、煤储层系由煤基质块（被裂隙切割的最小基质单元）、气、水（油）三相物质组成的三维地质体。其中煤基质块则由煤岩和矿物质组成；气组分具有四种相态，即：游离气（气态）、吸附气（准液态）、吸收气（固溶体） 、水溶态（溶解气） ；水（油）组分也有三种形态，即：裂隙、大孔隙中的自由水、显微裂隙、微孔隙和芳香层缺陷内的束缚水、与煤中矿物质结合的化学水；在一定的压

8、力、温度、电、磁场中各相组分处于动平衡状态。2、三相介质：煤基质块；气（准液态）；水（油）三元结构：宏观裂隙；显微裂隙；孔隙3煤的宏观组成：煤岩成分：镜煤，丝炭，亮煤，暗煤；宏观煤岩类型：光亮型煤，半亮型煤，半暗型煤，暗淡型煤4、煤的宏观结构：条带状结构线理状结构透镜状结构均一状结构粒状结构叶片状结构木质状结构 纤维状结构5、煤的次生结构：碎裂构造碎粒构造糜棱构造6、煤储层中的液相介质包括裂隙、大孔隙中的自由水（油）及其内表面与显微裂隙、微孔隙内表面、芳香层缺陷内的“准液态”物质。7、煤化学外在水分、内在水分和化合水三部分。 地下水渗流角度结合水、液态水。煤层气平衡水或临界水。8、吸附态指裂隙

9、、大孔隙、显微裂隙、微孔隙等吸附甲烷的统称。其与游离态甲烷是不断运动和交换的，在一定温度和压力下处于平衡状态。游离态正常情况下，游离甲烷约占8%-12%，煤层气开发时，要通过煤储层降压解吸、升温解吸，或通过N2、CO2置换出游离甲烷才能得以实现。9、割理：煤储层中的裂隙在国外煤层气工业中常被称为割理。割理是煤中的天然裂隙，在整个煤层中连续分布的割理称为面割理（Face cleat），中止于面割理或与面割理交叉的不连续割理称为端割理（Bull cleat）。面割理与端割理通常是相互垂直的或近似直交的。10、裂隙：或由内应力（煤化作用过程中，凝胶化组分收缩应力及超高孔隙流体压力）或由外应力（构造应

10、力、重力及热应力等）或由内应力与外应力二者综合作用而形成。 分类：张性裂隙、张性剪裂隙、压性剪裂隙组合类型：矩形网状主要为小裂隙,一般面裂隙密度大于端裂隙.彼此近于直交,因而具有较高的渗透性，渗透率的方向性中等。不规则网状小裂隙与微裂隙交织在一起,面裂隙与端裂隙均较发育。这种组合类型的渗透性中等,没有明显的各向异性,主要发育于低煤化烟煤中。平行状实际上是由于端裂隙不发育而只见面裂隙平行产出。这种组合一般只反映局部现象,当端裂隙出现时又会变成矩形网状组合。由于只发育一组裂隙。渗透率的各向异性明显,具有优势方位。大裂隙呈平行状或羽状,中、小裂隙以矩形网状为主、其次为平行状,微裂隙多为不规则网状。1

11、1、显微裂隙是肉眼难以辨认的、必须借助显微镜或扫描电镜才能观察。（只局限一个煤岩成分分层内，发育多组，方向凌乱，主要是流体压力、收缩应力形成。）12、裂隙发育程度的地质控制：煤级：中煤阶煤的裂隙密度较高，低煤阶和高煤阶煤的裂隙密度较低。煤岩类型与成分：在煤阶相似情况下,裂隙密度由光亮煤半亮煤半暗煤暗淡煤逐渐降低，即随镜质组含量降低而减少。煤层厚度：天然裂隙发育密度常随煤岩类型条带或分层的厚度变薄而减小。 矿物质含量：随矿物质含量增高，煤层中裂隙密度、长度和宽度均降低。煤层结构：在简单结构煤层中，大、中裂隙可以穿透整个煤层，垂向连通性好；在复杂结构煤层中，小裂隙和微裂隙中止于夹矸，垂向不连通。1

