低阶煤煤层气储集机理及原始含气量模拟研究

发布时间：2020-08-18 18:08

【摘要】：本论文以大型油气田及煤层气开发国家科技重大专项(2011ZX05034-001)为依托,基于国家留学基金委支持的联合培养模式以及国内外导师科研团队的技术支持和指导,深刻剖析“低阶煤原始含气量”模拟计算所需要的理论与实际基础,开展了低阶煤孔隙结构、煤层气储集机理、原始含气量以及含气性影响因素方面的研究。运用多种测试技术与手段精细刻画低阶煤岩不同级别的孔隙结构特征,低温液氮结果反映了煤岩100nm的孔隙结构,压汞实验结果则反映了煤岩100nm的孔隙结构,核磁共振和CT扫描直观无损地表征更大范围的孔/裂隙。SEM定性分析孔、裂隙、矿物的发育特征,EDX、XRD定量化煤岩中的矿物类型和含量。基于精细刻画的煤岩孔隙结构特征,构建了孔裂隙连续分布模型。该模型克服了不同测试手段只能测试有限孔径范围和数据无法综合利用的弱点,孔径分布从纳米级微孔至微米级裂隙,并利用多种测试数据对整体结构模型进行验证调整,可用于标定孔隙度和水分含量,细化低阶煤的储气空间。基于低阶煤气体吸附和游离气储集的特点,提出了低阶煤适用的煤层气储集机理。主控的吸附机理受孔隙结构(孔隙组合)的影响,随着压力的增大,微孔迅速达到充填状态(亦可认为是单层吸附饱和状态),过渡孔处于单层吸附趋于饱和状态,中、大孔则处于单层吸附未饱和状态;游离气的储集主要受可占据空间影响,吸附气和水分是游离气最大的竞争者,基质孔是游离气赋存的主要空间,基质吸附孔中含吸附气、游离气、水分,裂隙渗流孔中,以液态水为主,存在少量游离气。针对已有的游离气计算模型存在对游离气储集机理认识不足以及对孔隙结构定量不精确的特点,基于低阶煤游离气的储集机理,综合运用了低阶煤孔隙连续分布模型,提出了新的游离气含量的计算模型。该模型划分了不同级别的孔隙度以及水分含量对游离气储气空间的影响。利用新的模型计算了低阶煤的原始含气量,发现吸附气量低、孔隙结构特征以大中孔为主的煤岩其游离气含量高,且随着压力的增大,游离气量所占比例可超过50%。孔隙结构、煤级、煤岩显微组分、水分和矿物与吸附气含量呈正相关,与游离气含量呈负相关,对比分析结果表明粘土矿物含量与吸附气量的正相关性最大,固定碳含量与游离气含量的负相关性最大。微观结构对吸附气量和游离气量的影响均较大。
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P618.13
【图文】：

常规天然气,煤储层,储层,低阶煤

力过大（8-10Mpa 以上），单分子层吸附模型的适用性受附现象。Langmuir 单分子层吸附模型和 BET 多分子层吸应用最广泛的两种吸附模型。实际在计算中、高阶煤甲遍的是 Langmuir 方程。储集机理d 和 Schatzel（1998）提到煤层气正是因为与常规天然气了最初按照常规天然气资源评价方法对煤层气资源的评来对吸附气越来越深入的认识。常规天然气中，气体呈颗粒间的孔隙内（孔隙尺寸远大于煤储层中的微孔）；中以微孔隙中呈吸附状态的气体为主；而低阶煤煤储层由微孔中的吸附态气体，大孔中也存在可观的游离气量（的孔隙特征介于常规储层与中、高阶煤储层之间，储气规储层的聚气机理。

技术路线图,论文,低阶煤

图 1-2 论文技术路线图1.4 完成的主要工作量论文完成过程中，调研和收集了大量的文献资料，为满足论文要求，先后赴我国主要的低阶煤盆地的部分矿区（鄂尔多斯盆地、海拉尔盆地、准噶尔盆地、吐哈盆地）开展了野外调查、现场考察交流和样品采集工作。对采集的重点矿区典型低阶煤样品进行了大量的实验室测试工作，包括工业分析、煤岩煤质、扫描电镜分析、低温液氮吸附、压汞实验、CT 扫描、核磁共振、XRD 全岩衍射分析、孔隙度测定、甲烷等温吸附/解吸等系列实验。基于实验数据分析，绘制了大量的基础图件和分析图件，为研究低阶煤的储集空间特征、气体储集机理以及含气量的计算提供了基础和依据。论文工作量统计如表 1-3。

采样分布

我国的低阶煤主要分布在鄂尔多斯盆地东北缘的石炭-二叠纪含煤区，西北侏罗纪含煤盆地，东北中-新生代断陷盆地，第三纪褐煤盆地，其中，老第三纪含煤盆地主要分布在环太平洋构造带，新第三纪含煤盆地主要分布在滇藏区；另外在我国台湾也分布有新第三纪褐煤盆地。所采样品中选取 14 件，涉及西北侏罗纪的吐哈盆地和准噶尔盆地，东北的海拉尔盆地以及鄂尔多斯盆地（表 2-1）。其中 1 件采自吐哈矿区的红湖煤矿中侏罗统西山窑组 4#煤层（T1），埋深 300m 左右，煤厚一般为 3.17-12.82m，低变质烟煤；3 件采自乌鲁木齐矿区硫磺沟煤矿中侏罗统西山窑组 9#煤层（Z2-Z4），埋深在 225-270m，煤厚一般为 28.01-38.83m，中变质烟煤；1 件来自伊敏矿区早白垩统伊敏组 9#煤层（H5），埋深在 290m 左右，煤厚一般为 0.53-13.76m，低变质烟煤；1 件样品来自鄂尔多斯盆地北部的准格尔矿区的上石炭统太原组6#煤层（E6），8 件样品采自鄂尔多斯盆地的侏罗纪含煤区（E7-E14），煤层埋深 190-700m，以长焰煤为主。采样点分布如图 2-1。

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