煤层气

煤层气测定方法(解吸法)

MT／T 77—94

中华人民共和国煤炭工业部1994—03—18批准 1994—07—01实施

1 主题内容与适用范围

本标准规定了在煤田地质勘探阶段利用煤芯煤样采用解吸法测定煤层气的方法。

本标准适用于正常钻进的钻孔和井下煤芯中气体的测定。

本标准不适用于严重漏水钻孔、煤层气喷出钻孔和井下倾斜钻孔煤芯中气体的测定，也不适用于岩芯中气体的测定。

2 引用标准

GB 474 煤样的制备方法

3 煤样的采取和野外煤层气解吸速度的测定

3．1 仪器和器具

a． 密封罐：容积以能装约400g煤样为宜，在1 500kPa下能保持气密性，易装卸(见图1)。

图1 密封罐

1—罐盖；2—密封皮垫圈；3—密封垫；4—压垫；5—压紧螺丝

b． 煤层气解吸速度测定装置(简称解吸仪，见图2)：量管容积800mL，最小分度值4mL；温度计测量范围0～50℃，最小分度值1℃。

图2 煤层气解吸速度测定装置

1—量管；2—水槽；3—螺旋夹；4—吸气球；5—温度计；6—弹簧夹；7—排水管；8—弹簧夹；9—排气管；10—穿刺针头；11—密封罐；12—取气导管

c． 空盒式气压计：依当地标高选择高原型或平原型。

d． 胸骨穿刺针头(简称穿刺针头)：16号。

3．2 采取煤样前的准备工作

3．2．1 密封罐使用前应洗净、干燥。检查压垫和密封垫是否可用，必要时予以更换。检查密封罐的气密性，在300～400kPa下应没有漏气现象。严禁使用润滑油。

3．2．2 解吸仪使用前，应用吸气球4提升量管内的水面至零点，关闭螺旋夹3放置10min后，量管内的水面应不下降。

3．3 煤样的采取

3．3．1 使用煤芯采取器(简称煤芯管)提取煤芯，一次取芯长度应不小于0．4m。在钻具提升过程中，应向钻孔中灌注泥浆，保持充满状态，并应尽量连续进行。如果因故中途停机，孔深不大于200m时，停顿时间不得超过5 min；孔深超过200m时，停顿时间不得超过10min。

煤层气

煤层气俗称“瓦斯”，其主要成分是CH4（甲烷），是主要存在于煤矿的伴生气体，也是造成煤矿井下事故的主要原因之一。

煤层气是热值高、无污染的新能源。它可以用来发电，用作工业燃料、化工原料和居民生活燃料。煤层气随着煤炭的开采泄漏到大气中，会加剧全球的温室效应。而如果对煤层气进行回收利用，在采煤之前先采出煤层气，煤矿生产中的瓦斯将降低70%到85%。

煤层气的开采一般有两种方式：一是地面钻井开采；二是井下瓦斯抽放系统抽出。地面钻井开采的煤层气和抽放瓦斯都是可以利用的，通过地面开采和抽放后可以大大减少风排瓦斯的数量，降低了煤矿对通风的要求，改善了矿工的安全生产条件。地面钻井开采方式，国外已经使用，我国有些煤层透气性较差，地面开采有一定困难，但若积极开发每年至少可采出50亿立方米；由于过去除了供暖外没有找到合理的利用手段，未能充分利用，所以，抽放瓦斯绝大部分仍然排入大气，花去了费用，浪费了资源，污染了环境。

我国煤层气资源丰富，居世界第三。每年在采煤的同时排放的煤层气在130亿立方米以上，合理抽放的量应可达到35亿立方米左右，除去现已利用部分，每年仍有30亿立方米左右的剩余量，加上地面钻井开采的煤层气50亿立方米，可利用的总量达80亿立方米，约折合标煤1000万吨。如用于发电，每年可发电近300亿千瓦时。

煤层气又称煤层瓦斯，煤层甲烷，它是成煤过程中经过生物化学热解作用以吸附或游离状态赋存于煤层及固岩的自储式天然气体，属于非常规天然气，它是优质的化工和能源原料。

煤层气是种清洁的能源，它一般存在于煤矿中，对煤矿安全威胁很大，如果释放到空气中又会导致气候变暖，但若能有效开发利用，可以变成清洁的天然气能源。目前煤层气已经在美国、德国、俄罗斯等多个国家使用，但国内的利用率较低。

中国煤层气产业发展现状

全球埋深浅于2000米的煤层气资源约为240万亿立方米，是常规天然气探明储量的两倍多，世界主要产煤国都十分重视开发煤层气。美国、英国、德国、俄罗斯等国煤层气的开发利用起步较早，主要采用煤炭开采前抽放和采空区封闭抽放方式抽放煤层气，产业发展较为成熟。80年代初美国开始试验应用常规油气井（即地面钻井）开采煤层气并获得突破性进展，标志着世界煤层气开发进入一个新阶段。

