煤层气开发工程期末复习题.docx
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煤层气开发工程期末复习题
、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煤层：
由上下两个层面限制的煤及其间所夹的矸石层。
3总厚度:
是煤层顶、底板之间各煤分层和夹矸厚度的总和。
4有益厚度：
指煤层顶、底板之间各煤分层厚度的总和。
5可采厚度：
指在现代经济技术条件下可以开采的煤层厚度。
6最低可采厚度：
按照国家目前有关技术政策，依据煤种、产状、开采方式和不
同地区的资源条件所规定的可采厚度的下限标准。
7成煤作用：
植物从死亡及其遗体堆积到转变成煤的一系列演变过程。
8泥炭化作用：
高等植物死亡后，在生物化学作用下，变成泥炭的过程。
9煤化作用：
包括成岩作用和变质作用两个连续的过程。
10煤阶:
用数量表示的煤化过程程度或成熟度。
11镜质体反射率：
在显微镜下，于油浸及546nm波长条件下镜质组的反射光强度与垂直入射光强度的百分比。
12表征煤孔隙结构的基本参数：
孔径、比孔容、比表面积、孔隙度、中值孔径。
13煤比孔容：
单位质量煤中孔的体积，单位为cm3/g或ml/g。
14煤比表面积：
单位质量煤中孔隙的表面积，单位为m2/g。
15煤的孔隙度：
孔隙总体积与煤总体积之比。
16煤储层裂缝（割理）的评价标准：
裂缝（割理）密度、〜的连通性、〜的发育程度。
17裂缝（割理）密度:
单位距离或面积内割理数量的多少。
18面割理:
整个煤层中连续分布的割理，延伸长度大、发育，且先于端割理形成。
19端割理:
仅局限于相邻两条面割理之间、断续分布，终止于面割理或与面割理较差的不连续割理，其延伸受面割理的制约。
20内生裂隙：
煤化作用过程中，煤中凝胶化物质受温度和压力的影响，体积均匀
收缩产生内张力，从而形成的裂隙。
21外生裂隙：
煤受构造应力作用产生的裂隙。
22继承性裂隙：
如果内生裂隙形成前后的构造应力场方向不变，早先的内生裂隙
就会进一步强化，表现为部分内生裂隙由其发育的煤分层向相邻分层延伸扩展，
但方向保持不变，这部分裂隙就称为继承性裂隙。
23煤层气储集层的渗透性：
在一定压差下，允许流体通过其连通孔隙的性质。
24绝对渗透率：
当孔隙中只存在单相流体，且流体与介质不发生任何物理化学作用时，多孔介质允许流体通过的能力。
25单相渗透率：
单相流体通过煤岩孔隙、裂隙时的渗透率。
26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。
27相对渗透率：
有效渗透率与绝对渗透率的比值。
28煤层气储层压力：
作用于煤孔隙和裂隙内的水和煤层气上的压力。
29储层压力系数：
实测地层压力与同深度静水压力之间的比值。
30煤层气压力：
在煤田勘探钻孔或煤矿矿井中测得的煤层孔隙中的气体压力。
31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。
32经济边界：
适用于工业性煤层气藏，以该煤层气藏具备商业开发价值的最低含气量表达，一般取1500m埋深为煤层气藏的深部经济边界。
33物性边界：
煤体在构造应力作用下成为糜棱煤，物性变差，排驱压力增大，对煤层气的扩散运移起到阻止作用的边界。
34吸附平衡：
当吸附和解吸的速度相当时，颗粒表面的气体分子数目就维持在某一定量，此时就称为吸附平衡。
35煤层气吸附饱和度：
煤层在一定的温度、压力和湿度条件下对甲烷的吸附饱和程度，即实际含气量与理论吸附量之比。
36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。
37临储压力比：
临界解吸压力与储层压力之比，临储压力比越大，越易于排采。
38临界产气压力：
在煤层气开采过程中，煤层气开始大量产出时刻的井底流压。
39试井:
