「煤层气」煤层气公司

今天我们来聊聊煤层气,以下6个关于煤层气的观点希望能帮助到您找到想要的新能源资讯。

本文目录

煤层气是什么？

煤层气俗称“瓦斯”，其主要成分是CH4（甲烷），是主要存在于煤矿的伴生气体，也是造成煤矿井下事故的主要原因之一。它是成煤过程中经过生物化学热解作用以吸附或游离状态赋存于煤层及固岩的自储式天然气体，属于非常规天然气，它是优质的化工和能源原料。煤层气是热值高、无污染的新能源。它可以用来发电，用做工业燃料、化工原料和居民生活燃料。煤层气随着煤炭的开采泄漏到大气中，会加剧全球的温室效应。而如果对煤层气进行回收利用，在采煤之前先采出煤层气，煤矿生产中的瓦斯将降低70%~85%。

煤田瓦斯是一种能源资源。因此，各国都积极扩大抽放瓦斯的应用范围及研究煤田瓦斯开发与利用的技术途径。从勘察情况看，围岩瓦斯是可观的瓦斯源，而且有可能成为煤成气田。在高瓦斯矿井采后的老采空区中及报废的矿井中，一般都积存大量的瓦斯。这些瓦斯是很好的瓦斯源地。

我国的抚顺胜利煤矿是停产报废的矿井，但至今仍在抽放瓦斯，年抽放达到2300万立方米，可供给一个甲醛厂和6635户居民利用。地面钻孔预抽煤层瓦斯，是扩大煤田瓦斯开发的重要技术手段，它可以摆脱煤田开采条件的限制，达到提前抽放瓦斯。煤矿开采过程中放出的瓦斯，除抽放一部分外，其余都是经风流排至地面大气中。这部分瓦斯比抽放的瓦斯量大10余倍。科学家正在研究利用这种低浓度瓦斯的技术，如果该技术能达到工业应用水平，将为煤田瓦斯的开发利用开辟广阔的前景。

什么是煤层气？

在煤的形成过程中伴随着3种副产品生成——甲烷、二氧化碳和水。由于甲烷是可燃性气体，又深藏在煤层之中，所以人们称它为“煤层气”。

甲烷一旦产生，便吸附在煤的表面上。甲烷的产生量与煤层深浅有关。一般来讲，煤层越深，煤层气越多。

理想的煤层气条件是：煤层深度300米~900米，覆盖层厚度超过300米，煤层厚度大于1.5米，吨煤含气量大于8.51立方米，裂缝密度大于1.5米／条为好。

开采甲烷的关键问题有2个：一是使甲烷从煤的表面解吸下来，一般是靠降低煤层压力来解决，主要办法是通过深水移走来降低压力；二是让从煤层表面解吸下来的甲烷顺利穿过裂缝进入井孔。

煤层气如果得不到充分利用，会带来2大害处：一是在煤层开采过程中以瓦斯爆炸的形式威胁矿工的生命安全；二是每年全球有上千亿立方米的瓦斯进入大气中，对环境造成巨大污染。所以，在很早以前人们就想把煤层气作为资源加以利用，让它化害为利，这便是人们开发利用煤层气的最初动因。

进入20世纪70年代后，受能源危机的影响，人们在寻找新能源方面的积极性空前高涨。在有天然气资源的地方，天然气备受青睐；在没有天然气的地区，煤层气便成为人们寻找中的理想新能源。此外，随着开采和应用技术的进步以及显著的经济效益，又给煤层气的开发利用注入了新的动力。

开发煤层气在经济上的优越性表现在几个方面：勘探费用低、利润高、风险小、生产期长。其勘探费用低于石油的勘探费用，生产气井的成本也较低。一般来讲，煤层气的钻井成功率可达到90％以上，打一口井只需要2~10天。浅层井的生产寿命为16~25年，4米井的生产寿命为23~25年。

现有资料表明：全世界煤层气资源为113.2×1012~198.1×1012立方米。国外对煤层气的小规模开发利用始于上个世纪50年代，大规模开发利用则是从80年代开始的。

目前，美国煤层气的开采在世界上居领先地位，每天煤层气产量已超过2800万立方米。中国煤炭储量为1×1012吨，产量居世界首位，煤层气资源为35×1012立方米，相当于450亿吨标准煤，与中国常规天然气资源相当，已成为世界上最具煤层气开发潜力的国家之一。