煤炭工程　２００８年第９月　

煤层气发电机组的煤层气预处理系统　白红彬　，谭　超　（１．中煤集团邯郸设计工程有限责任公司，河北邯郸０５６０３１；２．邯郸市节约能源监察中心河北邯郸０５６０１４）　摘要：煤层气预处理系统是煤层气电厂燃气输配系统中的一个重要环节。文章以某进口煤　层气发电机组为例，介绍了煤层气预处理系统的设计原则和工艺流程，对系统应具备的各项功能　进行了详细论述，并分析了系统的特点和运行效果。　关键词：煤层气预处理系统；脱水；过滤；增压；安全保护　中图分类号：ＴＤ７１２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—０９５９（２００８）Ｓ１—００９４￣３　我国已将煤层气开发列入“十一五”能源发展规划，　利用煤层气发电供热，是资源综合利用的重要途径，将得　到越来越广泛的应用。煤层气发电是近年来发展起来的新　兴技术，煤层气预处理系统是煤层气电厂燃气输配系统中　的一个关键环节，煤层气预处理系统的性能直接关系到机　组能否正常稳定的运行，该系统不仅用于实现对煤层气的　脱水、增压、去除杂质等功能，还对机组的运行具备安全　保护作用，是煤层气收集系统与燃气发电机组之间的燃气　输送桥梁。因此设计好煤层气预处理系统显得特别重要。　１煤层气预处理系统功能要求　燃气内燃发电机组对煤层气浓度、湿度、含尘粒度、　温度、压力等都有一定要求，一般来说，国产机组对进气　品质要求较低，而进口煤层气发电机组对进气品质要求较　高，需要配备更为完善的煤层气预处理系统。下面以山西　某矿采用进口机组的煤层气发电厂为例，介绍其煤层气预　处理系统的设计方案。　电厂采用美国卡特彼勒公司的Ｇ３５２０Ｃ型燃气内燃发电　机组，机组对煤层气的要求为：　相对湿度：＜８０％；　固体粉尘粒度：＜１　ｍ；　粉尘浓度：＜５ｍ￣Ｎｍ。；　进气压力：２５～３５ｋＰａ；　进气温度：ｌＯ～６０％　ＣＨ　浓度不低于３５％。　矿瓦斯抽放站提供的煤层气的成分分析如下：　ＣＨ４：５０．５６％０２：８．８７％　Ｎ２：４０．３７％　ＣＯ２：０．２％　相对湿度：≥１０ｏ％　含尘量：＜３０ｍ　Ｎｍ　为确保燃气内燃机燃料的供应要求，必须对煤层气进　行净化预处理，选择合理预处理系统，以满足内燃发电机　组使用要求，保障机组安全运行。　煤层气属于易燃易爆的气体，设计应采用安全第一，　兼顾可靠性、经济性的原则。根据内燃发动机的状态提供　

第五章 煤层气产出过程

煤层气井的排采过程与常规天然气井显然不同，通常具有一个产气高峰期。这种差异，起源于煤层气主要以吸附状态赋存。

第一节主要内容：

在煤层气开采初期一般要进行“脱水”处理，即所谓的“排水降压”过程，目的是诱导煤层气的解吸、扩散、渗流作用由高势能方向往低势能方向连续进行。

一、煤层气流动机理

煤层气产出包括三个相互联系的过程，即解吸、扩散与渗流。

地下水的采出使煤层气压力降低。当煤层压力降低到一定程度时，煤中被吸附的气体开始从微孔隙表面分离，即解吸。解析气浓度在解吸面附近较高，在裂隙空间中较低。因此，煤层气会在浓度梯度的驱动下，通过孔隙—微裂隙系统向裂隙空间扩散。在煤层中，可能有三种扩散机理：以分子之间相互作用为主的体积扩散，以分子—表面相互作用为主的Knudsen扩散，基质表面的吸附气层表面扩散。

按照煤层中发生的物理过程，煤层气产出相继经历了三个阶段：

第一阶段，水的单相流。在此阶段，煤层裂隙空间被水所充满，为地下水单相流动阶段。

第二阶段，非饱和单相流。这一阶段，裂隙中为地下水的非饱和单相流阶段，虽然出现气—水两项阶段，单只有水相才能够连续流动。

第三阶段，气—水两相流。随着储层压力下降和水饱和度降低，水的相对渗透率不断下降，气的相对渗透率逐渐升高。最终，在煤层裂隙系统中形成了气—水两相达西流，煤层气连续产出。

上述三个阶段在时间和空间上都是一个连续的过程。随着排采时间的延长，第三阶段从井筒沿径向逐渐向周围的煤层中推进，形成一个足以使煤层气连续产出的降压漏斗。

二、煤层气开采过程

原始地层条件下，煤层及其围岩中地下水一般较多，储层压力大致等同于水头压力，气体在压力作用下吸附于煤层中。当排水使储层压力降至临界解吸压力之后，煤层气开始解吸，并通过扩散进入裂隙系统产生流动。

1、煤层气井排水阶段

煤层气井的排水阶段主要取决于临解比（临界解吸压力与储层压力之比）和煤层渗透率。临解比大，所需的压降幅度就大，排水量多，排水时间相对较长。临解比大，储层压力与临界解吸压力接近，排水量就少，时间相对较短。渗透率大，排水速度相对较快，压降漏斗扩展较快，煤层气井的控制面积也相对较大。排水时间对煤层气生产具有重要指导作用。