孔隙以微-小孔为主，连通性较差，甲烷吸附存储的主要空间。 割理裂隙发育，裂隙大部分被方解石充填。
——煤岩岩石脆性大,易破碎,易受压缩。
100 90 80
各级别孔隙含量（%）
70 60 50 40 30 20 10 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 样号（北部：1-17；中部：18-33；南部：34-40） 微孔-过渡孔（0-200nm） 中孔（200-1260nm） 大孔（1260-50000nm）
（2）非饱和气流阶段：水与不连
续甲烷气体混合流动 （3）气水两相流阶段：连续甲烷
气体与水混合流动，气体在压差和
浓度差作用下渗流扩散到井筒，最 终排采到地面。
排水降压
储层变化？
4、煤储层渗透率变化 高变质煤：割理、裂隙型－－随压力增高，渗透率减小。
4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 2 4 6 8
长期 渐变 连续
0.6 2.0 10.0 15.0
排水段
憋压
憋压控压段
控压
稳产高产段
衰竭段
时间a
单井生产历史划分为五阶段：为排水段、憋压、控压段、高产稳产段 和衰竭段。核心是3个压力的合理匹配：井底流压、解吸压力、地层压 力。 单井开发曲线反映了个压力变化趋势和气水两相的产出规律 。
泊松比① 0.02-0.43 0.24 0.1-0.39 0.22 0.1-0.34 0.20 0.14-0.47 0.28
煤岩的弹性模量较低,泊松比较高,脆性大,易破碎,易受压缩。
通过对以上煤岩结构的不断认识： ——煤储层特低孔（平均3.5% ）、特低渗（一般<0.1md）
——煤岩是双孔隙结构特征。
有效应力 有效压力(MPa)
渗透率(10 -3 μ m 2 )
渗透率(10 -3 μ m 2 )
A-17 A-11 A-5
2 1.5 1 0.5 0
A-18 A-12 A-2
10
12
0
2
4
6
8
10
12
有效应力 有效压力(MPa)
岩心经压缩后，即使围压再降低到原始值，渗透率也不能完全恢复，只 能恢复到原始值的25%～35%，造成永久性损害，说明储层除弹性变形外还 发生了塑性变形。
2、影响排采效果的因素
（1）排采不连续
影响因素分析
2、排采强度大 3、产气初期放气速度过快
影响排采效果的因素——排采不连续
大规模停电
大规模停电
排采不连续：产生“贾敏效应”、煤粉沉淀堵塞裂隙，产能降低。
影响排采效果的因素——排采强度大
平均每天降液面17m
平均每天降液面29m
排采强度大：井底压力下降快引起近井煤层应力变化，导致近井煤层裂隙割
岩石类型 泥岩 砂岩 灰岩 煤
抗压强度① /MPa 11.7-149.1① 45.1 29.1-164.9 87.6 53.9-142.1 120.6 2.4-20.3 10.0
抗拉强度① /MPa 0.4-4.5 1.6 1.1-5.0 3.4 3.4-5.0 4.3 0.4
弹性模量① /GPa 2.30-72.00 21.32 11.00-97.00 33.73 27.00-89.00 51.05 0.50-20.00 5.08
高峰产气量/(m3 /d)
10000 8000 6000 4000 2000 0 1
2500.00
高产井
400 300 200 100 0
中产井10Biblioteka 80 60 40 20 04
7 10 13 16 19 22 25 28 31 34
200.0 180.0 160.0 140.0 120.0 100.0 80.0 60.0 40.0 20.0 0.0
注入/压降
注入/压降 注入/压降 注入/压降
FZ-008
晋试3 晋试4
0.91
0.087 0.0001
0.022
1.456 0.1366
注入/压降
注入/压降 注入/压降
渗透性差：有效孔隙度一般小于5%。渗透率绝大多数小于0.1mD（变化
范围为0.01～1.0×10-3μm之间），属于低孔低渗储层。
4、煤岩力学性质
2、双孔隙结构特征
煤样鉴定结果表
明，沁水盆地煤岩变
质程度较高，以贫煤、 无烟煤为主，煤层裂 隙发育，密度可达
面裂隙 端裂隙
530～580条/m，裂 隙有方解石充填，制
大 中 小 微 裂 隙
约了孔隙的连通性， 影响煤层的渗透性。
宏观煤岩类型 宏观煤岩成分 夹矸
3、煤岩渗透性
沁水盆地3#煤渗透率统计表
煤层气产气机理及生产特点
长治煤层气项目部
二○一一年八月
汇报提纲
一、煤岩结构特征
二、煤层气产气机理