煤层气是什么东西

煤层气俗称“瓦斯”，其主要成份为高纯度甲烷，是近二十年在世界上崛起的新型能源，其资源总量与常规天然气相当。煤炭开采中排出的大量煤层气作为一种新型能源，具有独特的优势，是优化一次能源结构的重要组成部分，是优质的能源和基础化工原料。同时由于煤层气作为一种有害的危险气体，排放到大气中具有很强的温室效应，既破坏大气层、污染环境，又因其易燃易爆性严重危及着广大煤矿职工的生命财产安全。 山西是煤层气资源大省，煤层气资源量约10×1012m3,占全国总量的1/3， 主要分布在河东、沁水、霍西、宁武、西山五大煤田。经国土资源部审查批准，山西省煤层气探明储量402.19×108m3，可采储量218.39×108m3。其中以沁水和河东煤田最为富集，蕴藏量占全省煤层气总量的80％。沁水盆地煤层气资源量约5.35×1012m3,具有资源分布其中、埋深浅、可采性好、甲烷纯度高（大于95％）等特点，是目前全国第一个勘探程度最高、煤层气储量条件稳定、开发潜力最好的煤层气气田。煤层气资源的开发利用将会为社会创造巨额财富。我国具有丰富的煤层气资源，其开发潜力巨大。按照目前我国石油天然气资源发现率计算（10％），31.46万亿立方米的煤层气资源可获得3万亿立方米的天然气，参照目前天然气的中等价格，即每立方米天然气约1.0元（城市门站价）计算，将会为社会创造3万亿元的财富。事实上，随着科学技术的飞速发展，资源发现率将会大幅度上升，经济价值将不可估量。开发煤层气，形成煤层气产业将对国民经济发展起到巨大的推动作用。开发煤层气是一项庞大的系统工程，建设一个煤层气生产基地将带动道路、管道、钢铁、水泥、化工、电力、生活服务等相关产业的发展，增加就业机会，促进当地经济的发展。特别是对于我市这样一个能源重化工基地，发展煤层气产业对于保护资源、实现煤炭产业深加工及可持续发展、减少温室气体排放、改善大气环境质量，调整产业结构、加快煤化工产业规模化发展、培育新的经济增长点，都具有十分重要的现实意义和深远的战略意义。

煤层气的特征

(一)煤层气的物理性质

煤层气的物理性质与煤层气的气体组成有关，不同气体组成的煤层气其物理性质亦有差异，但总的来说煤层气具有以下的物理性质:

1.煤层气分子的大小和分子量

煤层气分子的大小介于0.32～0.55nm之间，多为近似值(表4－2)。分子的偏心度或非均质度即偏心因子(两个分子间的相互作用力偏离分子中心之间的作用力的程度，为反映物质分子形状、极性和大小的参数)，甲烷最小(只有0.008)，分子平均自由程(气体分子运动过程中与其他分子两次碰撞之间的距离)约为其分子平均直径的200倍。其分子量由组成煤层气的各种分子的百分含量累加而成，称为表观分子量。

表4－2煤中吸附介质分子直径、沸点和分子自由程(0℃，0.101325MPa) (据张新民等，2002)

2.煤层气的密度

标准状态下(1atm，温度15.55℃)单位体积煤层气的质量，单位为kg/m3。煤层气在地下的密度随分子量和压力增大而增大、随温度的升高而减小。标准状态下煤层气的密度为0.716kg/m3。

煤层气的相对密度，是指同温度、压力条件下(1atm，温度15.55℃或20℃)煤层气密度与空气密度的比值。通常煤层气的相对密度为0.554。

3.煤层气的黏度

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。常用动力黏度系数即流体内摩擦切应力与切应变率的比值来表示，其单位为泊(P)。煤层气的黏度很小，在地表常压、20℃时，甲烷的动力黏度系数为1.08×10－5MPa·s。表示黏度的参数还有运动黏度系数(即动力黏度与密度的比值，单位:cm2/s)和相对黏度(即液体的绝对黏度与水的绝对黏度的比值)。

煤层气的黏度与气体的组成、温度、压力等条件有关，在正常压力下黏度随温度的升高而变大，这与分子运动加速、气体分子碰撞次数增加有关，而随分子量增大而变小。在较高压力下，煤层气的黏度随压力增加而增长、随温度的升高而减小、随分子量的增大而增大。

4.煤层气的临界点

临界温度，是指气相纯物质维持液相的最高温度，高于这一温度气体即不能用简单升高压力的办法(不降低温度)使之转化为液体。临界压力，是指气、液两相共存的最高压力，即在临界温度时气体凝析所需的压力。高于临界温度，无论压力多大气体均不会液化;高于临界压力，不管温度多少液态和气态亦不能同时存在。只有当温度和压力均超过其临界温度和临界压力时，才称为超临界状态。

