煤层气地质学期末复习题

一 名词解释 1 煤层气 在成煤作用过程中形成的 以吸附在煤基质颗粒表面为主 部分游离 于煤孔隙中或溶解于煤层水中的 以甲烷为主的混合气体 2 生物成因气 是指在微生物作用下 有机质发生降解生成的煤层气 可分为原 生生物成因气和次生生物成因气 3 解吸气 在正常大气压和储层温度下 将煤样放入样品罐后 解吸释放出的气 体 4 残余气 煤样经充分解吸后仍残留在微孔隙中的气体 5 煤层气藏 受相似地质因素控制 以吸附煤层气状态为主 有一定煤层气资源 规模 具有相对独立流体系统的煤岩体 6 煤层气地质储量 在原始状态下 赋存于已发现的 具有明确计算边界的煤 层气藏中的煤层气总量 7 煤层气资源 以地下煤层为储集层且具有经济意义的煤层气富集体 8 煤层气资源量 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 9 煤层气资源勘查 在充分分析地质资料的基础上 利用地震 遥感 钻井以及 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 10 割理 煤中天然存在的裂隙 一般呈相互垂直的两组出现 与煤层层面垂直 或高角度相交 11 储层渗透性 在一定压力差下 储层允许流体通过其连通孔隙的性质 12 有效 相 渗透率 当储层中有多相流体共存时 储层对其中每一单相流体的 渗透率 13 基质孔隙 煤的基质块体单元中未被固态物质充填的空间 由孔隙和通道组 成 14 比表面积 指单位质量煤所具有的总面积 15 含气面积 单井煤层气产量达到产量下限值的煤层分布面积 16 兰式压力 吸附量达到最大吸附能力的 50 时所对应的压力 17 井底压力 煤层气井井底流体流动压力 18 原地应力 煤储层没有受到任何人为扰动 处于原始状态的应力 19 地层压力 作用于地层孔隙内流体上的压力 20 储层压力 作用于煤孔隙 裂隙内的水和煤层气上的压力 21 储层压力梯度 单位垂深内储层的压力增量 即随着深度的增加储层压力的 改变速度 常用 kPa m 或 MPa 100m 来表示 22 上覆有效地层厚度 煤层到其上部第一个不整合面之间的地层厚度 23 总孔容 单位质量煤中孔隙的总体积 24 孔面积 单位质量煤中孔隙的表面积 25 孔隙率 单位体积煤中孔隙所占的体积 26 临界解吸压力 在煤层降压过程中 气体开始从煤基质表面解吸时所对应的 压力值 27 饱和度中值压力 毛细管压力曲线上饱和度为 50 时所对应的毛细管压力 28 储量计算单元 一般是煤层气藏 即是各种地质因素控制的含气的煤储集体 当没有明确的煤层气藏地质边界时按煤层气藏计算边界计算 29 采收率 从煤层气藏中能采出的煤层气量占地质储量的百分比 二 填空题 1 煤化作用的实质是 温度升高 条件下的化学反应过程 烃类即为反应的 部分产物 2 与天然气的成因相同 煤层气成因可分为 有机成因 生物成因 热成因 混合成因 和 无机成因 两大类 生物成因气按其形成阶段可划分为原生生 物成因气和次生生物成因气 3 煤层气成因判别主要采用 煤层气的组分组成 甲烷碳氢同位素 以及 成 熟度 等指标 同时还要考虑 地质背景 4 煤基质孔隙的分类 根据成因分为 气孔 残留植物组织孔 次生矿物孔隙 晶间孔 原生粒间孔 按照大小分为 大孔 中孔 小孔 微孔 5 异常高压形成机制可分为 