影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,影响煤层瓦斯赋存的,主要地质因素,2011.3.,影响煤层瓦斯赋存的2011.3.,1,影响煤层瓦斯赋存的,主要地质因素,提 纲,相关术语和知识；,影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素,：,沉积环境及煤田地质史；煤层露头；埋藏深度；煤层及其围岩的透气性；煤层倾角；煤的变质程度；地质构造；水文地质条件；岩浆活动.,影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素提 纲,2,相关术语和知识,煤层瓦斯,是与煤伴生，,主要吸附在煤体或游离于煤及围岩空隙中以甲烷为主的可燃气,态,地质体,，,有时单独指甲烷。,煤层是其主要储集层，故亦称,煤层气,，是不可再生的洁净能源。,矿井瓦斯,是指煤矿井采掘过程中从煤层、围岩、采空区释放出的，以及生产过程中产生的各种有害气体的总称，又称,沼气,，成分以甲烷(CH,4,)为主，还有CO,2,、N,2,、CO、H,2,S、SO,2,、H,2,、重烃等。,相关术语和知识 煤层瓦斯是与煤伴生，主要吸附在煤体或,3,相关术语和知识,煤层瓦斯含量,是指单位重量或体积煤中所含的瓦斯量（m,3,/t 或m,3,/m,3,）,。,矿井瓦斯涌出量,是指,在矿井生产过程中涌入采掘空间的瓦斯量。分别可用,绝对瓦斯涌出量,（,m,3,/min,或,m,3,/d）和,相对瓦斯涌出量,（,m,3,/t）表示。,涌出量与煤层瓦斯含量正相关。,相关术语和知识 煤层瓦斯含量是指单位重量或体积煤中所,4,相关术语和知识,矿井瓦斯类型,显然，煤矿井采掘中瓦斯的涌出是不可避免的。,涌出量,通常与煤层瓦斯含量、压力；地应力及采掘应力；煤的物理力学性质等因素有关。,涌出方式,有：,一般涌出,、,异常涌出,和,突、喷出。,按矿井瓦斯涌出量和涌出方式可将矿井分为：,瓦斯矿井；高瓦斯矿井；煤与瓦斯突出矿井。,瓦斯突、喷出是煤层瓦斯的一种,动力现象,。,相关术语和知识矿井瓦斯类型,5,相关术语和知识,煤层气地面预抽的意义,（1）减灾增效。通过一定时期的地面煤层气预抽采可有效降低开采煤层的瓦斯压力和含量，有效防止矿井瓦斯喷出、煤与瓦斯突出和瓦斯局部积聚、瓦斯爆炸等瓦斯灾害；使矿井瓦斯涌出量降至可风排的程度；,（2）提供洁净能源，缓解大气污染。,（3）提高矿井备采地段的地质探明程度。,相关术语和知识煤层气地面预抽的意义,6,相关术语和知识,煤的孔隙性、孔隙率,煤是一种多孔性、孔隙系统发达的可燃有机岩。煤的孔隙性决定着煤吸附瓦斯的能力、煤的渗透性和强度等性质。煤中具有孔隙直径小至5 大至数百万 的不同数量级的孔隙系统(1=10,m,)。,按煤的组成及其结构性质，煤中孔隙可分为：,宏观孔隙 (大孔)1000 渗透容积,显微孔隙 (过渡孔)100-1000 扩散容积,分子孔隙 (微孔)100 吸附容积,孔隙率是煤中孔隙体积与实体煤体积之比率。,煤孔隙率的大小与煤的变质程度有关。,相关术语和知识煤的孔隙性、孔隙率,7,相关术语和知识,吸附性,煤是一种很好的吸附剂。吸附作用是瓦斯分子在煤表面上凝结与蒸发的,可逆,过程.,煤吸附瓦斯量的多少主要取决于煤的,变质程度,，同时还取决于,瓦斯压力,、,煤体温度,、,煤中内在水分,及,煤岩组分,等。,煤中瓦斯的赋存形态,吸附态,：以单分子薄膜形式凝聚在煤的微孔和超微孔的表面上，CH,4,分子和C分子相互吸引的结果。,游离态,：自由充填在煤的小孔、中孔、大孔或裂隙中的瓦斯，存在于渗透容积之中。,还应有,液态、固溶体,或,两相体,等。,相关术语和知识吸附性,8,相关术语和知识,800-1000m采深的中等变质煤中各种瓦斯形态及构成表,相关术语和知识,9,相关术语和知识,煤内瓦斯的存在状态示意图,1-游离瓦斯；2-吸附瓦斯；,3-吸收瓦斯；4-煤；5孔隙；,通常，吸附瓦斯占80%-90%，微孔、超微孔的内表面积高达200m,/g，吸附容积相当大。,吸附与游离瓦斯依温压条件的变化处于,动平衡,状态。,相关术语和知识煤内瓦斯的存在状态示意图 通常，吸附瓦斯,10,相关术语和知识,瓦斯固溶态,瓦斯水化物(hydrate)是瓦斯和水所形成的类冰状固态化合物。,水化物通常是当温度低于水化物形成温度时而生成。瓦斯水化物形成的主要条件是：,瓦斯含量处于近饱和状态；,足够高的压力和足够低的温度。