煤层气概述

煤层气的综合利用摘要：我国是煤炭大国，每年排放煤层气近200亿立方，既污染环境，又造成资源浪费，所以应加强煤层气的有效利用，改善国家能源结构，改善生态环境。

关键词：煤层气；开发；利用1、煤层气概论煤层气是煤炭的伴生气体，是以甲烷为主的有害气体，无色、无味、无臭，可以燃烧、爆炸，难溶于水，扩散性很强，浓度较高时，还会引起窒息事故，它在煤炭生产中，容易造成重特大的安全事故，造成重大人员伤亡和财产损失。

同时甲烷是造成环境温室效应的三种主要气体(甲烷、二氧化碳和氟利昂)之一，其温室效应很强，比二氧化碳作用大20倍。

甲烷排入大气，不仅因其温室效应将引起气候异常，而且还消耗大气平流层的臭氧，它对臭氧层的破坏能力是二氧化碳的７倍，削弱了地球对太阳紫外线侵袭的防护作用，危害人类健康。

我国每年因采煤向大气排放的甲烷量为150—200亿立方，占世界采煤排放甲烷总量的三分之一，据世界首位。

煤层气主要成分(通常占90%以上)是甲烷(CH4)。

在常温下其热值为34—37兆焦/每立方米（MJ/M⁳），与天然气的热值相当，是一种很好的高效清洁气体燃料，属于非常规天然气，可以作为新的接替能源加以开发利用，长期以来，煤矿为了避免瓦斯爆炸事故而采取的最主要方法是“通风”，即向矿井内鼓入大量空气，把矿井中的煤层气排出放空，这样既浪费了资源，同时污染了环境，破坏了生态，如能将抽出的瓦斯有效利用，是变害为利的重要措施。

矿井瓦斯的有效利用在发达国家发展较早，美国于1976年开始了煤层气的开发利用工作。

美国对煤层气的开发利用采取了大幅度退税等优惠政策，使美国成为目前煤层气开发利用最成功的国家，美国煤层气开发只用十年时间就走上商业规模利用的道路，煤层气已成为美国的重要能源，1999年产量约350亿立方米，从而引起世界产煤国家的关注，掀起开发利用煤层气的热潮。

英、德、澳大利亚、波兰、印度、加拿大、俄罗斯等20多个国家相继开展了煤层气的研究与开发试验，其中澳大利亚在低渗透率煤层中开发煤层气的研究中取得了重要进展。

1煤层气：是指煤层生成的气体经运移、扩散后的剩余量，包括煤层颗粒基质表面吸附气，割理、裂隙游离气。

2煤型气：是相对于油型气的概念，是煤成气和煤层气的总和。

3割理：是指煤层中近于垂直层面的天然裂隙。

4构造煤：是指煤层中分布的软弱分层，是煤层在构造应力作用下发生破碎或强烈的韧、塑性变形及流变迁移的产物。

5煤层气吸附平衡：当吸附和解吸两种作用速度相等（单位时间内被固体颗粒表面吸留的气体分子数等于离开表面的分子数）时，颗粒表面上的气体分子数目就维持在某一定量，称为吸附平衡。

6煤层气藏：是指在地层压力（水压和气压）作用下保有一定数量气体的同一含煤地层的煤岩体，具有独立的构造形态；是在煤层演化作用过程中形成的，在后期构造运动中未被完全破坏，呈层状产出。

7煤层气地质储量：是指在原始状态下，赋存于已发现的具有明确计算边界的煤层气藏中的煤层气总量。

8煤成气：是煤层和煤系中分散有机质在热演化过程中生成的气态烃，经运移到煤系中或煤系以外的储层中聚集的煤型气。

9瓦斯突出煤体：构造严重破坏并具有发生瓦斯突出的瓦斯能（即含有大量瓦斯）介质条件的煤体称为瓦斯突出煤体。

10坚固性系数：用于表示岩石抗冲击能力的大小或破坏时破碎功的大小。

11瓦斯放散初速度△P：是指煤在0.1MPa压力吸附瓦斯的条件下，向一固定体积的真空空间放散时，某一时间段内所散放的瓦斯量。

12原生结构煤：指煤原生构造未受构造变动，保留原生沉积结构和构造特征，每层原生层理完整、清晰，仅有少量内、外生裂隙发育，煤体呈块状的煤；原生结构煤的煤岩成分、结构、构造与内生裂隙清晰可辨。