水动力封闭型 自封闭型 两类 6 脆性变形标志包括 宏观断层 裂隙 显微裂隙 微裂隙 7 煤层气以 溶解态 游离态 吸附态 三种形式储集在煤储层 8 通过测定煤层气中 二氧化碳 的含量 就可以确定 地下流体的运移方向 确定 煤层气的富集区 为煤层气勘探开发选区提供理论依据 9 煤储层气含气量由 解吸气 逸散气 残余气 三部分组成 10 煤层气藏的边界类型 经济边界 水动力边界 风氧化带边界 物性边界 断层边界 岩性边界 11 煤层气产量预测模型 气体吸附 扩散模型 组分模型 黑油模型 可再 分为 经验吸附模型 平衡吸附模型 非平衡吸附模型 12 煤中裂隙分为 割离 内生裂隙 外生裂隙 继承性裂隙 13 割离成因分为三种情形 内张力作用 流体压力的作用 构造应力 14 煤体结构 原生结构煤 碎裂煤 碎粒煤 糜棱煤 15 煤层气资源勘查可分为 选区 勘探 两个阶段 16 根据选区评价的结果 可以估算煤层气 推测资源量 17 根据勘探结果可以计算煤层气储量 18 基质孔隙和裂隙的 大小 形态 孔隙度 连通性 决定煤层气储集 运移 产出 19 煤层气的成分和同位素数据主要获得渠道 生产矿井 煤样品解吸试验 煤 层气生产井 20 无机成因气的判断依据有 烃类气体的成分 烷烃碳同位素系列 与烃类 气体伴生的非烃类气体 稀有气体的含量与同位素 地质背景 综合分析 21 储层压力状态分类 欠压 正常 高压 超高压 22 煤体变形的类型 脆性变形 脆 韧性变形 韧性变形 23 煤储集空间分类 煤储层是一种双孔隙岩层 由 基质孔隙和裂隙 组成 24 割理的分类 面割理和端割理 25 煤层气资源量 储量分类与分级 根据经济可行性分为 经济的 次经济 的 内蕴经济的 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 探明的 3 级 26 无机成因甲烷 13C1 30 烷烃气具有 负 碳同位素系列 27 割理一般集中分布在 光亮煤 分层中 割理面平整 无擦痕 多具张性特 征 29 甲烷的溶解度随深度的增加而 增加 30 镜质组和惰质组对甲烷的吸附能力均高于 壳质组 生气能力壳质组 镜质 组 惰质组 31 对煤层气的生成普遍起作用的是 深成变质作用和区域岩浆热变质作用 32 12CH4 优先 解吸 13CH4 滞后 解吸 且 12CH4 的扩散 运移速率高于 13CH4 造成甲烷碳同位素浅部轻 33 13CH4 的溶解度 大于 12CH4 造成地下水滞留区同位素偏重 C02 溶解度 远 大于 CH4 滞留区含量 高 压力越 高 分馏效应越明显 34 温度对煤吸附能力的影响是 消极 的 随着温度的增加煤的吸附能力 减 小 35 现今保留在煤层中的气体是经过运移和聚集的各种成因气体混合的产物 其 成分和同位素组成既不同于常规天然气 也不同于煤层气 36 煤不仅具有成烃的物质基础 而且具有容纳烃类物质的空间 然而 煤能否 成为好的源岩和储集层 则主要取决于 煤化作用程度 煤化作用过程中物理 性质的变化 孔隙率 渗透性 影响烃类气体的赋存和运移 而烃类气体的产 生则取决于煤化作用过程中的化学反应 37 大体上将有机成因煤层气分为 生物成因和热成因 两类 38 生物成因气按其形成阶段可划分为 原生生物成因气和次生生物成因气 39 原生生物成因气形成于 泥炭 褐煤阶段 R 