天然气煤层气基础知识

煤层气和天然气的区别
煤层气是一种以吸附状态为主、生成并储存于煤层及其围岩中的甲烷气体，发热量大于8100大卡/m3，与常规天然气相比主要不同点如下：
①煤层气基本不含碳二以上的重烃，产出时不含无机杂质，天然气一般含有含碳二以上的重烃，产出时含无机杂质；
②在地下存在方式不同，煤层气主要是以大分子团的吸附状态存在于煤层中，而天然气主要是以游离气体状态存在于砂岩或灰岩中；
③生产方式、产量曲线不同。

煤层气是通过排水降低地层压力，使煤层气在煤层中解吸-扩散-流动采出地面，而天然气主要是靠自身的正压产出；煤层气初期产量低，但生产周期长，可达20-30年，天然气初期产量高，生产周期一般在8年左右；
④煤层气又称煤矿井斯，是煤矿生产安全的主要威胁，同时煤层气的资源量又直接与采煤相关，采煤之前如不先采气，随着采煤过程煤层气就排放到大气中，据有关统计，我国每年随煤炭开采而减少资源量190亿m3以上，而天然气资源量受其他采矿活动影响较小，可以有计划地控制。

天然气的基本知识1、煤层气是天然气的一种，俗称瓦斯。

是矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体。

有时单独指甲烷(沼气)。

它是在煤的生成和煤的变质过程中伴生的气体。

在成煤的过程中生成的瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。

另外，在高温、高压的环境中，在成煤的同时，由于物理和化学作用，继续生成瓦斯即煤层气。

2、瓦斯是无色、无味、无臭的气体，但有时可以闻到类似苹果的香味，这是由于芳香族的碳氢气体同瓦斯同时涌出的缘故。

瓦斯对空气的相对密度是，在标准状态下瓦斯的密度为0.716kg。

瓦斯的渗透能力是空气的倍，难溶于水，不助燃也不能维持呼吸，达到一定浓度时，能使人因缺氧而窒息，并能发生燃烧或爆炸。

瓦斯的燃烧、爆炸性是主要灾害之一。

燃气管道的优点：安全、经济、环保、方便、快捷1、安全：天然气无味、无色、无毒为了保证天然气输配系统安全运行，我县的管道天然气工程采用一套集中高度，全方位监控的自动化系统，天然气是经气化站气化后由管道送自调压柜后分送到各家各户。

天然气在空气中的比重小于1，比空气轻一旦泄漏到空气中容易稀释消散，易挥发、只要具备良好的通风环境就不会产生不良后果，因此使用天然气更加安全可靠。

2、经济：天然气是由管道直接接入用户家里，采用一户一表。

由计量表计量收费，计量表由技术监督局检验合格后安装使用，体现出科学、公正、合理、明明白白消费。

气价由物价局召开听证会后核定收取。

在同等条件下使用管道天然气其费用比居民所使用的其它气体要节省35%以上，比电节省35%以上，且无短斤少两、无残留等优势。

【3、环保：天然气是无污染、无腐蚀、热值高的优质气源，主要成分是甲烷，能充分燃烧，天然气无色、无味、无毒，比空气轻，燃烧时锅底无黑灰，无熏烟、不污染环境，不污染家居，是国家极力提倡使用的绿色环保能源。

4、便利、快捷：用户使用管道天然气时象用电、用自来水一样方便；即开即用，用户用气时只需打开表的阀门即可，用后将其关闭即可，全天24小时连续供气，省去运输，搬运，中途断气等烦恼。

1、煤层气：是指赋存在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；煤层气爆炸范围为5—15%2、煤层气的主要成分甲烷、二氧化碳、氮气3、煤层气储层是（基质）孔隙、裂隙双重介质结构4、煤层气的赋存状态吸附态（80-90%），游离态（20%-10%）、水溶态（5%以下）。

游离态煤层气以自由气体状态储积在煤的割理和其他裂缝空隙中，在压力的作用下自由运动5、煤层气的产出机理：通过抽排煤储层的承压水，降低煤储层压力，使吸附态甲烷解吸为大量游离态甲烷并运移至井口。

