煤储层吸附解吸特征.ppt

第三章 煤储层吸附/解吸特征 表面和界面(surface and interface) 表面和界面(surface and interface) 界面现象的本质 界面现象的本质 固体表面吸附 煤储层的孔隙性和渗透性 煤储层的孔隙、裂隙空间，由煤基质孔隙和天然裂隙系统两部分组成，具双孔隙结构模 型。其中，煤基质是煤层气呈吸附状态储存的主要空间．天然裂隙系统则是煤层气渗流运移 的主要通道。因此，孔隙性和渗透性不仅影响煤储层的储集性能，而且对于煤层气开发成功 与否起着决定性的控制作用。 一 煤储层的孔隙性 煤储层的孔隙性，包括孔隙率、孔隙结构、孔径分布、孔隙连通性等主要性质，煤层气的 吸附性能(含气量和气体组成)以及扩散、渗透能力都与煤储层的孔隙性密切相关，并受煤 级、煤岩组成、煤层结构等地质因素的强烈影响。 (一)煤储层的孔隙率和孔比表面积 煤的孔隙率，是煤中孔隙体积占煤总体积之百分比。单位质量煤样中孔隙的比表面积， 则称为孔比表面积。根据测试方法的不同，可得出总孔隙率、有效孔隙率(连通孔隙率)．或水孔隙率、氦气孔隙率、空气孔隙率、液氮孔隙率、压汞孔隙率及其相应的孔比表面积参数。 孔隙率随煤级增高而发生规律性变化。在镜质组最大反射率为0.5％-1.5％之间或长焰煤到焦煤阶段，随煤级增高孔隙率从17％左右急剧减小到2％左右，达到极小值，之后，随煤级继续增高孔隙率转而表现为增大的趋势。 煤的孔隙率增大，煤的兰氏体积和压力随之增大，这表明孔隙率越大，煤对煤层气的吸附能力越强，煤层气解吸的效率也就越高。 煤的孔比表面积的大小主要取决于煤孔径结构的特征，在其他参数相似的条件下，微孔体积越大则孔比表面积就越大。 不同吸附介质条件下测定的孔比表面积相差很大。例如，采用二氧化碳气体做介质，孔比表面积约为50一200 cm2／g ；采用汞做介质，孔比表面积从几到十几cm2／g。这是介质分子大小不同引起的必然结果，在资料利用中应当充分。 (二)煤储层的孔隙结构和孔容 在扫描电子显微镜下，可以观察到变质气孔、植物组织孔、胶体收缩孔、层间孔、粒间孔和矿物溶蚀孔等煤的孔隙结构类型，此外还有铸模孔、晶间孔和缩聚失水孔等。不同类型孔隙的结构、成因、连通性等均有所不同，因此对煤层气储集运移的控制特征亦有所差异。变质气孔的连通性一般较好，植物组织孔和粒问孔的连通性较差，矿物溶蚀孔和铸模孔往往呈孤立产出，多数不具有连通性。 孔径结构不同，气体在孔隙中吸附运移的特征则不一。微孔是煤的吸附容积，过渡孔是气体毛细凝结和扩散的空间，中孔是气体缓慢层流渗透的区域，而大孔是强烈层流渗透的区域。因此，微孔发育的煤往往吸附能力比较强．大孔发育则煤的渗透性较好。 在相似煤级条件下，煤的孔隙结构特征与煤岩显微组分组成密切相关。镜质组以过渡孔和微孔为主．孔比表面积相对较大，吸附能力．因而镜质组含量高的煤层对甲烷的吸附聚集有利。惰质组中中孔和大孔的比例相对较高，当植物细胞腔未被充填的丝质体或半丝质体含量高时九为明显，从而导致孔比表血积相对较小，对煤层气的吸附件较弱。壳质组中孔隙不其发育，一般来说对煤孔容的贡献较小。 (三)煤储层的孔喉直径和排驱压力 煤储层孔隙的喉道直径决定排驱压力的大小，并在很大程度上影响煤基质的渗透性及 煤层气从煤基质中解吸释放的难易程度。显然，孔喉直径越小，排驱压力就会越高，煤层气解吸释放难度就会越大。 煤储层的渗透性 二 煤储层的渗透性及其区域分布 煤储层渗透率的大小取决于天然型隙系统的发育特征，并极大地受到应力和煤层埋藏深度等因素的影响。煤基质孔隙是煤层气的丰要储存空间，但渗透率很小。煤的天然裂隙系统渗透性好，是包括煤层气在内的煤中流体运移渗流的主要通道，因此天然裂隙系统是煤层渗透率特征的决定性因素。 (一)煤储层渗速率的获取方法 煤储层渗透率，可由多种方法获取，如储层模拟、实验室测定、地球物理测井曲线换算、 透气性系数换算、试井测定等。不同方法求算的结果变化很大，难以相互对比。 在地温梯度和压力梯度正常的地区, 埋深1000m的煤储层中, 液态水的压力可达8MPa, 温度可达45℃ 与常温常压条件相比, 地层条件下煤中液态水能克服一定的毛细管力而进人孔径更小的孔隙中, 那么, 地层条件下煤中液态水能否进人吸附孔隙对煤吸附气体能力产生显著影响? 干燥煤样制备是将煤样在烘箱内105℃干燥2h. 平衡水煤样制备是在30℃饱和湿度下煤样吸满气态水. 注水煤样制备通过注水实验来完成. 样品制备 实验样品粒度的选择 煤样粒级对等温 吸附实验结果的影响 煤样粒级对等温 吸附实验周期的影响 选择2-5mm煤样作为实