煤儲(chǔ)層含氣性及其地質(zhì)控制

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1、第五章煤儲(chǔ)層含氣性及其地質(zhì)控制含氣量是確定煤層氣資源量必不可少的參數(shù)，與儲(chǔ)層壓力和吸附等溫線結(jié)合起來(lái)使用，還可以預(yù)測(cè)煤層氣的產(chǎn)能。值得注意的是，并不是每個(gè)含煤區(qū)，每個(gè)煤層都賦存有可供開采的煤層氣。因此，必須預(yù)先測(cè)定煤層的含氣量。第一節(jié)煤儲(chǔ)層含氣量的構(gòu)成煤層含氣量測(cè)定方法目前為大多數(shù)人所接受的是美國(guó)礦業(yè)局（USBM）的直接法（Kissel等，1973）。我國(guó)在此基礎(chǔ)上作了大量修改，由撫順?lè)衷旱葐挝恢贫恕懊簩油咚购亢统煞譁y(cè)定方法”（MT-77-84、MT-77-94）。新的煤層氣含量測(cè)定方法（GB/T19559—2004）見附錄五。一、階段含氣量1、USBM直接法USB

2、M直接法測(cè)定的煤層含氣量是由三階段實(shí)測(cè)氣量構(gòu)成，即逸散氣量、解吸氣量和殘留氣量。逸散氣量：指從鉆頭鉆至煤層到煤樣放入解吸罐以前自然析出的天然氣量。這部分氣體無(wú)法直接測(cè)得，通常依據(jù)前兩小時(shí)的解吸資料推測(cè)。逸散氣的體積取決于鉆孔揭露煤層到把煤樣密封于解吸罐的時(shí)間、煤的物理特性、鉆井液特性、水飽和度和游離態(tài)氣體含量?？s短取心時(shí)間是準(zhǔn)確計(jì)算逸散氣的有效途徑之一，如采用繩索取心對(duì)于600m的井深只需幾分鐘，這就大大降低了逸散氣的體積。不同物理特性的煤具有不同的解吸速率，如碎粉煤、糜棱煤由于擴(kuò)散距離短造成逸散氣體積大。鉆井液的比重較大時(shí)對(duì)于煤層氣的逸散有阻滯作用。如果煤儲(chǔ)層被水飽和

3、，游離態(tài)煤層氣含量低，則逸散氣體積??；相反如果煤儲(chǔ)層未被水飽和，游離態(tài)煤層氣含量高，則逸散氣體積較大。解吸氣量：解吸氣是指煤樣置于解吸罐中在正常大氣壓和儲(chǔ)層溫度下，自然脫出的煤層氣量。終止于一周內(nèi)平均解吸氣量小于10ml/d或在一周內(nèi)每克樣品的解吸量平均小于0.05ml/d，實(shí)測(cè)的解吸氣量只是總解吸氣量的一部分，總解吸氣量應(yīng)包括逸散氣量。96殘留氣量：是指充分解吸結(jié)束后殘留在煤樣中的氣量。將樣品罐加入鋼球后密封，放在球磨機(jī)上磨2h，然后按測(cè)試解吸氣的程序測(cè)殘留氣。殘留氣或者是由于擴(kuò)散速率極低所致，或者是在一個(gè)大氣壓下煤層氣處于吸附平衡狀態(tài)，不再解吸。根據(jù)Diamond對(duì)

4、美國(guó)1500個(gè)煤樣的統(tǒng)計(jì)，殘留氣體積在低煤級(jí)煤中可占總含氣量的40%-50%，而中高變質(zhì)煙煤的殘留氣僅占總含氣量的10%以下。我國(guó)晉城無(wú)煙煤中殘留氣量介于1.82%~10.15%之間，平均為6.0%。在煤層氣開發(fā)中要特別注意殘留氣的含量，因?yàn)檫@部分氣體是目前經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下難以回收的。2、MT-77-84解吸法我國(guó)MT-77-84測(cè)定的煤層含氣量由四部分組成，包括損失氣量（V1）、現(xiàn)場(chǎng)2h解吸量（V2）、真空加熱脫氣量（V3）以及粉碎脫氣量（V4）。國(guó)內(nèi)、外解吸氣中逸散氣量（損失氣量）所指部分是相同的，但國(guó)內(nèi)2h解吸氣量只是美國(guó)解吸氣量的一部分，且不是在儲(chǔ)層溫度下進(jìn)行的，