即排水－降压－解析－扩散－渗流煤层气的运移方式：微孔-大孔-微裂纹-裂隙-裂缝6、在煤体的大孔和裂隙中，煤层气流动是以压力梯度为动力，其运移遵循达西定律；而在微孔结构中，煤层气流动是以浓度梯度为动力，运移遵循菲克定律。

7、井底压力：是指煤层气井储层流体流动压力8、压降漏斗：由于排水降压，供水边界到井底洞穴形成压差,其压差形状为漏斗状曲面,该曲面被称为压降漏斗，由于洞穴压力最低，煤层气定向解析，扩散，渗流和运移至洞穴。

排采时间越长，压降漏斗有效半径越大，其影响范围逐渐增加。

9、吸附：煤层气分子由气相赋存到煤体表面的过程。

10、煤中自然形成的裂缝称为割理；割理中的一组连续性较强、延伸较远的称面割理；另一组仅局限于相邻两条面割理之间的、断续分布的称端割理11、达西定律：Q=KA△h/L式中Q为单位时间渗流量，A为过水断面面积，△h为总水头损失（高度差），L 为渗流路径长度，I=h/L为水力坡度，K为渗流系数。

关系式表明，水在单位时间内通过多孔介质的渗流量与渗流路径长度成反比，与过水断面面积和总水头损失成正比。

从水力学已知，通过某一断面的流量Q等于流速v与过水断面A的乘积，即Q＝Av。

菲克定律：菲克就提出了：在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量（称为扩散通量Diffusion flux，用J表示）与该截面处的浓度梯度(Concentration gradient)成正比，也就是说，浓度梯度越大，扩散通量越大12、临界解吸压力：对于未饱和煤层气藏，只有压力下降到含气量吸附等温线上，气体才开始解吸，该压力称为临界解吸压力。

一、名词解释（6个，每个5分，共30分）1、煤层气：煤层气是赋存于煤层及其围岩中的与煤炭共伴生的非常规天然气资源，其主要气体组分为甲烷(CH4)，是地史时期煤中有机质的热演化生烃产物。

2、煤矿瓦斯：在煤炭工业界通常将涌入煤矿巷道内的煤层气称之为煤矿瓦斯，其气体组分除煤层气组分外，还有煤矿巷道内气体的成分，如氮气、二氧化碳等空气组分以及一氧化碳、二氧化硫等采矿活动所产生的气体组分。

3、煤：由高等植物、浮游生物经过复杂的物理化学作用形成，包括有机和无机化合物的混合物，组成、结构非常复杂且不均一。

4、煤层：自然界中由植物遗体转变而来沉积成层的可燃矿产，由有机质和混入的矿物质所组成。

5、煤储层：鉴于煤层是煤层气的载体，煤层气界将煤层称之为“煤储层”（即煤层气储层），以示与煤层、常规油气储层的概念区别。

6、成煤物质：由于聚煤条件的不同，沉积了不同的成煤物质，主要包括包括包括高等植物、高等植物的稳定组分和浮游生物等。

7、聚煤作用：聚煤作用是古气候、古植物、古地理和古构造诸因素综合作用由高等植物及浮游生物经过复杂物理化学变化聚集成煤的过程。

8、煤的工业分析：煤的工业分析又叫煤的技术分析或实用分析。

它包括水分、灰分和挥发分产率以及固定碳四个项目，用作评价煤质的基本依据。

9、割理：割理是内生裂隙，与构造作用形成的外生裂隙相对应，是煤化过程中失水及烃类产生，煤基质收缩引起张力及高流体压力引起，通常分为两组，面割理和端割理，互相垂直，且垂直于层面方向。

10、面割理：割理中延伸距离较长、范围较大的一组，受最大主应力控制。

11、端割理：延伸范围局限于面割理之间，受最小主应力控制。

12、Klinkenberg效应：在多孔介质中，气体分子就与通道壁相互作用（碰撞），从而造成气体分子沿孔隙表面滑移，增加了分子流速，这一现象称为分子滑移现象。

这种有气体分子和固体间的相互作用产生的效应称为Klinkenberg效应。

13、含气量：单位重量煤中所含煤层气的体积，单位：m3/t。

第一章1.煤层气是指赋存在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。

2.非常规天然气是对产自常规储气层(如气藏气、气顶气和石油中的溶解气)之外的天然气的总称，包括水溶气、煤层气、页岩气、致密气、油页岩、可燃冰等.3.常规天然气由常规油气藏开发出的天然气，即勘探实践发现的能够用传统的油气生成理论解释的天然气，称为常规天然气4.煤层气的来源第一种来源是有机质在煤化作用过程中生成的；第二种来源是由于火成岩侵入或碳酸盐受热分解生成的CO经断层等通道侵人到2含煤地层之中；第三种来源是放射性物质蜕变过程生成的或地下水放出的放射性惰性气体氡及惰性气体氦。

