煤层气勘探开发有以下三重意义：

1、煤层气是一种新型洁净能源，其开发利用可在一定程度上弥补常规油气资源的不足；

2、减轻矿井灾害程度和降低矿井生产成本；

3、减少温室气体排放，保护大气环境。

第二章

煤层气，是指赋存于煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主并部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体。

煤型气是指煤系中煤和分散有机质在成岩和煤化作用过程中形成的天然气，以游离状态、吸附状态和溶解状态赋存于煤层和其他岩层内，其成分大多以甲烷为主，也可能以氮气、二氧化碳或重烃为主。

其中赋存在煤层中、成分以甲烷为主的煤型气，称为煤层气或煤层甲烷，赋存在围岩中的煤型气则称为媒成气。

瓦斯，是赋存在煤层中的煤层气与采动影响带中的煤成(层)气、采空区的煤型气和采掘活动过程中新生成的各种气体的总称。

成煤作用经历两个过程，即生物成因过程和热成因过程，生成的气体分别称为生物成因气和热成因气。

生物成因气的生成有两种机制：

1、二氧化碳的还原作用生成甲烷；

2、醋酸、甲醇、甲胺等经发酵作用转化成甲烷。

原生生物成因气，是在成煤作用阶段早期泥炭沼泽环境中的未变质煤（泥炭~褐煤）经微生物作用使有机质发生一系列复杂过程所生成的气体，又称之为早期生物成因气。

热成因气，是在温度（>50℃）和压力作用下，煤中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甲烷、二氧化碳和水的形式释放出来。

形成热成因甲烷大致分三个阶段:

1、褐煤至长焰煤阶段——生成的气量多,成分以CO₂为主（占72%~92%）；烃类<20%且以甲烷为主，重烃气<4%。

2、长焰煤至焦煤阶段——烃类气体迅速增加（占70%~80%），CO₂下降至10%左右。烃类气体以CH4为主但含较多的重烃，至肥、焦煤时重烃可占10%~20%。该阶段是主要的生油阶段，如果煤中壳质组含量多，则油和湿气含量亦多。

3、瘦煤至无烟煤阶段——烃类气体占70%,其中CH4占绝对优势（97%~99%），几乎没有重烃。

控制煤层气成分的主要因素有：

1、煤的显微组分特别是富氢组分的丰度；

2、储层压力，它影响煤对各组分的吸附能力；

3、煤化作用程度，即煤阶/煤阶；

4、煤层气解吸阶段，吸附性弱或浓度高的组分先解吸；

5、水文地质条件，它通过输送细菌产生次生物气而影响煤层气成分。

煤层气组成主要受煤岩组分（母质）、煤阶、生气过程、埋深及相应的温压条件等因素影响。水动力条件，次生作用。

煤层气的密度：标准状态下(1atm，温度15.55℃)单位体积煤层气的质量，单位为kg/m。

黏度是流体运动时其内部质点沿接触面相对运动、产生内摩擦力以阻抗流体变形的性质。

临界温度，是指气相纯物质维持液相的最高温度，高于这一温度气体即不能用简单升高压力的办法（不降低温度）使之转化为液体。

临界压力，是指气、液两相共存的最高压力，即在临界温度时气体凝析所需的压力。（高于临界温度，无论压力多大气体均不会液化：高于临界压力，不管温度多少液态和气态亦不能同时存在。只有当温度和压力均超过其临界温度和临界压力时，才称为超临界状态。）

20℃、1atm下单位体积水中溶解的气体体积称为溶解度(m3气/m水)。

煤层气可以作：1、化工原料；2、合成油；3、工业与民用燃料。

第三章

煤储层系由煤基质块（被裂隙切割的最小基质单元）气、水（油）三相物质组成的三维地质体。其中，气组分有四种相态：游离气（气态）、吸附气（准液态）、吸收气（固溶体）、水溶态（溶解气）。

