煤层气开发技术与现状

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第8卷第3期天然气地球科学Vo1．8No．31997年6月NATURALGASGEOSCIENCEJun．l997一煤层气开发技术与现状7／7童旦堡编译(中国科学院兰州文献情报中心兰州730000)摘要介绍了世界主要产煤国的煤炭资源量和与煤层气开发有关的煤、煤层的物理特性以及煤层气的开发技术指出了煤层气开发的现状与问题。关键词丝苎：、)．7荽痒孑最近，有关煤层气的开发受到了世界各国的极大关注。煤层气又称煤层甲烷(Co~bedMethane，简称CBM)，指储存在煤层中的以甲烷为主的、可从地面上进行采收的非常规天然气。目前

2、，虽然只有美国真正进入了煤层气的商业化生产，但是进行煤层气勘探的有许多国家，如澳大利亚、法国、德国、英国、波兰、捷克斯洛伐克、加拿大、中国等。美国煤层气开发的高潮始于本世纪7O年代末。当时美国的常规天然气产量年年下降，急需开发新的替代资源，因此美国政府采取了税制优惠措施，鼓励煤层气资源的开发并获得了很好的效果。美国开发煤层气的实绩，证明了煤层气作为资源的真正价值，唤起了全世界对煤层气开发的关注。据有关专家根据世界煤炭储量测算，全世界的煤层气资源量至少有l4O×10m。。根据美国的报告，煤层气的采收率为30～6O，最高达8O左右。煤层气的发热量也很高，达8O。O～900

3、0k~l／m，相当于常规天然气发热量的90以上。由此可见煤层气开发的潜力是很大的。此外，煤层气可谓是天然气中少有的洁挣能源，它不含C。(丙烷)以上的重质气态烃类，甲烷含量达95以上，而且也不含或含有极少的硫化氢，其燃烧时仅产生少量的CO。而且，事先除去了煤层中的瓦斯气体，也有利于井下采煤的安全。因此煤层气的开发也具有重要的社会意义。另一方面，煤层气开发的钻井深度一般都不超过1000m，使用一般的钻井设备就可以完成钻探，因压力不高故而也不需要高压的并口装置，管道也只需一般的管道就行。因此，煤层气开发的成本也较低，即使不高的产量也能获得很好的经挤效益。我国煤炭资源丰富，煤

4、层分布广，因此具有很大的开发和利用煤层气资源的潜力。毫无疑问，煤层气的开发和利用，将有利于提高我国自然资源的有效利用，减少煤矿瓦斯灾害，对促进我国社会与经挤的发展具有重大的意义。1煤层气资源量有关煤层气资源量的计算公式如下：G1P=(GCt+GCa)·h·A·d(1)式中：GIP为煤层气资源量iGC，为游离气含量(平均单位重量)；0为吸附气含量(平均单位重量)；h为全炭量；A为面积；为煤的比重收藕日期：1996一O3一O1维普资讯http://www.cqvip.com24天然气地球科学V01．8目前，只有美国对煤层气资源量进行了详细的地质调查。美国的煤层气资源量约有

5、11×l012m。关于其它国家_的煤层气资源量，有的研究者根据一些国家的煤炭储量或主要煤矿的产量，考虑煤层气与煤化度、地质结构、煤层深度之间的关系，对开发潜力大的几个国家的煤层气资源量进行了预测(表1)。此外，还有人以美国的煤层气资源量为基础，根据含气量较多的沥青煤和无烟煤的储量预测了世界的煤层气资源量，按探明煤储量算约为46×10”m。，按预测煤储量算约为8l×lO”m，如再加上深、浅层煤储量，预测出的世界煤层气资源量可达140×10”m。衰1世彝主耍产燃国采的燃量气资蠢■(单位：10’me)2与煤层气开发有关的煤和煤层的物理特性煤层气的钻探、生产技术的研制与煤和煤

6、层的许多物理、化学、力学特性有着密切的关系。例如，与煤有关的：组分及檄组分含量、镜质体反射率、孔隙率、毛细管压力、内部表面积}与煤层有关的：吸附等温线、脱附速度、煤层渗透率(透过率)、加压参透率、相对渗透率；与水压破碎有关的：力学特性(杨氏摸量、泊松比)、压缩强度。现就其中与煤层气特别有关的和重要的特性简单介绍如下。2．1含气■储集在煤中的气体，有存在于煤孔隙中的游离态气体和吸罩II在煤内部表面上的吸附态气体。游离态气的含量可根据煤中孔隙的容积、压力和温度，由气体状态方程式算出。吸附态气的含量也是压力和温度的函数，一般都以一定温度下的吸附等温线来表示。煤与气体的吸附等

7、温线一般都用兰米尔公式：VP—VL·(aP)／(1十aP)=VL尸／(尸L十尸)(2)式中,Vp为压力P时的吸附量；V为压力无限太时的吸附量(兰米尔容积)；n为常数}尸为压力{PL为兰米尔压力(=l／a)。．实际计算煤层的含气量，有直接法和间接法两种方法。直接法是采集钻粉或钻芯试样直接测量其含气量。间接法是先测出吸附等温线，再根据实铡的煤层中的气体压力来计算吉气量一般，吸附量是随压力的降低而相应地减少的，被减少部分的气体即被释放出的气体，也就是脱附的气体。从脱附的扩散作用考虑，脱附量与时间有关，可由下式表示：Q／Qo一[1一exp(一4D／]“(3)