第1章-煤層氣賦存、產(chǎn)出機(jī)理-6學(xué)時

1、采氣工程采氣工程第一章第一章 煤層氣賦存、產(chǎn)出機(jī)理煤層氣賦存、產(chǎn)出機(jī)理采氣工程采氣工程煤層氣賦存、產(chǎn)出機(jī)理煤層氣賦存、產(chǎn)出機(jī)理 煤儲層的幾何模型煤儲層的幾何模型 煤層氣儲集機(jī)理煤層氣儲集機(jī)理 煤層氣吸附性能的主要影響因素煤層氣吸附性能的主要影響因素 煤層氣產(chǎn)出的先決條件煤層氣產(chǎn)出的先決條件 煤層氣產(chǎn)出機(jī)理煤層氣產(chǎn)出機(jī)理 小小 結(jié)結(jié)內(nèi)容提要內(nèi)容提要采氣工程采氣工程一、煤儲層的幾何模型一、煤儲層的幾何模型煤層氣煤層氣幾何幾何模型模型雙重孔隙結(jié)構(gòu)模型雙重孔隙結(jié)構(gòu)模型三元結(jié)構(gòu)模型三元結(jié)構(gòu)模型基質(zhì)孔隙基質(zhì)孔隙裂隙孔隙裂隙孔隙兩級擴(kuò)散兩級擴(kuò)散宏觀裂隙宏觀裂隙孔孔 隙隙煤儲層的非均質(zhì)性，很難用統(tǒng)一的模型來表

2、述。煤儲層的非均質(zhì)性，很難用統(tǒng)一的模型來表述。 雙直徑球型模型雙直徑球型模型適用中煤階適用中煤階分分I、類和類和、類類顯微裂隙顯微裂隙采氣工程采氣工程一、煤儲層的幾何模型一、煤儲層的幾何模型RootRoot雙重孔隙幾何模型雙重孔隙幾何模型由該模型可知煤層氣由基質(zhì)孔隙由該模型可知煤層氣由基質(zhì)孔隙解吸擴(kuò)散解吸擴(kuò)散到割理系到割理系統(tǒng)，然后沿割理以統(tǒng)，然后沿割理以達(dá)西流達(dá)西流運(yùn)移到井筒運(yùn)移到井筒。采氣工程采氣工程根據(jù)根據(jù)RootRoot模型煤中孔隙分類模型煤中孔隙分類一、煤儲層的幾何模型一、煤儲層的幾何模型XoXoo oT T依據(jù)工業(yè)吸附劑提出：依據(jù)工業(yè)吸附劑提出：微孔微孔構(gòu)成煤的構(gòu)成煤的吸附容積吸附

3、容積，小小孔孔構(gòu)成煤層氣的構(gòu)成煤層氣的毛細(xì)凝結(jié)和擴(kuò)散區(qū)域毛細(xì)凝結(jié)和擴(kuò)散區(qū)域，中孔中孔構(gòu)成煤層氣緩構(gòu)成煤層氣緩慢慢層流紊流區(qū)域?qū)恿魑闪鲄^(qū)域，大孔大孔則構(gòu)成則構(gòu)成劇烈層流滲透區(qū)域劇烈層流滲透區(qū)域。煤孔隙分類一覽表研究者研究者級級 別別微孔微孔小孔小孔中孔中孔大孔大孔XooT（1961）1000Gan等（等（1972)30國際理論與應(yīng)用化國際理論與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（學(xué)聯(lián)合會（1972)50采氣工程采氣工程一、煤儲層的幾何模型一、煤儲層的幾何模型根據(jù)根據(jù)RootRoot模型煤中孔隙分類模型煤中孔隙分類煤中基質(zhì)孔隙的類型及特征類型類型孔徑孔徑孔隙結(jié)構(gòu)特征孔隙結(jié)構(gòu)特征油氣運(yùn)移和儲集油氣運(yùn)移和儲集氣體擴(kuò)散孔隙