30 的 甲烷 均为无机成因 48 作为一种有机储层 必须具备一定的 孔隙 和足够大的比表面积 才能有效 储存煤层气 同时又必须具备一定的 相互连通的 裂隙 才能使煤层气有效 产出 49 准确确定储层温度非常重要 一般用 测井 获得 50 从煤层气角度说 煤体变形 使得煤作为煤层气储层的非均质性更为强烈 51 测井解释 对于煤层气开发井而言 大部分 不取芯 不能通过取芯直接观 测煤体变形程度 确定煤体结构 但可通过 测井 定量评价 52 根据 勘探结果 可以计算煤层气储量 53 煤层气通常适合进行 滚动 勘探开发 三 简答题 1 煤层含气量的控制因素 答 煤层的含气量受多个因素的影响 主要有 煤的物质组成 变质程度 顶 底板岩性 埋深与上覆有效地层厚度 构造发育情况 煤体变形 岩浆活动 水文地质条件等 2 等温吸附曲线在煤层气研究中的应用 答 评价煤层对气体的最大吸附能力 实测值往往偏低 预测生产过程中 储层压力降低时释放出气体的最大值和释放速率 确定临界解吸压力 确 定含气饱和度 兰氏体积和兰氏压力 3 水动力封闭异常高压 4 个必备条件 答 煤储层连续性强 渗透性强 地下水由补给区向盆地方向运移 运移 以盆地内部煤储层非渗透性边界为终点 其展布方向与地下水运移方向垂直 顶底板岩性致密 渗透性差 对煤层气有较强的封存能力 4 影响煤基质孔隙发育的因素 答 煤化程度 随煤化程度增高 基质孔隙的孔容和孔面积出现有规律的变 化 显微组分 不同显微组分含不同类型和级别的孔隙 矿物含量 随矿 物含量增高 煤的孔隙率逐渐降低 煤体结构 一般来说煤体的破坏程度越 深 煤的孔隙率和比表面积越大 断裂 断裂可使煤的孔隙度增加 5 影响煤储层渗透率的因素 答 地应力 构造应力集中的地区 往往是低渗透率分布地区 埋藏深度 一般来说 煤储层埋藏深度增大 其渗透率降低 煤体结构 原生结构煤 碎裂煤渗透率高 碎粒煤 糜棱煤渗透性差 储层压力 煤储层渗透率随储 层压力增大而呈十分明显的减小趋势 天然裂隙 理论上 煤层天然裂隙发 育 有利于提高煤层的渗透率 水文地质条件 径流变弱 煤储层渗透率变 低的规律十分明显 6 煤级演化阶段的划分 答 从烃源岩的角度 可将煤级演化阶段分为三个阶段 未成熟阶段 泥炭 褐煤 R 0 5 以生物气形成为主 成熟阶段 长焰煤 瘦煤 0 5 R 2 0 以热裂解气形成为主 7 煤层气成因类型 答 煤层气成因可分为有机成因和无机成因两大类 有机成因又可分为生物成 因 热成因和混合成因 生物成因煤层气是指在微生物作用下 有机质发生 降解部分转化为煤层气的过程 按其形成阶段可划分为原生生物成因气和次生 生物成因气 原生与次生生物成因气的划分取决于煤层有没有抬升 热成因煤 层气可区分为两类 原生热成因气和次生热成因气 混合成因气 存在原地 混合气和异地混合气两种形式 8 煤体变形的识别标志 脆性变形 脆 韧性变形 韧性变形 宏 观 断层 裂隙 褶皱与断层共同 发育 剪切带 褶皱 鞘褶皱 布丁构造 S C 构 造 碎屑流 细 观 断层 裂隙 剪切带 鞘褶皱 碎屑流 微 观 显微裂隙 微裂隙 显微褶皱与显微 断裂共生 显微褶皱 柔皱 鞘褶皱 布丁构 造 残斑 波状消光 S C 构造 似 变形纹 流劈理 9 煤层气成藏条件和成藏过程 答 煤层气成藏条件有很多 主要包括沉积背景与煤层空间展布 含气性 储 层物性 吸附特征 