5、盡管氣體體積校正到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，但不同溫度條件下，煤層氣的解吸速度不同。因此，由2h解吸氣量推算的逸散氣量（損失氣量）也存在差別。解吸溫度低時(shí)，逸散氣量（損失氣量）偏少；解吸溫度高時(shí)，逸散氣量（損失氣量）偏大。在現(xiàn)場(chǎng)把出井的煤心或煤屑立即裝罐密封，以樣品罐密封起計(jì)時(shí)測(cè)量。解吸氣量的測(cè)定及求取過(guò)程中需要進(jìn)行精確的時(shí)間記錄。包括：開始鉆遇煤層時(shí)間（t0）、開始取芯時(shí)間（t1）、開始起鉆時(shí)間（t2）、煤芯提至井深一半時(shí)間（t3）、煤芯提出井口時(shí)間（t4）、完成煤心封罐時(shí)間（t5）、開始解吸時(shí)間（t6）。USBM法測(cè)試要求解吸開始按每小時(shí)計(jì)量4~5次，壓力不超過(guò)28~34KPa，含

6、氣量高的樣品計(jì)量要求加密，幾天過(guò)后氣量已經(jīng)很小，氣壓發(fā)生波動(dòng)，要防止發(fā)生倒吸現(xiàn)象，當(dāng)解吸速率降為一周內(nèi)平均每天低于10ml時(shí)，停止現(xiàn)場(chǎng)解吸。國(guó)內(nèi)煤層瓦斯解吸儀進(jìn)行解吸測(cè)定時(shí)要求煤芯提出井口時(shí)間(t4)與完成煤芯封罐時(shí)間(t5)間隔小于15min，密封時(shí)間與解吸時(shí)間間隔小于2min，現(xiàn)場(chǎng)解吸2小時(shí)后，停止解吸。在美國(guó)應(yīng)用USBM法測(cè)定含氣量時(shí)一般不測(cè)定殘余氣量，因?yàn)榻馕芷陂L(zhǎng)，殘余氣體難以解吸，對(duì)采收率幾乎沒(méi)有影響。國(guó)內(nèi)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)2h解后，必須測(cè)定殘余氣量。將經(jīng)過(guò)解吸測(cè)定的煤樣，在密封狀態(tài)下盡快送到試驗(yàn)室進(jìn)行加熱脫氣，加熱脫氣后將煤樣粉碎，再進(jìn)行一次脫氣（簡(jiǎn)稱粉碎脫氣）。即

7、要經(jīng)過(guò)以下兩個(gè)步驟：加熱脫氣：開罐之前抽真空，加熱至95oC，一直進(jìn)行到每半小時(shí)內(nèi)脫出氣量小于10ml為止（一般持續(xù)5h左右）。粉碎脫氣：煤樣密封在球磨罐中到球磨機(jī)上粉碎4~5h，使煤樣粒度磨到0.25mm以下，然后再進(jìn)行抽真空、加熱脫氣5h左右。二、逸散氣量（損失氣量）的計(jì)算逸散氣量（損失氣量）與取心至樣品密封解吸罐中所需時(shí)間有關(guān)，取心、裝罐所需時(shí)間越短，則計(jì)算的逸散氣量（損失氣量）越準(zhǔn)確。當(dāng)逸散氣量（損失氣量）不超過(guò)總含氣量的20%時(shí)，直接法所測(cè)的含氣量比較準(zhǔn)確。解吸氣和逸散氣（損失氣量）是煤層氣的可采部分，因此準(zhǔn)確測(cè)定逸散氣（損失氣