5.煤层气勘探开发有三重意义：1）煤层气是一种新型洁净能源，其开发利用可弥补常规能源的不足。

2）减灾和降低矿井生产成本。

3）环境意义。

第二章6.煤型气是指煤系中煤和分散的有机质在成岩和煤化作用过程中形成天然气，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，也可以以氮气、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，成为煤层气或煤层甲烷，赋存在围岩中的煤型气称为煤成气。

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。

*7.生物成因气的生成有两种机制：① 二氧化碳的还原作用产生甲烷 ;②醋酸、甲醇、甲胺等经发酵作用转化成甲烷。

8.热成因气：在温度（>50℃）和压力作用下，煤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。

在较高温度下,有机酸的脱羧基作用也可以生成甲烷和二氧化碳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。

煤层气用户手册一、简介：煤层气是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、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烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。

俗称“瓦斯”，热值是通用煤的2-5倍，1立方米纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，而且燃烧后很洁净，[1] 几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。

煤层气空气浓度达到5%-16%时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。

煤层气直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。

在采煤之前如果先开采煤层气，煤矿瓦斯爆炸率将降低70%到85%。

煤层气的开发利用具有一举多得的功效：洁净能源，商业化能产生巨大的经济效益。

为国家战略资源。

煤层气（天燃气）主要特点有：1、主要成分是甲烷，其含量一般在90%以上（），是一洁净的新型能源；2、热值高，每立方米发热值为8000-9000千卡/标米3，约相当于同体积城市燃气热值的2.4-2.7倍；3、燃烧充分，元素，无污染；易燃、易爆。

二、用途性质：煤层气可以用作民用燃料、工业燃料、发电燃料、汽车燃料和重要的化工原料，用途非常广泛。

每平方煤层气大约相当于9.5度电、3 m3水煤气、1L柴油、接近0.8kg液化石油气、1.1-1.2L汽油，另外,煤层气燃烧后几乎没有污染物，因此它是相当便宜的清洁型能源。

在一定的空间范围内，煤层气比空气轻，其密度是空气的0.55倍，稍有泄漏会向上扩散，只要保持室内空气流通，即可避免爆炸和火灾。

而煤气、液化石油气密度是空气的1.5—2.0倍，泄漏后会向下沉积，所以危险性要比煤层气要大的多。

煤层气爆炸范围为5—15%，水煤气爆炸范围6.2—74.4%，因此，煤层气相对于水煤气不易爆炸，煤层气不含CO，在使用过程中不会象水煤气那样发生中毒现象。

第一章煤层气基本特性煤层气是赋存在煤层中的天然气体，其化学成分以甲烷为主，也含有数量不等的其他烃类和杂质气体。

第一节主要内容：煤层气的主要化学组分包括：甲烷、二氧化碳和氧气，含少量的重烃气（乙烷、丙烷、丁烷、戊烷）、氢气、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢以及微量的稀有气体（氦气、氖气、氩气、氪气等）。

