2 煤层气组成与性质.ppt

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1、第二章煤层气的物质组成与性质第二章煤层气的物质组成与性质第一节煤层气的形成第二节煤层气的化学组分第三节煤层气地球化学组成和变化的地质控制第四节煤层气的物理性质一、三个基本概念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，其成分以甲烷为主，往往将其简称为煤层甲烷。2、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、采空区的煤型气及采掘活动过程中新生成的各种气体的总称。第一节煤层气的形成3、煤型气是指煤系地层中煤和分散有机质，在成岩和煤化过程中形成的天然气，以游离状态、吸附状态和溶解状态赋存于煤层和其它岩

2、层内。其中赋存在煤层中，成分以甲烷为主的煤型气称为煤层气或煤层甲烷，赋存在围岩中的煤型气称为煤成气。第一节煤层气的形成第一节煤层气的形成二、生物成因气植物体埋藏后，经过微生物的生物化学作用转化为泥炭（泥炭化作用阶段），泥炭又经历以物理化学作用为主的地质作用，向褐煤、烟煤和无烟煤转化（煤化作用阶段），在煤化作用过程中，成煤物质发生了复杂的物理化学变化，挥发份含量和含水量减少，发热量和固定碳含量增加，同时也生成了以甲烷为主的气体。煤化作用要经历两个过程，通过两个过程，即生物成因过程和热成因过程，生成的气体分别称为生物成因气和热成因气第一节煤层气的形成煤层气产生阶段镜质组反射率（%）原

3、生生物成因甲烷<0.30早期热成因0.50~0.80最大量的湿气生成0.60~0.80强热成因甲烷开始产生0.80~1.00凝析油开始裂解成甲烷1.00~1.35最大量的热成因甲烷生成1.20~2.00大量湿气生成的最后阶段1.80大量热成因甲烷生成的最后阶段3.00次生生物成因甲烷0.30~1.50表2-1生物成因和热成因煤层气产生的阶段（据Scott，1994）第一节煤层气的形成生物成因气是有机质在微生物降解作用下的产物。指在相对低的温度（一般小于50℃）条件下，通过细菌的参与或作用，在煤层中生成的以甲烷为主并含少量其它成分的气体。生成有两种机制：1二氧化碳的还原作用生成甲烷

4、2醋酸、甲醇、甲胺等经发酵作用转化成甲烷第一节煤层气的形成按照生气时间、母质以及地质条件的不同。生物成因气有原生生物成因气和次生生物成因气两种类型1、原生生物成因气是在煤化作用阶段早期，泥炭沼泽环境中的低变质煤（泥炭~褐煤）经微生物作用使有机质发生一系列复杂过程所生成的气体，又称之为早期生物成因甲烷。对于原生生物成因气和热成因气的形成阶段，不同学者的划分方案不尽相同第一节煤层气的形成2、次生生物成因气煤系地层在后期被构造作用抬升并剥蚀到近地表，细菌通过流动水（多为雨水）可运移到煤层含水层中，在低、中煤级煤中当温度、盐度等环境条件又适宜微生物生存时，在相对低的温度下（一般小于56℃

5、），细菌通过降解和代谢作用将煤层中已生成的湿气、正烷烃和其它有机化合物转变成甲烷和二氧化碳，即形成次生生物成因气。第一节煤层气的形成次生生物气的形成时间一般较晚（几万至几百万年前），煤层中存留的生物成因气大部分属于次生生物成因气。次生生物成因气的生成和保存需以下条件：煤级为褐煤~焦煤，煤层所在区域发生过隆起（抬升）作用；煤层有适宜的渗透性；沿盆地边缘有流水回灌到盆地煤层中；有细菌运移到煤层中；煤层具有较高的储层压力和能储存大量气体的圈闭条件第一节煤层气的形成三、热成因气是在温度（>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

6、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（Ayers，1994）。第一节煤层气的形成主要生气阶段和产率（1）褐煤至长焰煤阶段生气38~168m3/t，CO2占72~92%，烃类＜20%以甲烷为主，重烃气＜4%（2）长焰煤至焦煤阶段生气168~270m3/t，烃类气体迅速增加，占70~80%，CO2下降至10%左右。烃类气体以CH4为主，重烃可占10~20%，如壳质组含量多，则油和湿气含量也多。第一节煤层气的形成（3）瘦煤至无烟煤阶段生气270~422m3/t，烃类气体占70%，其中CH4占绝对优势(97~99%)，几乎没有重烃。煤阶和

7、有机质性质的不同，其产气量差异很大；不同的显微组分对成气的贡献不同第一节煤层气的形成显微组分对煤成气的贡献壳质组∶镜质组∶惰质组为3∶1∶0.8，（王少昌）镜质组的产气率为惰质组的4.3倍，壳质组为惰质组的11倍。（傅家谟）煤类产气量m3/t吸附能力m3/t褐煤38~68<8长焰煤138~1688~9气煤182~2129~11肥煤199~23011~14焦煤240~27018~20瘦煤257~28714~18贫煤295~33020~24无烟煤346~42224~36不同煤类的产