4、類型氣體擴(kuò)散孔隙類型1000多以管狀、板狀孔多以管狀、板狀孔隙為主隙為主易于液態(tài)烴、氣易于液態(tài)烴、氣態(tài)烴儲集和運(yùn)態(tài)烴儲集和運(yùn)移，排驅(qū)效果好移，排驅(qū)效果好氣體容積型擴(kuò)散孔隙氣體容積型擴(kuò)散孔隙1000-100以板狀、管狀孔隙以板狀、管狀孔隙為主，間有不平行為主，間有不平行板狀板狀易于液態(tài)烴、氣易于液態(tài)烴、氣態(tài)烴儲集和運(yùn)態(tài)烴儲集和運(yùn)移移 100-10以不平行板狀孔隙以不平行板狀孔隙為主，有一部分墨為主，有一部分墨水瓶狀孔隙水瓶狀孔隙易于氣體儲集，但易于氣體儲集，但不利于重?zé)N氣體的不利于重?zé)N氣體的運(yùn)移運(yùn)移氣體分子型擴(kuò)散孔隙氣體分子型擴(kuò)散孔隙10具有較多的墨水瓶具有較多的墨水瓶孔隙和不平行板狀孔隙和不平

5、行板狀毛細(xì)管孔隙毛細(xì)管孔隙氣體能儲集，但氣體能儲集，但不利于運(yùn)移不利于運(yùn)移采氣工程采氣工程一、煤儲層的幾何模型一、煤儲層的幾何模型裂隙裂隙外生裂隙外生裂隙 割理割理（內(nèi)生裂隙）（內(nèi)生裂隙）剪切外生裂隙剪切外生裂隙張性外生裂隙張性外生裂隙劈理劈理面割理面割理（主內(nèi)生裂隙）（主內(nèi)生裂隙）端割理（端割理（次內(nèi)生裂隙）次內(nèi)生裂隙）繼承性裂隙繼承性裂隙采氣工程采氣工程一、煤儲層的幾何模型一、煤儲層的幾何模型直線型延伸的一組割理S型割理被方解石完全充填主外生裂隙，次外生裂隙面割理和限于面割理之間的端割理采氣工程采氣工程raRaraRiri一、煤儲層的幾何模型一、煤儲層的幾何模型雙直徑球形幾何模型雙直徑球形

6、幾何模型由該模型可知煤儲層滲透性的主要貢獻(xiàn)者為由該模型可知煤儲層滲透性的主要貢獻(xiàn)者為外生裂外生裂隙隙，在無煙煤中更是如此，割理的主要貢獻(xiàn)是，在無煙煤中更是如此，割理的主要貢獻(xiàn)是溝通溝通了基質(zhì)塊與外生裂隙的聯(lián)系。了基質(zhì)塊與外生裂隙的聯(lián)系。采氣工程采氣工程一、煤儲層的幾何模型一、煤儲層的幾何模型 碎粒煤，焦作朱村煤礦山西組糜棱煤，鞏義大峪溝煤礦山西組 糜棱煤，湖南紅衛(wèi)煤礦下石炭統(tǒng)受構(gòu)造破壞嚴(yán)重的碎粒煤和糜棱煤采氣工程采氣工程一、煤儲層的幾何模型一、煤儲層的幾何模型雙直徑球形幾何模型雙直徑球形幾何模型raRaraRiri由該模型可知：煤層氣由基質(zhì)微孔隙表面解吸由該模型可知：煤層氣由基質(zhì)微孔隙表面解吸