腐植煤的显微组分：1、镜质组；2、壳质组；3、惰质组。

煤储层系由宏观裂隙显微裂隙和孔隙组成的三元孔、裂隙介质孔隙是煤层气的主要储集场所，宏观裂隙是煤层气运移的通道，而显微裂隙则是沟通孔隙与裂隙的桥梁。

煤储层中的裂隙在国外煤层气工业中常被称为割理。

组合类型：1、矩形网状；2、不规则形状；3、平行状。

研究煤孔隙的方法：1、压汞法；低温氮吸附法。

煤的孔隙率，是指煤中孔隙与裂隙的总体积与煤的总体积之比。

煤储层孔裂隙发育受多种因素影响，归纳起来主要有下列8种：

1、煤化作用的类型和程度； 2、煤岩成分、类型和厚度；

3、煤中矿物质含量及赋存状态；4、煤层结构和煤体结构；

5、煤层总厚度或分层厚度； 6、古构造应力场

7、水文地质条件；8、构造变形样式。

煤的孔径分布和煤化作用程度和类型、煤的显微组分、矿物质含量、煤层和煤体结构、断裂有关。

矿物质对煤的孔隙产生两方面的影响：

1、它充填了一部分大、中孔隙，使煤的总孔容下降；

2、矿物本身可能存在一些孔隙，如晶间孔，对煤的孔隙有微弱贡献。

裂隙发育的地址控制：煤阶、煤岩类型、煤层厚度、矿物质含量、煤层结构、古构造应力场、水文地质作用、构造变形样式。

天然裂隙发育密度常随煤岩类型条带或分层的厚度变薄而减小。

第四章

煤层气以游离、吸附、固溶和溶解多种状态赋存于煤储层中。

煤储层压力，是指作用于煤孔隙——裂隙空间上的流体压力（包括水压和气压），故又称为孔隙流体压力。

煤储层流体受到三个方面力的作用,包括上覆岩层静压力、静水柱压力和构造应力。

煤储层压力受地质构造演化、生气阶段、水文地质条件（水位、矿化度、温度）、埋深、含气量、大地构造位置、地应力等诸多因素影响。

储层压力状态是按大于、等于或小于淡水静水压力梯度（9.78kPa/m）的标准判定的。因此，地下水矿化度是影响储层压力状态的重要因素。地下水矿化度越高其相对密度越大,在相同压力水头高度下高矿化水比低矿化水的水压力要大。因此，在封闭、滞流、地下水补排条件较差的高矿化度水分布区段，往往出现储层压力的高压异常状态。

煤层气（瓦斯）压力，是指在煤田勘探鉆孔或煤矿矿井中测得的煤层孔隙中的气体压力。

煤对气体的吸附性是无选择性的、可逆的。

在恒定的温度和压力变化条件下的吸附过程称为等温吸附，描述等温吸附时压力与吸附量之间关系的曲线，称为等温吸附曲线。

水分对煤吸附气相组分起抑制作用，水分的存在可降低煤对甲烷的吸附量。

煤的等温吸附曲线主要应用于以下三方面：

1、确定煤层气的临界解吸压力；

2、估算煤储层的理论含气量和煤层气的饱和状态；

3、预测煤储层在降压解吸过程中煤层气的采收率或可采资源量。

含气饱和度，是指煤储层在原位温度、压力、水分含量等储层条件下，煤层含气量与总容气能力的比值。

煤层气临界解吸压力，是指解吸与吸附达到平衡时对应的压力，即压力降低使吸附在煤微孔隙表面上的气体开始解吸时的压力。

影响煤吸附性的因素有压力、温度（埋深）、煤岩组分、煤阶、煤层含水性、煤的物理结构和吸附质类型等。

解吸与吸附作用几乎是完全可逆的过程

煤储层压力降低到一定程度后，煤中被吸附的甲烷开始从微孔表面分离，这个过程叫做解吸。

我国煤层气井和美国煤层气解吸资料均由三部分构成，即逸散气量、解吸气量（解吸至一周内平均每天小于10cm3时为止）、残余气量。

解吸速率的定义是：单位时间内的解吸气量。

第五章

1、逸散气量指从鉆头鉆至煤层到煤样放人解吸罐以前自然析出的天然气量。

2、解吸气量是指煤样置于解吸罐中在正常大气压和储层温度下自然脱出的煤层气量。

3、残余气量是指充分解吸结束后残留在煤样中的气量。

加热脱气、粉碎脱气

游离气存在于煤孔隙和裂隙空间的自由气体，称为游离气。

煤层顶底板是封堵煤层气的第一道屏障,是煤储层围岩组合中最重要的岩层。其主要岩石类型有碳酸盐岩、砂岩、泥岩、油页岩和砂泥岩互层。

由砂岩、碳酸盐岩、砂泥岩互层组合、泥岩、煤层到油页岩，其封盖能力依次增强。

围岩的封闭机理，可以分为薄膜封闭、水力封闭、压力封闭和浓度封闭几种类型。

综上所述,褐煤-焦煤初期阶段,煤层含气量的急剧增高主要依赖于煤中微孔增多、孔比表面积加大和生气量增高；焦煤-无烟煤初期阶段，含气量仅缓慢增高的主要原因是新生成孔隙增大的空间有限；而无烟煤早期阶段含气量的再度急剧增高则是起因于在甲烷不断生成的同时煤中孔隙空间明显增多和吸附性极度增强；无烟煤中——后期阶段含气量急剧降低则是生气作用停止、镜质组化学结构再次发生重大调整而导致吸附能力趋于消失的结果。

