《煤层气的成因》PPT课件

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1、第一章煤层气的成因1第一节煤成烃机理一、煤成烃的物质基础23二、煤的化学结构与双组分模式煤是由带有官能团(如-OH，=C=O，-COOH，-OCH3)和侧链（胺、大分子烃）的缩合芳香核为骨架的结构单元以网状桥键相连而组成的三维空间结构的大分子化合物，其结构参数包括：缩合芳香环数、芳香度、官能团分布、碳氢和杂原子分布及桥键等。1、煤的化学结构4煤衍生物的结构模型示意图不同类型煤的基础结构单元示意图5目前取得主要进展如下：⑴热解试验GC/MS表明，中煤级阶段镜质组大分子结构的变化主要从烷基酚结构（亚烟煤）向烷基苯和萘结构

2、转化；⑵VanKrevelen认为，在烟煤阶段每个结构单元平均芳香环数为4~5，而最近研究表明为1~1.5个，且在烟煤阶段，芳香环数增加很慢，直至半无烟煤—无烟煤阶段，才突然迅速增加；⑶在烟煤阶段，煤化学结构中范德华力和氢键比共价键更重要。6煤是具有分子筛结构的微孔状固体，其内部微孔隙中充满了煤化作用过程中形成的气、液态流动相。2、煤组成的双组分模式组分描述：煤—主要由有机组分构成的沉积岩；B—主要为粘土矿物、石英、方解石、黄铁矿及其它物质，包括粘土矿物的结合水（-OH）及层间水；A-1—由桥键相连的单个或多个带有含

3、H或O官能团的芳香环结构；A-2-a—中到高分子的油和沥青，包括芳香的、脂肪的和杂原子；A-2-b—主要为CH4、CO2、H2O及N2、C2H6等小分子，其富集程度取决于煤级、环境条件和煤化作用历史。7煤分子两相模型8三、煤化作用的化学过程9煤化作用过程可用下式表示：10描述煤结构中小分子部分的演化、圈闭及后来的破坏过程，富C基质部分的结构变化过程：A表示富C的芳香结构基质部分，B表示富H或O的小分子部分。解聚作用是指大分子基质裂解为两个小分子，包括小分子官能团的脱除及桥键断裂；裂解指“圈闭”的小分子被裂解成更小的分

4、子；而聚合作用则是指有机分子通过共价键结合为大分子的反应。11EvolutionofMethaneHeatandpressureworktogethertoincreasecoalrankMethaneandwaterarereleasedintheprocessBothmethaneandwatercanbetrappedforfuturerecoveryusingCBM/CMMSource:ALLConsulting12第二节煤层气的成因13煤层气成因可分为两大类：有机成因和无机成因成因类型示踪指标Ro(℅)特征

5、备注同位素组成δ13C1(PDB),δDCHa(SMOW)组分比值有机成因生物成因原生生物成因气δ13C1<-55‰C1/C1-5>0.95≤0.5干气，炭同位素组成偏轻；生成早，一般在后期的煤层中很难保存下来次生生物成因气δ13C1<-55‰δD1:-250～-150‰C1/C1-5>0.95CO2含量极低0.3-1.5+煤岩中有与微生物活动有关的生物标记化合物及降解特征煤层受后期抬升，埋深较浅热成因原生热成因热降解气δ13C1:-46.2～-35.1‰δD1:-247.3～-225.9‰C1/C1-n:0.84～

6、0.94CDMI:0～90.550.5~2.0湿气：甲烷δ13C值和δD1值具正相关关系热降解气组分以煤芯解吸气为代表，同位素组成则以排采气为代表热裂解气δ13C1:-37.5～-29.6‰δD1:>-200‰C1/C1+2>0.99C1/C2≥3385CDMI≤0.13℅>2~2.5特干气；甲烷的碳、氢同位素组成偏重由于热演化程度高，煤层气组分和同位素受解吸分馏的影响较小，但以排采气最稳定次生热成因甲烷碳氢同位素进一步变轻干燥系数进一步增大，但二氧化碳含量增高>0.5解吸、扩散和溶解分馏造成组分与同位素组成变化为煤

7、层气富集区混合成因混合气δ13C1:-61.3～-50.7‰δD1:-242.5～-219.4‰δ13C2:-26.7～-15.9‰△δ13CC2-C1:30.7～57.4‰C1/C1-n:0.993～1.0C1/C2:188.6～2993.7CO2<2℅CDMI:0.64~3.06℅>0.5混合气的同位素和组分变化受所含热成因气和次生生物气的比例以及煤岩热演化程度的影响热降解气、热裂气与次生生物成因气的混合无机成因无机气14一、生物成因气1、原生生物成因气生物成因煤层气是指在微生物作用下，有机质（泥炭、煤等）部分转

8、化为煤层气的过程。按形成阶段可划分为原始生物成因气和次生生物成因气1）形成阶段：早期生物成因气形成于泥炭—褐煤阶段（RO<0.5%），即泥炭化作用和成岩作用阶段。2）依其所利用的C源，生物气的形成途径可分为两种：⑴CO2还原生成CH4；⑵醋酸、甲醇和甲胺等发酵转化成CH4。3）形成过程：生物气的形成过程包括一系列复杂的生物化学作用，这个过程的实