7、擴(kuò)散擴(kuò)散至至基質(zhì)大孔隙中，繼而由基質(zhì)大孔隙基質(zhì)大孔隙中，繼而由基質(zhì)大孔隙擴(kuò)散擴(kuò)散至井孔產(chǎn)出。至井孔產(chǎn)出。即在這類儲層內(nèi)不存在即在這類儲層內(nèi)不存在達(dá)西流達(dá)西流。采氣工程采氣工程一、煤儲層的幾何模型一、煤儲層的幾何模型根據(jù)雙直徑孔隙結(jié)構(gòu)模型煤中孔隙分類及成因根據(jù)雙直徑孔隙結(jié)構(gòu)模型煤中孔隙分類及成因 由裂縫切割出的基質(zhì)塊內(nèi)未被固態(tài)物質(zhì)充填的空間稱為基質(zhì)孔隙，基質(zhì)孔隙主要影響煤層氣的賦存?；|(zhì)孔隙按成因可將孔隙分為氣孔、殘留植物組織孔、溶蝕孔、晶間孔、原生粒間孔等。按孔徑大小可分為微孔、小孔、中孔和大孔。氣孔是指煤化作用過程中氣體逸出留下的痕跡。殘留植物組織孔是植物本身組織結(jié)構(gòu)的繼承。次生孔隙是煤中礦

8、物質(zhì)，如黃鐵礦、碳酸鹽等在地下水循環(huán)過程中被溶蝕形成的。晶間孔是原生礦物或次生礦物晶粒間的孔隙。原生粒間孔是各種成煤物質(zhì)顆粒間的孔隙，是成巖作用過程中煤物質(zhì)顆粒經(jīng)壓實(shí)、脫水后仍保留下來的孔隙。采氣工程采氣工程一、煤儲層的幾何模型一、煤儲層的幾何模型煤中孔隙分類及成因煤中孔隙分類及成因孔隙按孔徑大小分類及流態(tài)特征孔隙分級孔隙分級孔隙分類孔隙分類孔徑孔徑/nm/nm煤層氣儲運(yùn)煤層氣儲運(yùn)特征特征吸附吸附微孔微孔2500紊流紊流采氣工程采氣工程一、煤儲層的幾何模型一、煤儲層的幾何模型三元結(jié)構(gòu)模型三元結(jié)構(gòu)模型宏觀裂隙宏觀裂隙大、中、小、微大、中、小、微一級、二級、三級割理一級、二級、三級割理顯微裂隙顯微

9、裂隙階梯狀、雁列式、帚狀、階梯狀、雁列式、帚狀、X式式孔隙孔隙大孔、中孔、過渡孔、微孔大孔、中孔、過渡孔、微孔滲流孔、吸附孔滲流孔、吸附孔采氣工程采氣工程一、煤儲層的幾何模型一、煤儲層的幾何模型基于三元結(jié)構(gòu)的煤中孔隙分類基于三元結(jié)構(gòu)的煤中孔隙分類基于煤層氣運(yùn)移特征的煤孔隙分類 單位：nm孔隙分級孔隙分級孔隙分類孔隙分類孔半徑孔半徑煤層氣流動特征煤層氣流動特征擴(kuò)散擴(kuò)散微孔微孔1000紊流紊流認(rèn)為：認(rèn)為：65nm65nm65nm為為滲流通道滲流通道。采氣工程采氣工程 甲烷在常溫常壓的純凈水中有一定的溶解度，但溶解度很小。甲烷在常溫常壓的純凈水中有一定的溶解度，但溶解度很小。而煤層氣儲層多是飽含水的

10、，因此在一定的地層條件下，必定有一而煤層氣儲層多是飽含水的，因此在一定的地層條件下，必定有一部分煤層氣要溶解于其中，其溶解度可用亨利定律描述：部分煤層氣要溶解于其中，其溶解度可用亨利定律描述： 甲烷在水中的溶解度主要取決于水的溫度、礦化度、環(huán)境壓力和甲烷在水中的溶解度主要取決于水的溫度、礦化度、環(huán)境壓力和氣體成分。氣體成分。bcbCKp bcbcbpKpKC1二、煤層氣的儲集機(jī)理二、煤層氣的儲集機(jī)理1.溶解態(tài)溶解態(tài):采氣工程采氣工程二、煤層氣的儲集機(jī)理二、煤層氣的儲集機(jī)理 游離氣指儲存在煤層孔隙或裂隙中能自由移動的天然氣，這部游離氣指儲存在煤層孔隙或裂隙中能自由移動的天然氣，這部分氣體服從一般