,瓦斯水化物（可燃冰）密度很大，有些呈固态。地质学家和石油开采工程师早就知道这种冰原黄金的存在和价值，可是因为技术不够成熟，还不敢开采。,我国南海和东海均有发现，黄海水域也应有资源蕴藏。,相关术语和知识 瓦斯固溶态,11,相关术语和知识,2008年11月，国土资源部在青海省,祁连山,南缘永久冻土带(青海省天峻县木里镇，海拔4062m)成功钻获天然气水合物(可燃冰)实物样品。1m,的可燃冰在常温常压下可释放164m,的天然气及0.8m,的淡水。,相关术语和知识2008年11月，国土资源部在青海省祁连山,12,相关术语和知识,瓦斯压力、温度对瓦斯吸附的影响：,等温吸附试验,（试验温度为28，并采用平衡水分煤样和30、40）结果：,相关术语和知识瓦斯压力、温度对瓦斯吸附的影响：,13,相关术语和知识,除煤岩类型、煤阶、煤中水分含量对煤的吸附能力有重要影响外。,瓦斯成分对吸附也有影响。,对于指定的煤，在给定温度与瓦斯压力条件下，煤体对于二氧化碳(CO,2,)、甲烷(CH,4,)和氮气(N,2,)的吸附能力不同，其吸附能力大小关系为：CO,2,CH,4,N,2,。,相关术语和知识 除煤岩类型、煤阶、煤中水分含量对,14,相关术语和知识,吸附时间,吸附时间,由罐装煤样解吸试验求得，定义为,实测气体体积累计达到63%所对应的时间。,显然，吸附时间短，则煤层气井有可能在短期内达到产能高峰，有利于缩短开发周期，但不利于煤层气井的长期稳产。,煤层气的吸附时间变化较大。例如，美国圣胡安盆地、中阿巴拉契亚等为1-5d，黑勇士盆地为1-30d，北阿巴拉契亚为80-100d，长短相差悬殊，最大值与最小值相差达100倍以上。,相关术语和知识 吸附时间,15,相关术语和知识,临界解吸压力,临界解吸压力（P,cd,）系指在等温曲线上煤样实测含气量（Q）所对应的压力值。,煤层气,临界解吸压力,与煤层瓦斯含量及吸附解吸特性呈函数关系，是估算煤层瓦斯抽放率的重要参数。临界解吸压力与储层压力之比（简称为,临储压力比,）往往决定了地面煤层气开采中排水降压的难易程度。,相关术语和知识 临界解吸压力,16,相关术语和知识,瓦斯的解吸特性,瓦斯解吸是煤中瓦斯由于储层压力降低，由吸附瓦斯转变成游离瓦斯的过程。在降压过程中，吸附/解吸动态平衡的结果是造成瓦斯吸附量的减少。煤储层解吸特性常用,解吸率和解吸速率,来衡量。,我国现有煤层瓦斯含量资料多有4部分组成，即,逸散量,、现场两小时,解吸量,、真空,加热脱气量,和,粉碎脱气量,。逸散气量、解吸气量之和与总气量的体积百分比称为,可解吸率,。我国煤的吸附特性变化较大：煤层甲烷解吸率变化于9.1%-59.0%之间。,解吸速率,往往采用,吸附时间,来定量表示。,相关术语和知识 瓦斯的解吸特性,17,影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素,沉积环境及煤田地质史,沉积环境,沉积环境及其演化，影响着煤层围岩岩性、厚度及其岩性组合特征。沉积相组合决定了含煤岩系的岩性组合，而瓦斯的形成与保存条件无一不是沉积环境的物质反映，所以沉积环境对岩层的透气性，瓦斯的保存或逸散有着重要的影响。,影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素 沉积环境及煤田地质史,18,影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素,煤田地质史,煤层瓦斯生成、瓦斯含量分布以及瓦斯向地表的运移，取决于煤田地质史。成煤后地壳的上升将使剥蚀作用加强，从而给煤层瓦斯向地表运移提供了条件；当成煤后地表下沉时，煤田为新的沉积物掩盖，从而减缓了煤层瓦斯的逸散。,影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素 煤田地质史,19,影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素,2.煤层露头,暴露式煤田,，煤层瓦斯往往沿煤层露头排放，瓦斯含量大为减少。,隐伏式煤田,，如果盖层厚度较大，透气性又差，煤层瓦斯常积聚储存；反之，若盖层薄，透气性好，容易使煤层中的瓦斯缓慢逸散，煤层瓦斯含量一般不大。,在评价一个煤田的暴露情况时，不仅要注意煤田当前的暴露程度，还要考虑到成煤后整个地质时期内含煤地层的暴露情况及瓦斯风化过程的延续时间。