煤层气开发地质学理论与方法读书笔记

《煤层气开发地质学理论与方法》读书笔记

第2章 煤的物质组成及其最基本物理化学性质

本章主要内容为煤的物质组成，煤化作用及煤层气的形成，煤的基本物理化学性质，基于测井曲线的煤质参数预测

煤是一种固体可燃有机岩，它由有机质、混入的无机矿物质及孔隙—裂隙中的水和气体三部分组成，是一个多项的孔隙—裂隙系统，通常称为煤的三相体系。

1.煤的物质组成

煤储层固态物质包括两个部分，以固态有机质为主，含有数量不等的矿物质，它们共同构成了煤的固体骨架。对于煤储层的固态物质成分。

宏观煤岩成分是用肉眼可以区分的煤的基本组成单位，宏观煤岩组成是根据肉眼所观察到的煤的光泽、颜色、硬度、脆度、断口、形态等特征区分的煤岩成分及其组合类型。在光学显微镜下观察到的基本有机成分，称为有机显微组分；无机显微组分指显微镜下观察到的煤中矿物质。

煤中水存在于煤孔隙—裂隙中，其形态分为液态水、固态水和气态水，其中液态水分为结合水和自由水两个大类。

煤中的气主要组分为甲烷、二氧化碳、氮气、重烃气等，其中甲烷在煤储层中的赋存方式有游离态、吸附态和水溶态。

2.煤化作用及煤层气的形成

成煤作用是原始成煤物质最终转化成煤的全部作用，分为泥炭化作用阶段和煤化作用阶段（包括成岩作用阶段和变质作用阶段）。煤的物理化学煤化作用，表现为煤级和煤的成熟度的变化，是低程度变质作用在有机岩石中的一种表现形式。

煤化程度指标呈煤化指标，又称煤级指标。煤化作用是一个复杂过程，对于一定煤化阶段往往具有不同的煤化指标，如水分、发热量、氢含量、碳含量、挥

发分、镜质反射率、壳质组的荧光性和X射线衍射曲线等。

煤层气的生成包括三个阶段：原生生物成气；热成因气；次生生物成因气。 生物成因气（包括原生生物成因气和次生生物成因气）是有机质在微生物降解作用下的产物。

热成因气是在温度和压力作用下，煤有机质发生一系列物理、化学变化，煤中大量富含氢和氧的挥发分物质主要以CH4、CO2和H2O的形式释放出来。

3.煤的基本物理化学性质

煤的基本物理性质包括密度、容重（ρg）、比重（与水密度的比值）、孔隙度、含水率、松软性（松软系数等于饱水煤与干燥煤单轴抗压强度的比值）

煤的化学组成大致可分为有机质和无机质两大类，以有机质为主体。煤的工业分析也叫技术分析或实用分析，包括煤中水分、灰分和挥发分的测定以及固定碳的计算。

水分分为内在水分、外在水分、结晶水和化合水。灰分是指煤完全燃烧后生下来的残渣。挥发分是煤样在规定的条件下，隔绝空气加热，并进行水分校正后的挥发物质产率。固定碳就是煤在隔绝空气的高温加热条件下，煤中有机质分解的残余物。测定煤的挥发分时，剩下的不挥发物称为焦渣。焦渣减去灰分称为固定碳。

4.基于测井曲线的煤质参数预测

煤工业分析通常可由煤样实验室分析、测井体积模型法和概率统计分析法来确定。煤工业分析主要采用煤样实验室分析。

煤的工业分析与测井参数之间的关系：

煤储层是由裂隙和裂隙分割范围限的含微孔隙的基质两部分组成的，其组成成分为有机质、矿物质、水和气等。

煤层中水的存在是煤层的导电性变好，使煤层的视电阻率变小。当煤中水分含量提高时，煤层的放射性相应增强，煤中自然电位相应增高。

煤中灰分与密度、自然伽马和自然电位分别呈正相关关系，而与视电阻率呈负相关关系。灰分和自然伽马的相关关系为最好，其次为视电阻率和自然电位。

挥发分与视电阻率和密度呈负相关关系，即随着挥发分的逐渐增加，视电阻

率和密度均呈逐渐降低的变化趋势，挥发分与自然电位之间呈正相关关系。

煤质参数预测的多元回归模型： 原煤水分预测方程：

Mad=1.4655－0.5827×DEN－2.1115×GR＋0.2319×ρs

式中，Mad为原煤水分（%）；DEN为密度归一化值；GR为自然伽马归一化值；ρs为视电阻率归一化值。

原煤灰分预测方程：

Aad=13.9074＋19.2062×DEN＋10.0964×GR－8.8721×ρs

式中，Aad为原煤灰分（%）；DEN为密度归一化值；GR为自然伽马归一化值；ρs为视电阻率归一化值。

原煤挥发分预测方程：

Vdaf=20.6837＋4.2708×Uzw－10.1238×ρs－1.1552×DEN

式中，Vdaf为原煤挥发分（%）；DEN为密度归一化值；GR为自然伽马归一化值；ρs为视电阻率归一化值。

煤质参数预测的BP神经网络模型：

人工神经网络（ANN）是由人工神经元（简称神经元）互联组成的网络，在理论上可以任意逼近任何非线性映射。根据网络中神经元的连接方式不同，将人工神经网络分为分层网络和相互连接型网络两大类，目前应用较广的是分层网络。

两种模型的对比分析：

原煤水分预测模型：BP神经网络模型的预测精度要远高于多元回归模型的预测精度。

原煤灰分预测模型：BP神经网络模型的预测精度要略低于多元回归模型的预测精度。

原煤挥发分预测：BP神经网络模型的预测精度要远高于多元回归模型的预测精度。

第3章 煤储层厚度及其预测技术

本章主要内容为煤层的形成于煤厚变化的控制因素，煤储层厚度稳定性评价，基于地震属性的煤储层厚度预测技术，煤储层厚度对煤层气井产能的影响。

煤层既是生气层又是储气层，煤层有效可采厚度是控制煤层气井产能的主要因素之一，无论是煤层气资源评价，还是勘探开发研究，都必须考虑煤储层的厚度及其分布规律。

1.煤层的形成于煤厚变化的控制因素

成煤作用是从植物死亡、堆积到转变为煤需要经过一系列的演变过程。分为两个阶段：第一阶段，低等植物转变为腐泥，高等植物形成泥炭，称为腐泥阶段或泥炭化阶段。第二阶段，已形成的泥炭或腐泥，由于地壳沉降等原因被沉积物覆盖掩埋于地下深处，成煤作用就进入第二阶段，即煤化作用。起主导作用是煤的成岩作用和变质作用。

煤储层厚度是指煤层顶底板岩石之间的垂直距离。根据煤层结构，煤储层厚度可分为总厚度、有益厚度和可采厚度。

2.煤储层厚度稳定性评价

煤储层厚度稳定性是煤层气开发的最基本地质条件。在煤炭储量分类规范中，都把煤层稳定性作为分类的一项指标。煤储层厚度稳定性，通常认为由三方面因素所决定：煤储层厚度值偏离平均值的大小；煤储层厚度值是否有变薄到低于所规定的平衡表内储量的最低厚度；煤储层厚度变化是否具有规律性。

煤层可采性指数Km是表示评定区可采煤厚所占比例的参数。计算公式为：

Km?n?n式中，n为评定区内所有参加评定的见煤点总数；n?为见煤点总数中煤厚大于或等于可采厚度的见煤点数。

煤厚变异系数?是反应评定区内煤储层厚度变化偏离平均厚度程度的参数： 其中

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