11、氣體方程，對于象煤層氣這樣的真實(shí)氣體，可用范分氣體服從一般氣體方程，對于象煤層氣這樣的真實(shí)氣體，可用范德華方程描述：德華方程描述： 游離氣量的大小取決于孔隙體積、溫度、氣體壓力和氣體壓縮游離氣量的大小取決于孔隙體積、溫度、氣體壓力和氣體壓縮系數(shù)。系數(shù)。2.游離態(tài)游離態(tài):pVZnRT游離ZnRTVp游離 或或采氣工程采氣工程二、煤層氣的儲集機(jī)理二、煤層氣的儲集機(jī)理3.吸附態(tài)吸附態(tài):采氣工程采氣工程 1916 1916年，年，Langmuir Langmuir 在研究低壓下氣體于金屬表面在研究低壓下氣體于金屬表面上的吸附時，將所得數(shù)據(jù)處理后發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律性的東西，上的吸附時，將所得數(shù)據(jù)處理后發(fā)現(xiàn)一些

12、規(guī)律性的東西，并從動力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，提出了固體對氣體的吸附理論，并從動力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，提出了固體對氣體的吸附理論，這個理論常稱為單分子層吸附理論。這個理論常稱為單分子層吸附理論。二、煤層氣的儲集機(jī)理二、煤層氣的儲集機(jī)理采氣工程采氣工程二、煤層氣的儲集機(jī)理二、煤層氣的儲集機(jī)理a a 單個煤體單個煤體“球形球形”吸附層結(jié)構(gòu)示意圖吸附層結(jié)構(gòu)示意圖b b煤孔隙三元結(jié)構(gòu)吸附煤層氣示意圖煤孔隙三元結(jié)構(gòu)吸附煤層氣示意圖圖圖 煤孔隙系統(tǒng)吸附煤層氣情況示意圖煤孔隙系統(tǒng)吸附煤層氣情況示意圖煤核心煤核心煤表面煤表面內(nèi)生裂隙內(nèi)生裂隙外生裂隙外生裂隙宏觀裂隙宏觀裂隙穩(wěn)定吸附層穩(wěn)定吸附層平衡吸附層平衡吸附層自由氣體層自由

13、氣體層CH4 煤基質(zhì) 面裂隙 端裂隙 H24O顯微裂隙孔隙H2OCH4煤基質(zhì)吸附氣吸附特征吸附氣吸附特征不飽和力場不飽和力場德拜誘導(dǎo)力和德拜誘導(dǎo)力和倫敦色散力倫敦色散力吸附勢阱吸附勢阱 捕獲分子捕獲分子采氣工程采氣工程二、煤層氣的儲集機(jī)理二、煤層氣的儲集機(jī)理采氣工程采氣工程煤層氣與常規(guī)油煤層氣與常規(guī)油氣開發(fā)方法差異氣開發(fā)方法差異游離氣游離氣吸附氣吸附氣水溶氣水溶氣煤層氣：煤層氣：項目 常規(guī)油氣 煤層氣儲層 孔隙裂隙 基質(zhì)表面及割理成藏 游離型 自生自儲吸附型勘探 圈閉、巖性 承壓水、高飽和試氣 單井 短期 大井組長期產(chǎn)出 初期產(chǎn)量高 中期產(chǎn)量高開采 注水保壓 排水降壓二、煤層氣的儲集機(jī)理二、煤