13煤与瓦斯突出：采煤生产过程中，在一瞬间（几秒钟）采煤工作面或巷道某处突然被破坏，迅速放出大量瓦斯，同时抛出大量的煤、岩碎块和煤粉，这种现象称为煤与瓦斯突出。

14吸附等温线：按照气体解吸特性描述的煤的响应性曲线称为吸附等温线3简单描述煤层割理发育的影响因素。

煤层割理发育的影响因素分为外界因素和内在因素。

煤层气煤层气（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）。

损失气量估算主要采用美国矿业局直接法（USBM法），该法假设煤中气体解吸可理想化地看作球形煤粒中气体在恒温下扩散，可以用扩散方程来描述，球形煤粒内气体的初始浓度为常数。

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。

第一章煤层气的概述一、概述煤层气是煤层中所生成的以甲烷为主（甲烷含量一般为90%～99%）的天然气，也是人们常叫的瓦斯气。

煤层气作为一种优质高效清洁能源，凭借良好的安全效益、环保效益和经济效益，大规模的开发利用具有良好前景。

煤层气可用于发电燃料、工业燃料和居民生活燃料；可以液化成汽车燃料；也可广泛用于生产合成氨、甲醛、甲醇、炭黑等方面，成为一种热值高的清洁能源和重要原料，开发利用的市场前景十分广阔。

为开发利用这一新型能源，我国政府采取相关激励扶持政策，强力推进煤层气抽采利用。

到2015年，国内将建成36 个煤层气抽采利用亿方级矿区，充分利用煤层气资源，有效保护大气环境。

煤层气抽排最初是以防害为目的进行的，而将煤层气作为一种资源进行大规模开发利用则始于美国。

1980 年12 月12 日美国阿拉巴马州黑勇士盆地的Oak Grove 煤层气田的建成投产，标志着现代煤层气工业的诞生。

此后，美国煤层气工业迅速发展。

到2008 年，年产量已超过590×108m3。

约占美国全部天然气产量的10%。

我国煤层气总资源量约为36.8×1012m3。

由于我国的天然气缺口将长期存在，据预测，到2015 年天然气产量加上天然气的进口量，与需求相比缺口达500×108m3 左右。

煤层气是补充这个缺口的重要非常规气源。

中国2008 年煤层气产量50×108m3，纯煤层气产量5×108m3。

目前，纯煤层气开发生产能力约20×108m3。

煤炭是我国的基础能源和重要原料，在国民经济中占有重要的战略地位。

据中国煤炭工业发展研究中心预测，为适应我国经济快速发展的要求，近50 年内以煤为主的能源格局，将不会发生根本改变。

但是，我国95%的煤炭生产是地下作业，煤层赋存条件复杂多变，开采深度的加大导致开采条件更趋复杂。

开采条件和自然环境发生显著变化，呈现出高地应力、高瓦斯的特征。

煤层气体作为一种可燃、易爆性气体，其危害及其经济价值并存，所以矿井煤层气体需要综合治理与利用。

煤层气研究报告煤层气是指一种储存在煤层中的天然气，它主要由甲烷、二氧化碳等组成。

近年来，随着全球对可再生能源的需求不断上升，煤层气作为新能源的发展越来越受到重视。

本文主要介绍煤层气的成因、开采方法、应用领域等方面的研究情况。

煤层气的成因煤层气的形成主要是由于煤层经历了数亿年的压实、变质，导致其中所含的有机质逐渐转化为天然气。

煤层气形成的主要条件是温度和压力，其中气体的生成与温度和时间有关，而气体的保存则与地层结构、岩性、渗透力等因素有关。

一般来说，煤层气的产生主要与沉积速率、埋藏深度、岩性、氧气含量、有机质质量等因素密切相关。

煤层气的开采方法煤层气的开采主要有三种方法：钻井开采法、排采法和抽采法。

钻井开采法主要是通过钻孔将煤层气井连接到煤层气储层，然后利用压差将气体压出。

排采法主要是通过自然或人工排水将煤层水排出，从而使煤层气自然地渗透出来。

抽采法则是通过人工抽水、泵水或注水，形成气水两相流，进而增强煤层气的排放效果。

不同的开采方法，对应的开采成本、效率和环境问题等也不尽相同。

煤层气的应用领域煤层气的应用领域非常广泛，目前主要应用于城市燃气、化工、发电等行业。

其中，城市燃气是煤层气最主要的应用领域。

煤层气的能量密度与天然气相近，而且具有质优价廉的优势，因此很容易被人们所接受。

在燃料领域，煤层气具有清洁、高效等优点，因此被认为是替代化石燃料的重要选择之一。

此外，煤层气还可以用于工业领域的发电，其发电成本低、化石燃料的排放量减少，因此也是工业领域较为重要的能源之一。

总之，煤层气是一种新兴的能源，并且在全球越来越受到人们的重视。

通过煤层气的开采，可以减少化石燃料的使用，同时也具备轻便、高效、环保等优点。

随着技术的发展和环保意识的不断加强，相信煤层气在未来的应用领域将更加广阔。

煤层气简介一、产业现状1 全国产业状况中国煤层气总资源量为36.8万亿立方米，仅次于俄罗斯和加拿大，居世界第三位。

我国煤层气总资源量与38万亿立方米的天然气相当。

煤层气的勘探、开发和利用，已被国家列为鼓励发展类项目。

2007年1月出台的中国煤炭工业“十一五”发展规划中，提出了对煤层气勘探、开发利用给予税收、技改、财政补贴等一系列优惠政策，这大大加快了煤层气产业在中国的商业化进程。

