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晋城地区郑庄区块煤层气解吸分馏特征研究

作　者: 段利江
导　师: 唐书恒；刘洪林
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 矿产普查与勘探
关键词: 晋城郑庄解吸分馏同位素
分类号: P618.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 439次
引　用: 3次
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内容摘要

煤层气是指成煤物质在煤化过程中生成并主要以吸附态储集于煤层中的气体,属非常规天然气。罐装煤样解吸实验表明,晋城地区郑庄区块煤层甲烷解吸率较高,变化于65.0%～96.2%之间。解吸率与储层原位含气量呈正相关关系,与灰分含量呈负相关关系。解吸率随煤级的升高呈现阶段性的变化特点。该区煤储层吸附时间为0.33～8d,说明本区煤层的气体解吸速率变化较大,达到产能高峰所需时间不等,但总体来看相对较短。样品的吸附时间与煤层含气量及裂隙发育程度呈正相关关系。解吸过程中甲烷碳同位素变重的趋势可分为先快后慢两个阶段,昌吉地区煤样的实验结果却与此不完全相同,作者认为这是由于取心操作及煤样解吸过程中的基质收缩变形破坏了煤体原生结构,从而对正常的同位素分馏效应产生了不利影响。随着成熟度增加,煤的相对微孔丰度变大,气体通过微孔时同位素扩散分馏作用加强,所以高煤阶的分馏效果较明显。煤储层气体解吸过程中发生的同位素分馏效应导致未压裂井井口气样甲烷碳同位素值在一定范围内波动。波动持续时间越长,预示该井的开采稳定性越好,可以获得长期稳定的产气量。通过对煤样解吸气量与甲烷碳同位素的相关分析,获得了总解吸量预测方程,根据该方程可以预测生产井的可采储量。压裂井试采过程中井口气样δ13C1值变化不大,这可能是由于压裂裂缝的存在影响了甲烷碳同位素的分馏效果。所以我们在研究煤层甲烷碳同位素值时,要尽量避免使用井口气样的测定值。罐装煤样气体解吸半量时间点所取气样的同位素值能代表全部解吸气体的同位素值,既然罐装煤样解吸可以看作煤层气生产井开采过程的镜象反映,那么该值才就能代表生产井的甲烷碳同位素值。通过比较模拟实验计算的碳同位素值与实测值,发现晋城地区的δ13C1值偏低,但二者相差不是太大。二次生烃、异常热事件、甲烷的水溶作用使同位素值偏轻,解吸分馏效应导致残留气的同位素值偏重,煤层气实测δ13C1值是各种影响因素共同作用的结果。作者认为理论上存在煤层气甲烷碳同位素值偏重的可能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章前言  11-20
  1.1 研究目的及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状与存在的问题  12-17
    1.2.1 国内外研究现状  12-17
    1.2.2 存在的问题  17
  1.3 研究内容和技术路线  17-18
  1.4 完成工作量  18
  1.5 论文创新点  18-20
第二章区域地质背景  20-33
  2.1 区域构造位置  20-21
  2.2 构造特征  21-23
  2.3 水文地质特征  23-28
    2.3.1 含水层与隔水层  23-26
      2.3.1.1 主要含水层类型  23-25
      2.3.1.2 主要隔水层  25-26
    2.3.2 上石炭统太原组地下水地球化学场  26-27
    2.3.3 下二叠统山西组含水层地球化学场  27-28
  2.4 地层及煤层发育情况  28-30
    2.4.1 含煤地层  28-29
      2.4.1.1 石炭系上统太原组  28-29
      2.4.1.2 二叠系下统山西组  29
    2.4.2 主要煤层对比标志  29-30
  2.5 煤层气开发简述  30-33
    2.5.1 油气勘探  31
    2.5.2 煤田勘探  31
    2.5.3 煤层气勘探  31-32
    2.5.4 煤层气开发  32-33
第三章煤层气储层地质特征  33-43
  3.1 煤层气地质特征  33-37
    3.1.1 煤层埋深  33-34
    3.1.2 煤层分布特征  34-36
    3.1.3 煤质、热演化程度及其生气量  36-37
  3.2 煤储层物性  37-38
  3.3 煤层气保存条件  38-40
  3.4 煤储层含气性  40-43
    3.4.1 含气显示  41
    3.4.2 含气饱和度  41-42
    3.4.3 煤割理特征  42-43
第四章煤层气解吸分馏特征  43-71
  4.1 煤层气吸附特征  43-49
    4.1.1 煤储层的吸附机理  44-45
    4.1.2 煤吸附气体的理论模型  45-46
    4.1.3 影响煤吸附因素的研究  46-49
      4.1.3.1 煤孔隙结构的影响  46
      4.1.3.2 煤级的影响  46-47
      4.1.3.3 煤岩成分和显微组分  47-48
      4.1.3.4 水分、温度、压力的影响  48-49
    4.1.4 多元气体吸附—解吸特性  49
  4.2 煤层气解吸特征  49-57
    4.2.1 煤储层解吸率  49-53
      4.2.1.1 气体解吸曲线特征  50-51
      4.2.1.2 解吸率影响因素  51-52
      4.2.1.3 解吸率应用研究  52-53
    4.2.2 煤储层吸附时间  53-57
      4.2.2.1 吸附时间的确定  53-54
      4.2.2.2 吸附时间影响因素  54-56
      4.2.2.3 吸附时间的应用研究  56-57
  4.3 煤层气扩散特征  57-61
    4.3.1 煤层气在煤储层中的扩散模型  57-59
      4.3.1.1 概念模型  57-58
      4.3.1.2 煤层气稳态扩散模型  58-59
    4.3.2 煤层气扩散速率的影响因素  59-61
      4.3.2.1 扩散系数及其影响  59-61
      4.3.2.2 浓度梯度及其影响  61
      4.3.2.3 含气浓度及其影响  61
  4.4 煤层气分馏特征  61-71
    4.4.1 气体组分分馏特征  61-63
    4.4.2 甲烷碳同位素分馏特征  63-71
      4.4.2.1 晋城地区与昌吉地区同位素分馏特征对比  64-67
      4.4.2.2 甲烷碳同位素值影响因素  67-68
      4.4.2.3 甲烷碳同位素的生产应用  68-71
第五章煤层甲烷碳同位素特征  71-79
  5.1 甲烷碳同位素成因研究  71-72
  5.2 煤层甲烷碳同位素偏轻机理研究  72-77
    5.2.1 罐装煤样解吸实验  72
    5.2.2 甲烷碳同位素值的测定及计算公式的选取  72-75
    5.2.3 碳同位素组成的影响因素分析  75-77
  5.3 甲烷碳同位素在勘探中地质意义  77-79
结论  79-81
致谢  81-82
参考文献  82-90
附录  90

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