通常，将甲烷与烃气之百分比定义为干燥系数。

干燥系数大于95%的煤层气称为干气，小于95%的为湿气。

煤层气化学组成的垂向变化：从地表至煤层气风化带下限深度，依次形成了二氧化碳—氮气带、氮气—甲烷带和甲烷带。

其中二氧化碳—氮气带、氮气—甲烷带通称煤层气风化带。

（在层气风化带内的煤层气资源，通常缺乏开发利用价值，不列入资源计算。

）第二节主要内容：煤层气基本物理性质：煤层气中往往含有微量的芳香族碳氢化合物气体，常常伴有一些苹果的香味。

煤层气的热值是指单位体积煤层气燃烧时所产生的热量，也称煤层气的燃烧热。

甲烷的爆炸极限：5.3%—14.0%。

在地层条件下，煤层气密度随储层压力的增高而加大，随储层稳定的升高而减小。

由于空气的密度等于1.2928，故煤层气的密度（质量）与相对密度大不相同（见下表）。

煤层气化学组分的密度和相对密度组分密度相对密度组分密度相对密度组分密度相对密度甲烷0.7166 0.5543 戊烷 3.2159 2.4872 硫化氢 1.5392 1.1906 乙烷 1.3561 1.0488 二氧化碳 1.9768 1.5921 水蒸气0.7680 0.5941 丙烷 2.0918 1.5617 氮气 1.2505 0.9673 空气 1.2928 1.0000 丁烷 2.6720 2.0665 氧气 1.4289 1.1053 氦气0.1782 0.1380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，常用动力黏度系数（流体内摩擦切应力与切应变率的比值）来表示。

煤层气黏度是确定其扩散运移特性的重要参数。

系统全面的煤层气基础知识煤层气（Coalbed Methane）储层参数，主要包括煤的等温吸附特性参数、煤层气含量、渗透率、储层压力、原地应力，以及有关煤岩煤质特征的镜质组反射率、显微组分、水分、灰分和挥发分等，相应的测试分析技术有：煤的高压等温吸附试验（容量法）、煤层气含量测定、煤层气试井和煤岩煤质分析等。

煤的高压容量法等温吸附实验，是煤层气资源可采性评价和指导煤层气井排采生产的关键技术参数，等温吸附数据测定准确性，直接关系到煤层气开发项目的成败和煤层气产业的发展。

许多研究表明，煤是具有巨大内表面积的多孔介质，象其它吸附剂如硅胶、活性碳一样，具有吸附气体的能力。

煤层气以物理吸附方式储存在煤中，主要证据有：甲烷的吸附热比气化热低2—3倍（Moffat ＆Weale，1955；Yang ＆Saunders，1985），氮气和氢气的吸附也与甲烷一样，这表明煤对气体的吸附是无选择性的；大量试验也证明，煤对气体吸附是可逆的（Daines，1968；Maver 等，1990）。

结合国内外资料，推荐吸附样粒度为60—80目。

煤的平衡水分—当煤样在温度30℃、相对湿度96%条件下，煤中孔隙达到水分平衡时的含水量。

测试平衡水平的主要目的是：恢复储层条件下煤的含水情况，为煤的吸附实验做准备。

煤层气含量—指单位重量煤中所含的标准状态下（温度20℃、压力101.33kpa）气体的体积，单位是cm3/g或m3/t。

它是煤层气资源评价和开发过程中计算煤层气资源量和储量、预测煤层气井产量的重要煤储层参数之一。

煤层气含量的测定方法大体上可分为两类：直接法（解吸法）和间接法（包括等温吸附曲线法和单位体积密度测井法）。

在直接法中，保压取心解吸法是精确获得原地煤层气含量最好的方法。

直接法的基本原理煤心煤样的煤层气总量由三部分气体量构成：一是损失气（lost gas）,二是实测气（measured gas），三是残余气（residual gas）。

煤层气成分
煤层气是一种天然气，主要由甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等烷烃组成，同时还含有少量的氮气、二氧化碳、氦气、氢气等气体。

其中，甲烷是煤层气的主要成分，占比超过90%。

煤层气的成分与地质条件、煤层类型、煤质等因素有关。

煤层气的应用非常广泛。

首先，煤层气可以作为一种清洁能源，替代传统的化石燃料，减少对环境的污染。

其次，煤层气可以用于发电、供暖、工业生产等领域，具有广泛的应用前景。

此外，煤层气还可以用于石化、化肥、农业等行业，为经济发展提供了新的动力。

煤层气的甲烷含量是评价其开采价值的重要指标。

一般来说，甲烷含量越高，开采难度越小，经济效益越高。

但是，甲烷含量过高也会带来安全隐患，因此需要进行合理的开采和利用。

除了甲烷含量，煤层气的其他成分也具有重要的意义。

例如，二氧化碳含量高的煤层气可以用于增强油田采油效果；氮气含量高的煤层气可以用于氮肥生产；氢气含量高的煤层气可以用于氢能源的开发等。

煤层气的成分是其开采和利用的重要依据，不同的成分可以应用于不同的领域。

随着技术的不断进步和应用的不断拓展，煤层气的开采和利用前景将更加广阔。