12、3、孔隙：指煤体未被固体物质（有机质和矿物质）充填的空间。类型：原生孔、变质孔、外生孔、矿物质孔测试方法：低温液氮（测0.35nm的孔隙）、压汞法（测7.2nm的孔隙）。14、孔容：是煤中的孔隙体积，常用比孔容表示，即每克煤所具有的孔隙体积，总孔容先随煤阶增加而减少，后随煤阶增加而增大，其拐点在焦煤附近。比表面积：单位重量的表面积。15、孔隙率：煤的孔隙率是指煤中孔隙与裂隙的总体积与煤的总体积之百分比。其测试方法很多，通常据煤的真密度和视密度（容量瓶法）来计算 TRD真密度，g/cm3 ；ARD视密度，g/cm3地质控制因素：孔隙度与煤级的关系；显微组分（丝质体孔隙最发育）；矿物含量（使煤的总

13、孔容下降）；煤体结构（结构的破坏程度大，孔隙率高）；断裂（孔隙率增大）16、煤的双孔隙结构包括孔隙裂隙；煤的三元结构指孔隙裂隙显微裂隙。17、层系由宏观裂隙、显微裂隙和孔隙组成的三元孔、裂隙介质，孔隙是煤层气的主要储集场所，宏观裂隙是煤层气运移的通道，而显微裂隙则是沟通孔隙与裂隙的桥梁。 第四章 煤储层的压力和吸附/解析特征1、煤储层压力：指作用于煤孔隙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。2、压力梯度：系指单位垂深内的储层压力增量,常用井底压力除以从地表到测试井段中点深度而得出,用kPa/m或MPa/100m表示,在煤储层研究中应用广泛。3、压力系数：即实测储层压力与

14、同深度静水压力之比，%超压：压力系数1，压力梯度0.98 MPa/100m；正常压力：压力系数=1，压力梯度=0.98 MPa/100m；欠压：压力系数1，压力梯度110-3m2；中渗：0.110-3m2Kt110-3m2；低渗：Kt0.110-3m2 （1md=0.98710-3m2）12、渗透性的地质控制：地应力（区域构造应力对煤层渗透率的作用十分显著）；埋藏深度（一般来说,煤储层埋藏深度增大,其渗透率降低）；天然裂隙（煤储层天然裂隙系统,在某种程度上是煤储层渗透率的重要影响因素）；煤体结构（原生结构煤碎裂煤煤体结构相对较完整,强度高,裂隙连通性好，渗透性高;碎粉煤、糜棱煤煤体结构松软,强

15、度低,渗透性差。）；储层压力（煤储层压力越高,越容易排采,越有利于煤层气的开发，而煤储层渗透率随储层压力增大而呈现十分明显的减少趋势）；水文地质条件（水文地质条件对渗透率的影响通过煤层埋深和储层压力来体现）13、煤体结构通常被分为原生结构煤、碎裂煤、碎粉煤和糜棱煤四种类型。第七章 煤层气资源与选区评价1、煤层气资源：是指以地下煤层为储集层且具有经济意义的煤层气富集体。其数量表述分为资源量和储量。煤层气资源量：是指根据一定的地质和工程依据估算的赋存于煤层中，当前可开采或未来可能开采的，具有现实经济意义和潜在经济意义的煤层气数量煤层气地质储量：是指在原始状态下，赋存于已发现的具有明确计算边界的煤层

16、气藏中的煤层气总量。2、原始可采储量(简称可采储量)：是地质储量的可采部分。是指在现行的经济条件和政府法规允许的条件下，采用现有的技术，预期从某一具有明确计算边界的已知煤层气藏中可最终采出的煤层气数量。经济可采储量：原始可采储量中经济的部分。是指在现行的经济条件和政府法规允许的条件下，采用现有的技术，预期从某一已知煤层气藏中可以采出，并经过经济评价认为开采和销售活动具有经济效益的那部分煤层气储量。经济可采储量是累计产量和剩余经济可采储量之和。剩余经济可采储量：是指在现行的经济条件和政府法规允许的条件下，采用现有的技术，从指定的时间算起，预期从某一具有明确计算边界的已知煤层气藏中可以采出，并经过

17、经济评价认为开采和销售活动具有经济效益的那部分煤层气数量 。3、煤层气勘查：是指在充分分析地质资料的基础上，利用钻井、地震、遥感以及生产试验等手段，调查地下煤层气资源赋存条件和赋存数量的评价研究和工程实施过程。可分为两个阶段，包括选区、勘探。4、煤层气储量的分类以生产和销售能否获得经济效益为原则，根据经济可行性将其分为经济的、次经济的和内蕴经济的3大类。经济的：在当时的市场经济条件下，生产和销售煤层气在技术上可行、经济上合理、地质上可靠并且整个经营活动能够满足投资回报的要求。次经济的：在当时的市场经济条件下，生产和销售煤层气活动暂时没有经济效益，是不经济的，但在经济环境改变或政府给予扶持政策的