储层压力 封闭条件等 煤层气的运移 聚集和散失贯穿 了煤层气整个成藏过程 对煤层气成藏过程的研究主要包括盆地演化及煤层气 藏的发育史 煤层气藏的埋藏史 热史及成熟度史 煤层气成因 煤层气含气 量变化史 地下水动力条件及其对煤层气藏的影响等 10 煤层气藏的分类 答 根据据压力形成机制可分为 水动力封闭型煤层气藏和自封闭型煤层气藏 两类 水动力封闭型煤层气藏可进一步分为水动力封堵型和水动力驱动型 根据煤阶可分为高煤阶煤层气藏 中煤阶煤层气藏 低煤阶煤层气藏 其中低 煤阶煤层气藏可分为未成熟低煤阶煤层气藏 仅发生成岩作用 成熟度达到褐 煤阶段 含气量低 储层渗透性极强 和低成熟低煤阶煤层气藏 以深成变质 作用为主 含气量中等 渗透性中等 11 煤层气开发利用的意义 答 煤层气开发利用具备三方面的意义 煤层气是一种新型清洁能源 其开 发利用可弥补常规能源的不足 减灾意义 抽采煤层中的瓦斯 可有效降低 或杜绝煤矿生产过程中的瓦斯灾害 环境意义 甲烷是大气中主要的温室气 体之一 其温室效应是 CO2 的 21 倍 开发利用煤层气可有效降低温室效应 12 裂隙的描述内容 答 1 单一裂隙 裂隙张开度或宽度 裂隙大小 裂隙的充填情况 裂隙 壁表面特征 裂隙方向 2 多裂隙 裂隙的线密度 面密度 裂隙的分布 13 煤层气选区评价的内容 答 煤层气选区评价主要根据煤田勘查和类比 野外地质调查 小煤矿揭露以 及煤矿生产所获得的煤资源和气资源资料进行综合研究 确定煤层气勘查目标 具体评价内容如下 资料收集与野外调研 室内资料整理和分析 初步 评价 前景勘探区的确定 有利勘探区块的优选主要从以下几个方面入手 煤层气含量 确定可渗透储层 水文地质条件分析 综合评价 14 影响煤吸附能力的因素 答 煤阶 煤的变质程度对煤的吸附能力起着至关重要的控制作用 煤岩 组分 镜质组的吸附能力最强 惰质组次之 壳质组最低 煤体变形 构造 煤的吸附能力高于原生结构煤 温度 随着温度的增加煤的吸附能力减小 在相同压力下吸附气体的量也越少 水分 煤中水分增高 吸附能力降低 但当水分高于一定值时 不再对吸附能力产生影响 15 不同变形程度煤的测井响应 答 软煤 以低电阻 低密度 高声波时差 中子强度较低为特征 硬煤 以高电阻 高密度 低声波时差 中子强度较高为特征 16 割理的闭合机制 答 割理的闭合是指从宏观和微观形貌角度无法观测到割理的存在 割理的闭 合存在两种机制 次生显微组分充填 煤化作用过程中形成的 非植物遗体 原始来源的次生显微组分充填到割理中 造成割理的闭合 胶合作用 煤体 在高温高压下成塑性 半塑性状态 割理面相互胶合在一起造成割离闭合 17 煤层气储层异常压力的形成机制 答 煤层气储层异常压力的形成机制分为以下几类 水动力封闭型 地下水或大 气降水由露头区沿渗透性良好的煤储层向盆地深部运移 当遇到渗透性差 致 密的岩层 封闭性断层阻碍形成滞留时 导致煤储层流体压力的升高 从而形 成高压异常 自封闭型 分为 物性封闭 煤体在构造应力的作用下 破碎为 渗透性极差的糜棱煤 这类储层内赋存的大量的煤层气无法与外界交换而形成 高压异常 烃类生成增压 垂向上和侧向上都存在封闭性边界 形成一个孤立 的流体单元 且不与外界发生物质交换 在温度 压力的作用下 固态的有机 质不断生产气态的烃类 使得流体体积不断膨胀 流体压力逐渐增高 从而形 成高压异常