是以渗流力学理论为基础，以各种测试仪表为手段，通过对油气井或水井生产动态的测试来研究油、气、水层和测试井的各种物理参数、生产能力、以及油、气、水层之间的连通关系的方法。
40表皮效应：
存在一个围绕井筒的带，受钻井液的泥饼或完井水泥的影响，造成渗透率比其它部分低，就像是一层表皮围绕在井筒周围，从而导致压降过大。
41井筒储集效应：
多数情况下，在压力恢复测试中，流量的控制是在井口或管线上,虽然井口测出的流量是恒定的，但在井筒内部，从储层进入井筒的流量并不恒定。
42无限作用径向流：
在早期以井筒储集为主的响应与晚期以边界为主的响应之间的时间段内的流体流动状态。
43储层边界响应：
随着时间的推移，压力响应反映了距井筒更远处的储层状况，最后压力响应受到储层边界作用的影响。
44调查半径：
总存在一定距离外的某一点，在这一点上的压力响应十分微弱，根本监测不到，把钻孔到该点的距离称为调查半径。
45多孔效应：
在试井过程中必须对一种多相性储层引起注意，此类储层的压力响应具有明显的原生孔隙和次生孔隙，这种压力效应称为多孔效应。
46多分支水平井：
由一个主井眼和两个或两个以上的分支井眼所组成的煤层气井。
47经济极限井网密度：
总产出等于总投入，总利润为零时的井网密度。
48最优井网密度：
当总利润最大时的井网密度。
49合理井网密度：
在最优井网密度与经济极限井网密度之间选择合理值进行井网部署。
50水力压裂技术：
采用地面高压压裂泵车，以高于储层吸入的速度，从套管或油管向井下注入压裂液，当井筒压力增高，达到克服地层的地应力和岩石抗张强度时，岩石开始出现裂缝，形成一条或数条裂缝。
51高能气体压裂技术：
利用固态、液态火药或推进剂在目的层快速燃烧产生的大量高温高压气体，对地层脉冲加载压裂，使地层产生并形成多裂缝体系，同时还产生较强的脉冲震荡，作用于地层岩石，综合改善和提高地层渗流导流能力。
二、填空
1宏观煤岩组分：
镜煤、亮煤、暗煤、丝炭。
宏观煤岩类型：
光亮型、半亮型、半暗型、暗淡型。
煤的显微组分：
镜质组、壳质组、惰质组。
2煤层的结构：
简单结构煤层、复杂结构煤层。
3煤层顶板包括伪顶、直接顶、老顶，煤层底板包括直接底、老底。
4煤层气的成因：
生物成因气（原生生物气和次生生物气）和热成因气。
热成因气体的生成一般在两种作用下产生：
热降解作用和热裂解作用。
5煤孔隙类型，根据孔隙成因分为：
原生孔、变质孔、外生孔、矿物质孔。
根据煤孔隙尺寸分为：
大孔＞1um中孔0.1--1um、小孔0.01--0.1um、微孔＜0.01um
按形态和成因，煤裂隙可分为：
内生裂隙、外生裂隙、继承性裂隙。
6煤层气的三种赋存状态：
吸附状态、游离状态、溶解状态。
7常用的煤储层几何模型：
双重孔隙几何模型、双直径球形模型、三元结构模型。
8煤层气藏的边界：
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。
9煤层气运移产出机理：
解吸、扩散、渗流。
排采机理:
排水、降压、采气。
10在试井分析时需考虑三种裂缝：
有限导水裂缝、无限导水裂缝、均匀通量裂缝。
11煤层气井的采气流程分为：
单井常温采气流程、多井常温采气流程。
12煤层气地质演化史的模型：
①煤层气聚散子模型②有机质成熟生烃子模型③
储层压力和煤层气赋存子模型④煤层气散失子模型⑤基本参数子模型。
13煤层气井的钻进方式：
旋转钻进、冲击旋转钻进。
14钻井设计的主要内容包括：
井径、套管选择、井深结构。
15兰氏方程式：
V=丄应，VL:
兰氏体积，反映煤体的最大吸附能力。
Pl:
Pl+P
兰氏压力，代表煤层吸附气体的难易程度，PL越小，吸附越容易。
三、简答
1成煤条件有哪些？
答:
①古气候:
温暖潮湿的气候有利于植物的生长繁殖。
2古植物：
植物遗体的大量堆积是煤层形成的物质条件。
3古地理:
低洼地段有利于泥炭层的堆积。
4均衡补偿：
沼泽水位上升速度与植物遗体堆积加厚速度要大体一致，以避免有机质的氧化分解。
5地壳运动：
只有在地壳缓慢沉降的构造背景下，泥炭层才会被上覆沉积物掩埋而保存下来。