14、層氣的儲集機(jī)理采氣工程采氣工程賦存狀態(tài)的轉(zhuǎn)化賦存狀態(tài)的轉(zhuǎn)化吸附氣吸附氣溶解氣溶解氣游離氣游離氣溫度不變情況下轉(zhuǎn)化關(guān)系溫度不變情況下轉(zhuǎn)化關(guān)系壓壓力力升升高高壓壓力力升升高高壓力壓力降低降低條條 件件甲烷氣體濃度甲烷氣體濃度溶溶解度解度甲烷氣體濃度溶甲烷氣體濃度溶解度解度原始賦存原始賦存狀態(tài)狀態(tài) 吸附氣吸附氣+溶解氣溶解氣 吸附氣吸附氣+溶解氣溶解氣 +游離氣游離氣圖圖 煤層氣在煤儲層中賦存狀態(tài)及轉(zhuǎn)化關(guān)系煤層氣在煤儲層中賦存狀態(tài)及轉(zhuǎn)化關(guān)系二、煤層氣的儲集機(jī)理二、煤層氣的儲集機(jī)理采氣工程采氣工程吸附性能影響因素吸附性能影響因素內(nèi)部因素內(nèi)部因素外部環(huán)境外部環(huán)境物質(zhì)組成物質(zhì)組成孔隙特征孔隙特征灰分水分灰

15、分水分溫溫 度度壓壓 力力三、煤層氣吸附性能的主要影響因素三、煤層氣吸附性能的主要影響因素采氣工程采氣工程三、煤層氣吸附性能的主要影響因素三、煤層氣吸附性能的主要影響因素1.壓力壓力圖圖 瓦斯壓力吸附瓦斯量關(guān)系曲線瓦斯壓力吸附瓦斯量關(guān)系曲線 吸附是氣體與固體表面之間未達(dá)熱力學(xué)平衡時發(fā)生的，達(dá)到平衡是“吸附質(zhì)”的氣體分子在“吸附劑”的固體表面上的積累實(shí)現(xiàn)的。 實(shí)驗(yàn)表明，在給定的溫度下，隨著瓦斯壓力的升高，煤體吸附瓦斯量增大，并且將超于某個定值。采氣工程采氣工程三、煤層氣吸附性能的主要影響因素三、煤層氣吸附性能的主要影響因素2.溫度溫度圖圖 溫度對瓦斯吸附量的影響曲線溫度對瓦斯吸附量的影響曲線溫度

16、總是對脫附起活化作用，溫度越高，游離氣越多，吸附氣越少。 實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，溫度每升高1，煤吸附瓦斯的能力降低約為8%，其原因是溫度升高時，瓦斯活性增大，難于被煤體吸附，同時己被吸附的瓦斯分子易于獲得動能，從煤體表面脫逸出來。采氣工程采氣工程三、煤層氣吸附性能的主要影響因素三、煤層氣吸附性能的主要影響因素3.水分含量水分含量圖圖 水分對瓦斯吸附量的影響曲線水分對瓦斯吸附量的影響曲線 水分和氣體分子與煤之間具有相似的特性，水與煤之間都不存在共價鍵，都是以較弱的范德華力吸附在煤中。 只有在未達(dá)到臨界水分含量時，它的增加使甲烷的吸附量降低，超過臨界水分含量的部分只覆蓋煤顆粒表面，不影響吸附過程，甲烷

17、的吸附量不再減少。采氣工程采氣工程三、煤層氣吸附性能的主要影響因素三、煤層氣吸附性能的主要影響因素4.煤階煤階采氣工程采氣工程三、煤層氣吸附性能的主要影響因素三、煤層氣吸附性能的主要影響因素5.煤的顯微組分煤的顯微組分 在瘦煤之前，煤的吸附能力是:惰質(zhì)組(指有胞腔結(jié)構(gòu)無充填物的絲質(zhì)體)鏡質(zhì)組惰質(zhì)組(粗粒體和有胞腔結(jié)構(gòu)但被充填的絲質(zhì)體)，原因是在煤變質(zhì)較低的煤中惰質(zhì)組中有大量的紋孔，而鏡質(zhì)組孔隙和內(nèi)表面積紋孔少，造成惰質(zhì)組比鏡質(zhì)組吸附能力強(qiáng)。在無煙煤3號變質(zhì)階段，煤的吸附能力是:鏡質(zhì)組惰質(zhì)組，原因是在高變質(zhì)階段，鏡質(zhì)組中有更多的揮發(fā)物質(zhì)產(chǎn)出，引起微孔增多之故。采氣工程采氣工程三、煤層氣吸附性能的