18、条件下，可以转变为经济的。内蕴经济的：在当时的市场经济条件下，由于不确定因素多，尚无法判断生产和销售煤层气是经济的还是不经济的，也包括当前尚无法判定经济属性的部分。5、分级以煤层气资源的地质认识程度的高低作为基本原则，将煤层气资源量分为待发现的和已发现的两级。已发现的煤层气资源量，又称煤层气地质储量，根据地质可靠程度分为预测的、控制的和探明的3级。6、储量计算单元一般是煤层气藏，计算单元在平面上一般称区块，面积很大的区块可细分 井块(或井区)；纵向上一般以单一煤层为计算单元，煤层相对集中的煤层组可合并计算单元。7、储量计算方法：A、地质储量计算：类比法：类比法主要利用与已开发煤层气田(或相似储

19、层)的相关关系，计算储量体积法；体积法是煤层气地质储量计算的基本方法，适用于各个级别煤层气地质储量的计算B、可采储量计算：数值模拟法：在计算机中利用专用软件(称为数值模拟器)对已获得的储层参数和早期的生产数据(或试采数据)进行拟合匹配，最后获取气井的预计生产曲线和可采储量；产量递减法：产量递减法是通过研究煤层气井的产气规律、分析气井的生产特性和历史资料来预测储量。采收率计算法 类比法、储层模拟法、等温吸附曲线法、产能递减法。8、体积法参数确定：煤层含气面积、煤层有效(净)厚度(简称有效厚度或净厚度)、煤质量密度、煤含气量9、煤含气量：Cad100Cdaf(100-Mad-Ad)Cad 煤的空气

20、干燥基含气量，单位为立方米每吨(m3t)； Cdaf 煤的干燥无灰基含气量，单位为立方米每吨(m3t)；Mad 煤中原煤基水分，为百分数()； Ad 煤中灰分，为百分数()。10、煤层气储量地质综合评价：储量规模：按储量规模大小，将煤层气田的地质储量分为（特大型大型中型小型）4类；储量丰度按气田丰度大小，将煤层气田地质储量丰度分（高中低特低）4类；产能按气井的稳定日产量，将气藏产能分（高中低特低）4类；埋深：按埋藏深度，将气藏分为（深中浅）3类。11、煤储层含气量和渗透率是应优先考虑的两个关键控气因素12、煤层气选区评价方法第一类方法的基本思想是关键地质风险因素的递阶优选，通过地质风险分析，筛

21、选出对不同层次评价单元煤层气前景具有关键性控制作用的风险要素，进而按聚气带目标区靶区的递阶层次进行选区评价和优选，称之为“关键要素递阶优选法”。第二类方法为“定量排序方法”，基于对关键风险要素和主要风险要素的考察，科学地确定各要素的相对重要性（权重），采用有关运算方法求算排序值，进而对评价单元的相对前景和类别进行分析研究。第八章 煤层气勘探开发技术1、布井方式：直井（单井、井组）、水平井（丛式井、分枝水平井、羽状水平井）、采空区钻井 2、开发程序：煤层气开发的成败,关键在于是否采取了一整套与煤储层物性相适应的钻井、完井、压裂、排采等技术措施。3、钻井类型 按煤层层数分类：根据一口井开采的煤层层

22、数分为单煤层井和多煤层井。单煤层井井筒只与一个煤层连通,多煤层井井筒与多个煤层连通。根据埋深分类：浅层气井井深小于500m,一般200300m以浅属甲烷风化带,不利于煤层气保存；深层气井井深大于1500m,以下煤层埋深大,钻井成本高。目前煤层气最深的井有2438m,一般井深为3001500m。按井网的位置分类：有边缘井和内部井两种。根据钻井类别分类：有参数井(取心井)、试验井(组)、生产井和检测井四种。参数井主要通过钻煤芯作含气量力学性质等参数测试,并利用单项注人法求取煤层渗透率储层压力等。试验井(组)是通过井(组)降压试采,评价煤储层的工业性开采价值。开发过程中以采气为目的的井称生产井;监测井主要用于生产过程中压力监测。 4、欠平衡钻井技术：在钻井过程中，利用自然条件和人工方法在可控条件下使钻井流体的压力低于要钻地层的压力，在井筒内形成负压。这一钻井过