,影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素 2.煤层露头,20,影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素,埋藏深度,在,瓦斯风化带,以下，煤层瓦斯含量、压力和瓦斯涌出量与埋深的增加往往具有正相关关系。,一般，煤层瓦斯压力随着埋藏深度的增加而增大。而瓦斯压力的增大，煤中的吸附瓦斯渐趋饱和，同时煤与围岩中游离瓦斯量所占的比例增大。因此，在一定深度内，煤层瓦斯含量亦随埋藏深度的增大而增加。但若埋藏深度继续增大，瓦斯含量增加的速度将要减慢。下表是前苏联学者黎金作的一个计算实例。,影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素 埋藏深度,21,影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素,煤层甲烷含量与埋深的关系,深,度,(m),温,度,(,),压力（,MPa),煤的孔,隙在压,力作用,下降低,系,数,煤,的,孔,隙,体,积,(m,3,/t),煤的甲烷含量（,m,3,/t),岩石甲烷含量（,m,3,/t),煤孔隙,中游离,瓦斯量,占,(%),比值,q,1,/q,2,地层静压,力,P,1,瓦,斯,压,力,P,2,p=p,1,-p,2,吸,附,游,离,总,计,q,1,孔隙中,分散,有机,质中,总,计,q,2,100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000,1100,1200,11,14,17,20,23,26,29,31,34,37,40,43,2.4,4.8,7.1,9.4,11.7,14.1,16.4,18.7,21.1,23.4,25.7,28.1,0.1,0.2,0.7,1.3,2.1,3.0,4.0,5.0,6.1,7.1,8.2,9.4,2.3,4.6,6.4,8.1,9.6,11.1,12.4,13.7,15.0,16.3,17.5,18.7,0.91,0.84,0.82,0.80,0.78,0.77,0.76,0.75,0.74,0.73,0.72,0.71,0.118,0.109,0.107,0.104,0.101,0.100,0.099,0.098,0.096,0.095,0.094,0.092,-,5.7,12.9,17.0,19.0,20.4,21.0,21.4,21.6,21.7,21.6,21.5,-,0.2,0.7,1.3,2.0,2.8,3.7,4.7,5.7,6.5,7.4,8.3,-,5.9,13.6,18.3,21.4,23.2,24.7,26.1,27.3,28.2,29.0,29.8,-,0.1,0.4,0.9,1.4,2.0,2.6,3.4,4.1,4.8,5.5,6.3,-,0.1,0.1,0.2,0.2,0.2,0.3,0.3,0.3,0.3,0.3,0.3,-,0.2,0.5,1.1,1.6,2.2,2.9,3.6,4.4,5.1,5.8,6.0,-,3,5,7,9,12,15,18,21,23,25,28,-,30,27,17,13,11,9,7,6,6,5,5,（据黎金，1962）,22,影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素煤层甲烷含量与埋深的关系,22,影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素,埋藏深度,的增加，不仅因地应力增高使煤层及围岩的透气性变差，而且瓦斯向地表运移的距离也增长；,当深度不太大时，煤层瓦斯含量随埋深呈线性增加；当深度很大时，煤层瓦斯含量趋于常量。,焦作煤田，在不受断层与地质构造影响的地段，W0.038H+6.58；,英国煤矿，深度每增加100m，煤层甲烷含量增加0.5-1.1m,/t。,影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素 埋藏深度的增加，,23,影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素,煤层及其围岩的透气性,煤层围岩是指煤层直接顶、老顶和直接底板等在内的一定厚度范围的岩层。煤层