18、主要影響因素三、煤層氣吸附性能的主要影響因素6.煤孔隙特征煤孔隙特征 煤巖比表面積的大小取決于微孔體積的大小，與中孔體積大小關(guān)系不明顯；孔隙平均直徑越大，總比表面積越?。幻簩淄槲侥芰εc總孔體積、總孔比表面積、微孔比表面積呈正相關(guān)關(guān)系。煤的儲集能力與煤的孔隙密切相關(guān)，孔體積和比表面積越大，煤儲集氣的能力越強(qiáng)。采氣工程采氣工程四、煤層氣產(chǎn)出的先決條件四、煤層氣產(chǎn)出的先決條件 煤層氣的產(chǎn)出條件可從物質(zhì)基礎(chǔ)、流動通道及能量系統(tǒng)等三個方面進(jìn)行闡述。產(chǎn)出的先決條件產(chǎn)出的先決條件 一定的資源量是進(jìn)行煤層氣開采的基礎(chǔ) 滲透能力的大小是連接氣體賦存空間與外部環(huán)境 的重要紐帶 解吸能力的強(qiáng)弱將直接影響煤層氣的

19、開采難易 程度及采收率資源量資源量 運(yùn)移通道運(yùn)移通道滲透能力滲透能力解吸能力解吸能力采收率采收率開采效果開采效果經(jīng)濟(jì)效益經(jīng)濟(jì)效益采氣工程采氣工程四、煤層氣產(chǎn)出的先決條件四、煤層氣產(chǎn)出的先決條件圖圖 煤層氣產(chǎn)出先決條件及控制因素框圖煤層氣產(chǎn)出先決條件及控制因素框圖煤層煤層氣產(chǎn)氣產(chǎn)出先出先決條決條件及件及控制控制因因 素素人為難改變因素人為難改變因素人為較易改變因素人為較易改變因素 原始含氣量原始含氣量 煤層總厚度煤層總厚度 資源豐度資源豐度 資源量資源量 儲層本身條件儲層本身條件 臨界解吸壓力臨界解吸壓力 解吸時間解吸時間 連通程度連通程度 含氣飽和度含氣飽和度 原始儲層壓力原始儲層壓力 物質(zhì)基

20、礎(chǔ)物質(zhì)基礎(chǔ) 裂隙間距裂隙間距 滲透率滲透率 解解 吸吸 擴(kuò)散滲流擴(kuò)散滲流 排采制度排采制度 排采強(qiáng)度排采強(qiáng)度 排采時間排采時間 運(yùn)移產(chǎn)出運(yùn)移產(chǎn)出 產(chǎn)出的主控因素產(chǎn)出的主控因素采氣工程采氣工程五、煤層氣產(chǎn)出機(jī)理五、煤層氣產(chǎn)出機(jī)理圖中圖中: :A(PL,VL)-最大吸附點(diǎn); B(P1,V1)-理論吸附點(diǎn); C(P1,V2)-實(shí)際吸附點(diǎn); D(Pi,Vi)-采收過程吸附點(diǎn); E(Pn,Vn)-枯竭吸附點(diǎn); C(P2,V2)-臨界解吸吸附點(diǎn). 壓力/P吸附體積/V0ABCDEPLVLP1V1V2PiViPnVnLangmuirLangmuir吸附等溫線吸附等溫線CP2曲線方程：V=VL*P/(PL+P