2影响煤孔隙特征的主要因素？
答:
①煤变质程度的影响：
从长焰煤开始，随着煤化程度的加深，煤的总孔隙体积逐渐减小；到焦煤、瘦煤时达最低值，后又增加，至无烟煤达到最大值。
2煤破坏程度的影响：
对烟煤来说，煤的破坏程度越高，煤的渗透容积也就越大。
3地应力的影响：
压应力越高，孔隙率减小的越多；张应力越高，孔隙率增加越大。
3面割离和端割离的特征？
答:
面割理和端割理通常是相互垂直或近似正交。
1面割理为整个煤层中连续分布的割理，延伸长度大、发育，且先于端割理形
成。
发育的面割理呈等距分布，其长度变化范围很大，不发育的面割理在层面上以短裂纹的形式出现，宏观下从几毫米到几厘米。
2端割理仅局限于相邻两条面割理之间、断续分布，终止于面割理或与面割理较差的不连续割理，其延伸受面割理的制约。
端割理的长度受面割理间距的控制，面割理间距越大，端割理越长。
4煤层裂隙影响因素？
答:
①煤变质程度：
变质作用有利于煤层裂隙的发育和张开。
2煤岩组分与煤岩类型：
镜煤和亮煤中裂隙最发育，暗煤和丝炭中一般不发育裂隙；当煤阶相近时，裂缝密度从光亮煤到半亮煤、半暗煤、暗淡煤逐渐降低。
3煤体结构：
原生结构煤的裂缝密度主要受煤岩成分和煤化程度的影响。
构造煤的裂缝宽度小、级别多、密度大，分布极不均匀。
4矿物质：
一般来说矿物质不利于裂缝发育。
5煤层结构：
煤层结构是影响割理垂向延伸的主要因素。
6古地应力场：
构造应力场控制着割理的走向。
7水文地质作用：
静水压的有效应力有利于裂隙的形成和张开。
高矿化度水易于形成大量自生矿物，将减少储层裂隙孔隙率。
5影响煤储层渗透率的因素？
答:
①地应力：
构造应力集中的地区，往往是低渗透率分布地区。
2埋藏深度：
一般来说，煤储层埋藏深度增大，其渗透率降低
3天然裂隙：
理论上，天然裂隙越发育，渗透率就越好。
4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。
5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。
6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。
7流体介质：
煤对水的吸附能力大，故水单相渗透率低于CH4克氏渗透率。
8毛管力、贾敏效应和粘性指进。
6煤层气成因有哪几种？
答:
①生物成因气（原生生物气和次生生物气）；②热成因气。
1原生生物气：
产生于泥炭到褐煤阶段，是在微生物作用下有机质发生降解而形成的。
2热成因气：
煤在温度、压力作用下发生一系列物理、化学变化的同时，也生成大量甲烷气体。
热成因气又分为热降解和热裂解两个阶段。
3次生生物气：
发生于煤层形成之后，煤层被抬升或隆起时，在浅部煤层中温度降低到小于56C时，细菌由地表水与地下水交换，随着水体进入煤层，并发
生新陈代谢活动，生成甲烷-次生生物气。
7高低煤阶煤层气藏的差异？
答：
（1）成因分析：
①高煤阶煤层气的成因以热成因为主；②未成熟的低煤阶煤层气以原生生物成因为主；低煤阶成熟煤层气既有次生生物成因，又有原生与次生热成因。
（2）含气性差异：
①高煤阶煤层气藏吸附能力强，含气量高；②低煤阶煤层气藏吸附能力弱，含气量低；
（3）物性差异：
①高煤阶变质程度高，基质致密，煤层物性渗透率低；②低煤阶变质程度低，基质疏松，煤层物性渗透率高；③高低煤阶物性变化的二元性差异。
（4）水文地质条件差异性：
①高煤阶滞留水区域为富气区；②低煤阶缓流区为富气区。
（5）成藏差异性：
①高煤阶煤层气藏的成藏过程复杂；②低〜的成藏过程简单。
8有利于煤层气藏保存条件？
答:
①煤的吸附能力越强，吸附量越大，越有利于煤层气的保存。
2具有良好的封盖层。
3地层水弱交替区或地层水滞留区有利于煤层气的保存。
4构造运动：
地壳下降并接受沉积有利于煤层气保存；断裂作用不强烈地区，
既有利于煤层产生裂隙而提高渗透率，又不至于破坏盖层的封盖能力。
5区域岩浆热变质区有利于煤层气富集。