水文地质的控气特征可概括为三种作用：

1、水力运移逸散控气作用；2、水力封闭控气作用；3、是水力封堵控气作用。

原位煤层含气量预测：

1、含气梯度法；2、压力——吸附曲线法；

3、煤质——灰分——含气量类比法；4、测井曲线法；5、地质条件综合分析法。

本煤层采动影响区煤层含气量预测：1、有限元法；2、瓦斯涌出量法；3、瓦斯压力测试法。

第六章

若孔隙中只存在一相流体，且流体与介质不发生任何物理化学作用,则多孔介质允许流体通过的能力称为绝对渗透率。若孔隙中存在多相流体,则多孔介质允许每一相流体通过的能力称为每相流体的相渗透率，也称为有效渗透率。

有效（相）渗透率与绝对渗透率的比值称为相对渗透率。

扩散时浓度梯度作用下甲烷分子的随机运动而形成的运移现象。

三种扩散方式：1、整体扩散；2、克努森型扩散；3、表面扩散。

煤层气的扩散、渗流特征

①人工压裂裂缝和大、中裂隙内煤层气呈层流或紊流，小裂隙、微裂隙，显微裂隙和大、中孔隙内呈层流。

②孔、裂隙介质单位体积内的表面积大，表面作用明显，任何时候都要考虑黏性作用。

③煤层气的地下流动往往压力较大，煤层又为软弱岩层，因而不仅要考虑流体的压缩性，还要考虑煤的压缩性。

④煤孔隙形状分布复杂，毛管力作用较普遍，有时还要考虑分子间的作用力和附加毛管力。

⑤煤层气渗流首先是煤层甲烷的解吸，解吸过程是一个吸热过程，环境温度下降，煤层气渗流是一种非等温渗流。

⑥煤层气渗流过程中，伴随着甲烷气体的解吸，煤体结构发生自发调节——煤基质收缩，其结果使原有裂隙张开，渗透率提高。

⑦煤层气渗流过程中，随着水和甲烷气体的排出，储层压力降低，煤体强度提高，地层应力在煤储层内的水平应力分量减小，煤基质收缩应力增长，有效应力变化较为复杂。

⑧煤储层为多相介质,煤层气渗流过程中黏性指进现象客观存在。

地质构造、应力状态、煤层埋深、煤体结构、煤岩煤质特征、天然裂隙系统等都不同程度地影响着煤储层渗透率。

第七章

煤层及顶底板围岩的力学性质主要包括：弹性模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等。

煤岩体的力学特征及其对压裂效果的影响：

煤的抗压强度低于砂岩，与泥岩相当，但煤的抗拉强度明显低于围岩，在原地应力相近的条件下，破裂煤层的压力低于围岩：煤弹性模量低于砂岩，与泥岩相当，在压裂作用下，裂缝宽度变化大。

煤的抗拉强度远低于围岩，对控制缝高有利，压裂时，水平缝至垂直缝的转变深度更浅。但煤的抗压强度、泊松比与围岩相差不大时，又不利于控制缝高的扩展。因此，在压裂设计中要把握这些参数之间的平衡点。

第九章

煤层气资源量：根据一定的地质和工程依据估算的赋存于煤层中的、具有现实经济意义和潜在经济意义的煤层气量。

煤层气地质储量：在原始状态下，赋存于已发现的具有明确计算边界的煤层中的煤层气总量。

根据地质可靠程度可分为三级：1、推定的；2、推断的；3、预测的。

从资源的勘查程度和地质认识程度将煤层气资源/储量分为待发现的煤层气资源量和已发现煤层气资源量两级。

应用于煤层气资源量的计算方法主要有体积法、类比法、递减分析法、物质平衡法、数值模拟法。

煤层气勘探目标区应是蕴藏有一定资源量并具有煤层气富集高产潜势的地区。因此，煤储层含气量和渗透率是应优先考虑的两个关键控气因素，面积和资源丰度（两者之积为煤层气资源量）对目标区的经济价值也具有决定性意义。

第十一章

三种布井方式，垂直鉆井、水平鉆井、针对采空区的鉆井。