“十二五”煤层气发展规划提出，2012年我国新增探明煤层气地质储量将达到2000亿立方米，2013年将建成45亿立方米的生产能力，2015年产量达到45亿立方米。

我国的煤层气开发前景广阔，预计到2015年我国天然气消费将达到2400亿立方米，缺口为500亿至600亿立方米，2020年缺口将进一步扩大到900亿立方米。

发展煤层气将在很大程度上有利于弥补这一缺口。

按照相关规划，2020年全国煤层气产量目标更为庞大，将达到500亿立方米。

《煤层气开发利用“十二五”规划》指出，未来5～10年煤层气探明地质储量将进入快速增长期，到2015年和2020年分别新增探明地质储量10000亿立方米和20000亿立方米，到2015年,我国煤层气总体抽采量目标为210亿立方米,其中地面抽采量为90亿立方米,井下抽采量为120亿立方米。

这是“十一五”规划目标的两倍多。

2 山西产业状况据已探明的煤层气储量而言，山西省是全国煤层气资源最为富集的地区，也是全国最具潜力的煤层气开发利用基地，煤层气资源勘探范围、勘探程度、探明储量均列全国首位。

全省2000米以浅的煤层气资源总量约10万亿立方米，约占全国的1/3，几乎相当于美国的储量。

其中，仅沁水煤田和河东煤田的煤层气资源量就占到了全省煤层气资源总量的93.26%，是山西省煤层气开发利用的两大重点区域。

山西省“十二五”发展规划中，提出了“气化山西”的规划目标。

预计到2015年山西省气化资源年供给量将达到200亿立方米以上，山西省119个县市区将全部实现气化，全省将实现气源管网对市县全覆盖、对建制镇全覆盖、对干线公路沿线全覆盖、对重点工业用户全覆盖和对重点旅游景区全覆盖；普通老百姓将均有条件使用天然气或煤层气，在家用、取暖、车用、发电、工业利用等各方面为百姓创造气化条件；全省11个地市和经济相对发达的县市都将拥有加气站，全省天然气加气站网络将基本形成。

煤层气利用技术简介煤层气简介煤层气俗称煤矿瓦斯，是一种以吸附状态为主，生成并储存在煤系地层中的非常规天然气。

其成分与常规天然气基本相同(甲烷含量大于95%，发热量大于8100大卡)，完全可以与常规天然气混输、混用，井下抽放的煤层气不需提纯或浓缩就可直接作为发电厂的燃料，可大大降低发电成本。

煤层气是近20年来崛起的新型洁净能源，它在发电、工业和民用燃料及化工原料等方面有广泛的应用，对煤层气的合理利用可以缓解当前能源短缺的状况，改善能源结构，降低温室气体排放，提高煤矿生产的安全性并带动相关产业的发展。

煤层气利用技术世界主要产煤国都十分重视开发煤层气，英国、德国、前苏联、波兰等国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。

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。

美国进行煤层气地面开发有两种情况，一种是在没有采煤作业的煤田开采煤层气，采用的技术与常规天然气生产技术基本相似，渗透率低的煤层往往需要采取煤层其激励增产措施，如把二氧化碳注入不可开采的深煤层中的煤层气回收增强技术；另一种是在生产矿区内开发煤层气，这种情况下采气与采煤密切相关，特别是采用地面钻井抽取采空区的煤层气，通常抽气容易，不需要进行煤层压裂处理。

另外一些发达国家煤层气开发技术已经非常成熟，如澳大利亚采用航空磁测和地震勘探以确定钻井的最佳位置，开发了水平井高压水射流改造技术，并应用水平钻孔、斜交钻孔和地面采空区垂直钻孔抽放技术开采煤层气。

我国地质条件复杂，煤储层具有“三低一高”的特点，即：低压、低渗、低饱和、高含气量的特征，需要进一步完善基础理论，指导煤层气勘探开发工作。

我国对于本层、邻近层和采空区的井下煤层气开采都已经有比较成熟的技术，还有些关键技术需进一步完善。

从90年代初开始引进国外煤层气开发技术，目前基本掌握了适合我国煤储层特征的煤层气勘探开发技术，为煤层气的商业化开发创造了条件。