6煤层分布广，厚度大，含气量和含气饱和度高，煤层气越丰富。
7煤岩镜质组含量高、灰分含量低、演化程度适中。
8处于构造斜坡带或埋藏适中的向斜区。
9煤层处于地层高压区⑩煤层气异常压力。
9煤层气赋存状态的转化？
答:
①煤层气在煤储层中的三种状态不是一成不变的，二是处于动态平衡状态。
2当煤储层的温度或压力发生变化时，这三种状态随之发生变化。
3处于煤储层裂隙系统中的甲烷气体，当煤储层的原始状态未发生改变时，
只有当甲烷气体组分的浓度大于其溶解度时，才会出现游离气。
4当储层温度一定时，若储层压力降低，煤孔隙中的气体则发生解吸，溶解度降低，吸附气和溶解气向游离气转化；若储层压力升高，孔隙内甲烷气体压力升高，会有更多的游离气首先向溶解气转化。
5当水中溶解气饱和后，游离气会被吸附到小孔、过度孔、和微孔表面，还
有一部分甲烷分子进一步渗入煤基质中，成为吸附态气体，对同一区域同一煤层来说，温度对其影响最小。
10煤层气物理吸附和物理解吸的差异？
答:
①作用过程：
吸附是在煤的热演化生烃、排烃过程之中，是一种自发过程。
解吸是人为的排水、降压、解吸过程，是一种被动过程。
2作用时间：
吸附是一个漫长的过程，以百万年计。
解吸是一个相对较快的过
程，以天、小时计。
3作用条件：
煤层在热演化中逐步脱水、升温、增压，生成煤层气，吸附在煤基质孔隙中。
在有限的降压和极有限的基质孔隙空间中，解吸过程几乎是恒定的温度。
4影响因素：
吸附的影响因素主要是煤质、基质孔隙内表面积等，解吸的影响因素是游离态的煤层气逸散速度等。
11煤层气井完井的目的？
答:
①使井筒与煤层的天然裂隙和裂隙系统有效地连通。
2有效的封堵出水地层和不同压力体系的煤层，有利于增产措施和产气作业。
3降低钻井污染，提高产气量。
4防止井壁坍塌和煤层出砂，保障煤层气井的采气作业和长期生产。
5降低成本，提高经济效益。
12射孔过程对煤层保护？
答:
①优化射孔液性能②优化射孔参数③正压射孔和增产联作技术④选用与储层配伍的优质射孔液⑤射孔后抽汲替喷⑥选择合适的射孔方法。
13煤层气产出的三个阶段？
答:
①单相流动阶段：
即只产出水的阶段。
在开采初期，煤层气尚未开始解吸，煤层水由裂缝系统进入井筒排出，抽采井附近只有单相水流动。
2非饱和单相流阶段：
在这个阶段，部分煤层气开始解吸，解析出来的煤层气在水中形成气泡，这些气泡是孤立的，没有相互连通，不能流动，因此，虽然出现气水两相，但只有水相是可以流动的。
3两相流阶段：
气水两相同时流动阶段。
随着越来越多的煤层气解吸出来，水相中的气泡相互连通，形成气体的连续流动。
14煤层气井的排采机理？
答:
①单井排采的采气机理：
单井排水形成压降漏斗，在井底压力大于临界解吸压力而小于原始地层压力时，只有水的单相流动。
当井底压力小于临界解吸压力后，形成解吸压降漏斗，解吸压降漏斗内的煤层气开始解吸，煤层气从煤的表面解吸出来，一方面扩散，另一方面溶于水中，出现非饱和流动。
泄流半径继续增大，解吸漏斗也增大，原解吸漏斗范围内早已解吸的煤层气开始渗流，形成气和水两相渗流流动；后形成的解吸漏斗开始解吸，出现水的非饱和流动，泄流半径以外的水不流动。
②多井排采的采气机理：
当相邻井的泄流半径之和大于井距时，由于井间干扰，井间压力下降到临界解吸压力以下，井间开始解吸气，同时先前解吸的气扩散、溶解、渗流，形成两相流动；当井间压力下降到井底压力时，井间的气全部
解吸、扩散、溶解、渗流，形成大面积的解吸和两相流动。
当井群中井与井之间的距离小于各井的影响半径时，彼此之间的流量和降深都要发生干扰。
15煤层气采出水处理方式？
答:
①去除水中悬浮杂质②去除TDS③曝气沉降④冻融/蒸发（FTE）工艺⑤反渗透工艺⑥紫外光杀菌⑦化学处理⑧离子交换⑨电容脱盐作用和去离子作用⑩反向电渗析法？
蒸馏法？
人造湿地。
16多分支水平井的优点？
答:
①增加有效供给范围②提高了导流能力③单井产量高，经济效益好④有利于环境保护⑤减少对煤层的伤害。
17影响煤层气井产能的因素？
答:
①井位选择不当：
井位选择不当的因素主要有储气系数低和可采气系数小。