21、)采氣工程采氣工程五、煤層氣產(chǎn)出機(jī)理五、煤層氣產(chǎn)出機(jī)理uVL:煤巖的最大吸附能力煤巖的最大吸附能力(這時這時P),簡稱蘭氏體積簡稱蘭氏體積. PL:吸附量吸附量V達(dá)到達(dá)到VL/2時所對應(yīng)的壓力值時所對應(yīng)的壓力值,簡稱蘭氏壓力簡稱蘭氏壓力.影響吸附等溫線的形態(tài)參影響吸附等溫線的形態(tài)參 數(shù)數(shù),反映煤層氣解吸的難易反映煤層氣解吸的難易,值越低值越低,脫附越容易脫附越容易,開發(fā)越有利開發(fā)越有利.V1:當(dāng)前地層壓力下的煤巖理論含氣量當(dāng)前地層壓力下的煤巖理論含氣量. P1:儲層壓力儲層壓力,即當(dāng)前煤儲層壓力即當(dāng)前煤儲層壓力.V2:當(dāng)前地層壓力下的實(shí)際含氣量當(dāng)前地層壓力下的實(shí)際含氣量. P2:臨界解吸壓力臨

22、界解吸壓力,甲烷開始解吸的壓力點(diǎn)甲烷開始解吸的壓力點(diǎn).Vi:排采過程中含氣量排采過程中含氣量. Pi:排采過程中的儲層壓力排采過程中的儲層壓力.Vn:煤層殘留含氣量煤層殘留含氣量. Pn:煤層氣井的枯竭壓力煤層氣井的枯竭壓力.Langmuir吸附等溫線物理意義吸附等溫線物理意義:Langmuir吸附等溫線生產(chǎn)中的意義吸附等溫線生產(chǎn)中的意義:uV2/V1含氣飽和度含氣飽和度. (V2-Vn)/V2理論最大采收率理論最大采收率. (V2-Vi)/V2生產(chǎn)過程中動態(tài)采收率生產(chǎn)過程中動態(tài)采收率.l根據(jù)臨界解吸壓力和儲層壓力可以了解煤層氣的早期排采動態(tài)根據(jù)臨界解吸壓力和儲層壓力可以了解煤層氣的早期排采動

23、態(tài).若煤層欠飽和若煤層欠飽和(V2PP表面表面PP微微PP裂縫裂縫PP井底井底二元解吸二元解吸采氣工程采氣工程五、煤層氣產(chǎn)出機(jī)理五、煤層氣產(chǎn)出機(jī)理三層產(chǎn)出三層產(chǎn)出解吸機(jī)理解吸機(jī)理壓 力/P吸 附 體 積/V0ABCDEPLVL/2P1V1V2PiViPnVnCP2曲線方程：曲線方程：V=VL*P/（PL+P）圖 煤吸附甲烷氣體的Langmuir等溫吸附曲線示意圖圖中：圖中：A（P PL L,V,VL L/2/2）蘭蘭氏吸附點(diǎn)；氏吸附點(diǎn)；B(PB(P1 1,V,V1 1) )-理論理論 吸附點(diǎn)；吸附點(diǎn)；C(PC(P1 1,V,V2 2)-)-實(shí)際吸附點(diǎn)；實(shí)際吸附點(diǎn)；D(PD(Pi i,V,Vi

24、i)-)- 采收過程吸附點(diǎn)；采收過程吸附點(diǎn)； E(PE(Pn n,V,Vn n)-)-枯竭吸附枯竭吸附 點(diǎn)；點(diǎn)；C(PC(P2 2,V,V2 2)-)-臨界解吸吸附點(diǎn)臨界解吸吸附點(diǎn). .lV2/V1含氣飽和度含氣飽和度. (V2-Vn)/V2理論最大采收率理論最大采收率. (V2-Vi)/V2生產(chǎn)過程中動態(tài)采收率生產(chǎn)過程中動態(tài)采收率.l根據(jù)臨界解吸壓力和儲層壓力可以了解煤根據(jù)臨界解吸壓力和儲層壓力可以了解煤層氣的早期排采動態(tài)層氣的早期排采動態(tài).若煤層欠飽和若煤層欠飽和(V2V1),氣體的解吸和流動受氣體的解吸和流動受到抑制到抑制,煤儲層壓力煤儲層壓力P1須降低至臨界解吸壓力須降低至臨界解吸壓力