三、煤层气生产特点
四、煤层气井排采管理
汇报提纲
一、煤岩结构特征
二、煤层气产气机理
三、煤层气生产特点
四、煤层气井排采管理
1、煤岩组分
煤体结构示意图
测井响应特征
沁水盆地山西组3#煤层由 腐殖煤构成，其宏观煤岩组分 以亮煤、半亮煤为主，暗煤次 之。
3、产气机理
甲烷分子解吸 浓度差
排水
煤层水排出
降压
储层压力降低
解吸
扩散
压力差
渗流
煤基质
H2O CH4
割理
H2O + CH4
H2O
煤基质
煤层气的产出是一个复杂的排水—降压—解吸—扩散— 渗流的过程。
随着排水降压，煤层气的产出 大致要经过三个渗流阶段： （1）水的单相流阶段：井筒压力 大于临界解吸压力，只有水的单相 流动。
排采的工程参数主要包括井口套压、排水量（包括初始排水泵量
和最大排水泵量）、液面降、累计产水时间、动液面深度等。其中套
压和煤没度为反映煤储层产气时的压力参数，排水量、液面降和累计 产水时间反映疏水效率和压降的快慢。
煤层气排采特点
产气量差异大 产水量差异大 见气后产水量下降快
影响排采效果的因素
700 600
高峰产气量/(m /d)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
高峰产气量 高峰产气时间
高峰产气量/(m3/d)
高峰产气时间/d
500 400 300 200 100 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19
80.00 60.00 40.00 20.00 0.00
裂 隙
微小气孔
如何将甲烷分子从孔隙内表面释放出来？
从煤层气等温吸附理论，可知影响甲烷分子解吸-吸附 的两项条件：压力、温度。
35 30 25
吸附量 / cm3. g-1
20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 压力 / MPa
VL P V P L P
25℃; 45℃; 35℃; 50℃;
井号 TL-002 TL-004 渗透率(×10-3 ūm2) 3#煤 0.029 0.065 15#煤 0.087 0.027 测试方法 注入/压降 注入/压降
TL-006
TL-009 TL-010 FZ-001
0.605
0.004 0.017 0.0042
0.08
0.661 0.013 0.522
排采不连续 排采强度大 产气初期放气速度过快
汇报提纲
一、煤岩结构特征
二、煤层气产气机理
三、煤层气生产特点
四、煤层气井排采管理
1、排采管理的原则
排采方针：连续、渐变、长期 控制核心：井底流压、煤粉
阶段划分：排水阶段—憋压阶段—控压阶段—稳产阶段—衰减阶段
控制方法：快—------------稳—----------慢—----------稳
微-小孔一般在80%以上 割理被方解石充填
汇报提纲
一、煤岩结构特征
二、煤层气产气机理
三、煤层气生产特点
四、煤层气井排采管理
1、煤层气的成因
植物体埋藏后，通过生物化学作用 、煤化作用，成煤物质发生物理化学作 用 ，生成甲烷为主的气体。
本区3#煤是区域热成因的高阶煤。
盆地南北两端侵入岩体发育，3#煤热演
1500.00 1000.00 500.00 0.00 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21
煤层气井产能差异变化大的原因除了受主要地质因素控制外，同时受
高煤级煤储层煤层气排采控制。排采控制主要表现在排采的地质控制和地
面控制两方面。
高峰产气时间/d
2000.00
3
低产井
高峰产气量 高峰产气时间
式中：VL－Langmuir体积（cm3/g）
PL－Langmuir压力（MP）
P－平衡气体压力（MPa）
吸附
解吸
在恒温煤层，压力成为影响 甲烷分子解吸的主要因素。
动态平衡，可逆
如何实现降压？
压降漏斗
煤层
煤层
在原始地层，地层压力系统处于一种平衡状态；通过地 层水的排出，地层孔隙压力降低，实现降低储层压力。
理闭合，渗透率降低。
影响排采效果的因素——产气初期放气速度过快
48口井地质条件较好，关键排采过程中停电次数少，
煤层解吸产气初期，放气速度太快，近井地带煤层应力变化过快，造成近井 地带煤层发生应力闭合，渗透率降低；同时产气量迅速上升导致水相渗透率 大幅度降低，降低排水降压效率。
14000
高峰产气量/(m3 /d)
1、煤层气直井排采特点
近几年煤层气发展迅速，通过晋城实践不断分析，总结出了煤 层气排采特点：
1、产气量差异大