②煤层污染：
主要指钻井液等外来流体对煤层的伤害或煤粉对孔隙的堵塞。
18提高煤层气井产能的方法？
答:
①确定高产稳产井位②采用强化措施，提高解吸速度，改善渗透性③井网优化④群井开采⑤多煤层开采。
19开发井网的部署要考虑的原则？
答:
①地质因素：
应主要考虑煤储层因素，寻找煤层气含量高的地区进行井网部署；
2开发因素：
分步实施，均衡开采；开发层系有效组合，实现整体规划，立体开采；确定合理采气速度。
3经济效益：
在最优井网密度与经济极限井网密度之间选用合理值。
20注气法开采煤层气的机理？
答：
（1）注氮气开采机理：
向煤的割理中注入氮气，一方面可以保持煤的高割理压力，另一方面提供了驱动游离甲烷的动力，从而加速了游离气的运移，因此降低了CH4的分压。
⑵注二氧化碳开采机理：
①置换：
注入的CO2与CH4竞争吸附，置换CH4分子，促进CH4解吸，同时降低CH4的分压，进一步促使CH4解吸；②驱赶:
驱替气体的注入维持了比单纯抽气更高的压力梯度，起到增加流体流速的作用，驱赶CH4
流向生产井。
（3）混合气体驱替煤层气机理：
①发挥C02的竞争吸附能力：
煤对C02的吸附能力比CH4强，注入混合气体中的C02可以促进CH4脱附。
注入混合气体中的N2会降低CH4在煤层中的分压。
②发挥N2的增渗作用：
注入混合气体中的N2驱替CH4后，煤层产生收缩变形，有增大渗透性的作用。
21煤层气井常用完井方式？
答：
（1）裸眼完井:
①先期裸眼完井：
钻到煤层上方地层，下套管固井，再钻开生产层段的煤层的完井方法。
②后期裸眼完井：
在钻完全部设计井深后，将生产套管下至煤层顶部并固井的方法。
③砾石充填完井：
充填在井底的砾石层起着滤砂器的作用，它只允许流体通过，一般用于胶结疏松出煤粉严重的煤层。
④筛管完井：
在钻穿煤层后，把带筛管的套管柱下入煤层部位，然后注水泥封隔煤层顶部以上的环形空间完井。
（2）射孔完井:
①套管射孔完井：
钻完全部井深，下套管、固井并将煤层用水泥封住后，用射孔器射穿套管、水泥环和部分煤层，构成煤层与井筒的连通通道。
②尾管射孔完井：
将技术套管下至煤层顶部并固井，然后再钻完全部井深，下入尾管并悬挂在技术套管上，用射孔器射穿尾管、水泥环和部分煤层，构成煤层与井筒的连通通道。
（3）混合完井：
是裸眼完井和套管完井在同一口井中使用，一般用于多煤层。
（4）裸眼洞穴完井：
在较高的生产压差作用下，利用井眼的不稳定性，在井壁煤岩发生破坏后允许煤块塌落到井筒中，进而形成物理洞穴；或者人工施加压力，使井壁煤层发生破坏，再清除井底的煤粉，进而形成物理洞穴。
（5）水平排泄孔衬管完井：
适用于深层低渗透、厚1.5m以上的煤层。
（6）多煤层完井技术：
在单煤层完井技术的基础上，根据全井各煤层的特点和
上下围岩的性质，有针对性的选择套管射孔完井、套管射孔+裸眼完井、套管射
孔+裸眼洞穴完井等几种完井技术。
22煤层气藏试井方法？
答:
①DST测试:
又称中途测试，钻杆将测试工具下入井内，在井下进行开关井操作，依靠地层流体的流动，直接快速获取井下压力-时间关系曲线，分析曲线获得地层参数。
②段塞流测试：
通过瞬时向井筒中加入液体或从井筒抽出一定体积的流体，使之形成一个段塞，然后测量恢复过程中压力随时间的变化，直至达到地层初始压力，由此求取渗透率、井筒储集系数和表皮系数。
3注入/压降测试法：
是一种单井压力瞬变测试，以合理的排量和压力向地层注水一段时间，在井筒周围产生一个高于原始储层的分布压力区，然后停泵、关井,使得压力与原始储层逐渐趋于平衡。
4压力恢复试井：
生产井在稳定生产的条件下，把测试管柱下入井内，压力计记录关井后井底压力随时间变化曲线。
5多井干扰试井：
由一口激动井与一口或多口观测井组成。
干扰试井中，通过
向激动井注入或从井中抽汲液体对测试地层施加压力瞬变，在激动井和所有观测
井中连续监测对外加应力的压力响应。
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