25、P2時才開始解吸時才開始解吸.當(dāng)當(dāng)V2V1時時,為過飽和狀態(tài)為過飽和狀態(tài),這時這時C點(diǎn)位于點(diǎn)位于B點(diǎn)點(diǎn)的正上方的正上方, 當(dāng)煤層壓力降到接近當(dāng)煤層壓力降到接近P1點(diǎn)點(diǎn)時就有氣時就有氣體產(chǎn)出體產(chǎn)出.l隨著枯竭壓力隨著枯竭壓力Pn的降低的降低,最大采收率增加最大采收率增加;因因此排采過程中要盡可能的降低枯竭壓力此排采過程中要盡可能的降低枯竭壓力,以獲以獲得更高的采收率得更高的采收率.采氣工程采氣工程五、煤層氣產(chǎn)出機(jī)理五、煤層氣產(chǎn)出機(jī)理三層產(chǎn)出三層產(chǎn)出擴(kuò)散機(jī)理擴(kuò)散機(jī)理 擴(kuò)散是一種以分子形式進(jìn)行的傳質(zhì)擴(kuò)散是一種以分子形式進(jìn)行的傳質(zhì)作用，作用，濃度差及能量差濃度差及能量差的客觀存在是擴(kuò)的客觀存在是擴(kuò)散得

26、以進(jìn)行的散得以進(jìn)行的源動力源動力；從；從高濃度區(qū)向低高濃度區(qū)向低濃度區(qū)濃度區(qū)運(yùn)移是擴(kuò)散的運(yùn)移是擴(kuò)散的主方向主方向，最終達(dá)到，最終達(dá)到濃度平衡。濃度平衡。努森擴(kuò)散主要是分子與孔壁之間的相互作用。體積擴(kuò)散主要是分子與分子之間的相互作用。表面擴(kuò)散中，質(zhì)量傳遞是經(jīng)過吸附態(tài)流體運(yùn)移進(jìn)行的，沒有自由態(tài)的質(zhì)量傳遞。圖圖 基質(zhì)內(nèi)煤層甲烷基質(zhì)內(nèi)煤層甲烷 擴(kuò)散示意圖擴(kuò)散示意圖采氣工程采氣工程五、煤層氣產(chǎn)出機(jī)理五、煤層氣產(chǎn)出機(jī)理三層產(chǎn)出三層產(chǎn)出擴(kuò)散機(jī)理擴(kuò)散機(jī)理 煤層氣通過煤基質(zhì)微孔隙系統(tǒng)的擴(kuò)散，可以按非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散和擬穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散兩種模式進(jìn)行處理。擬穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散遵從Fick第一定律，非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散遵從Fick第二定律。22CCDt

27、X菲克第二定律菲克第二定律：表示客觀，計算量大，反映時空變化。菲克第一定律菲克第一定律：假設(shè)煤基質(zhì)塊內(nèi)，煤層氣在擴(kuò)散過程中每一個時間段都有一個平均煤層氣濃度。采氣工程采氣工程五、煤層氣產(chǎn)出機(jī)理五、煤層氣產(chǎn)出機(jī)理煤層氣的產(chǎn)出階段煤層氣的產(chǎn)出階段影響半徑/R儲層壓力/P0階段一只有壓降傳遞無水氣流動CAB壓降曲線階段二飽和單相水流階段三非飽和單相流少量氣泡階段四水氣兩相流水氣混合階段五水氣兩相流以氣為主相對滲透率/K0.01.0氣水兩相流動區(qū)域水單相流區(qū)域水氣靜水區(qū)域煤層氣的產(chǎn)出階段煤層氣的產(chǎn)出階段采氣工程采氣工程u第一階段第一階段: 僅有壓降傳遞僅有壓降傳遞,無水氣流動階段無水氣流動階段 壓降幅度比較小壓降幅度比較小,還不足以使煤層中的水產(chǎn)生流動還不足以使煤層中的水