地层条件下，煤层气超临界吸附的现象是存在的。但只有当煤层气压力(气压)超过4.604MPa(表4－2)才真正出现超临界流体。实际上，在我国煤矿瓦斯实测压力中超过此压力的矿井是比较少的。但对于原位且处于封闭系统的煤储层而言，储层中水压等于气压，只要煤层埋深超过500m煤层气就可能成为超临界流体。

对于甲烷和氮气，任一埋深储层温度均高于临界温度，无论压力多大均不会液化。对于二氧化碳，当储层温度低于31.06℃(表4－2)，对于乙烷，当储层温度低于32.37℃(表4－2)而储层压力(气压)高于液化压力时，二者均可以呈液态形式存在。按正常地温梯度3℃/100m、正常储层压力梯度0.98MPa/100m，设恒温带深度为20m、温度为10℃，则埋深500m左右时储层温度约为25℃、储层压力为4.9MPa，此时二者均低于临界温度和压力，二氧化碳和乙烷以气态形式存在;当埋深达到800m时储层温度约为34℃，高于临界温度，二氧化碳和乙烷仍为气态。但当二氧化碳压力大于7.38MPa、乙烷压力大于4.98MPa时，二氧化碳和乙烷有可能成为超临界流体;只有在500～800m范围内的局部层段(封闭体系)，储层温度低于临界温度、储层压力高于液化压力时，二氧化碳和乙烷才可能以液态形式存在(图4－3)。

上面所述临界温度和临界压力是对单一气体组分而言的。在自然条件下，煤层气通常是多种组分气体的混合物。混合气体的临界温度高于其最低沸点组分的临界温度、低于最高沸点的临界温度，等于组成混合气体的各个组分的绝对临界温度与相应的分子浓度的乘积之和。相应地也可以计算出混合气体的临界压力。这种计算出来的临界温度和临界压力叫做混合气体的拟临界温度和拟临界压力。

5.煤层气的溶解度

煤层气能不同程度地溶解于煤储层的地下水中，不同的气体溶解度差别很大。20℃、1atm下单位体积水中溶解的气体体积称为溶解度(m3气/m3水)，溶解度同气体压力的比值称为溶解系数(m3/m3·atm)。温度对溶解度的影响较复杂，温度80℃时，溶解度随温度升高而增加(图4－4)。甲烷溶解度随压力的增加而增加，低压时呈线性关系，高压时(>10MPa)呈曲线关系(图4－5);甲烷溶解度随矿化度的增加而减少(图4－5)。所以在高温高压的地下水中溶解气明显增加。如果煤层水被CO2饱和时，则甲烷在水中的溶解度会明显增大。

图4－3二氧化碳在正常地温条件下的液化区间图 图4－4甲烷在水中的溶解度与温度的关系图 (据傅雪海等，2007)

图4－5不同温度、不同矿化度条件下的甲烷溶解度与压力的关系图 (据傅雪海等，2007)

6.主要气体组分的性质

甲烷为无色、无味、无臭、无毒气体(表4－3)。但煤储层中往往含有少量其他芳香族碳氢气体，因此常常伴着一些苹果香味。在大气压力为0.101325MPa、温度为0℃的标准状态下，甲烷的分子量为16.043，分子大小约为0.33～0.42nm;其密度为0.677kg/m3，相对密度为0.554(比空气轻)，当空气中混有5.3%～16.0%浓度的甲烷时遇火即可燃烧或爆炸;动力黏度为1.084×10－5Pa·s;临界温度为－82.57℃，临界压力为4.604MPa(表4－2);热值约为37.62kJ/m3。

表4－3煤层气成分的物理性质表 氮气是一种无色、无臭、无味的气体，微溶于水，0℃时1mL水仅能溶解0.023mL氮气。在1atm、15.55℃时，其密度为1.182kg/m3，相对密度为0.967(表4－2)。

二氧化碳为无色、无臭、略具酸味气体。在大气压力为0.101325MPa、温度为0℃的标准状态下，二氧化碳的分子量为44.010，分子大小约为0.33～0.47nm;密度为1.858kg/m3，相对密度为1.519(比空气重)，突然喷出可使人窒息;其动力黏度为1.466×10－5Pa·s;其临界温度为31.06℃、临界压力为7.384MPa(表4－2)。

(二)煤层气的同位素特征

Law(1993)研究认为，世界各地煤层气的同位素差异较大，甲烷的δ13C1值分布范围很宽，介于－80‰～－16.8‰之间;乙烷δ13C2的值介于－3.29‰～－2.28‰之间;甲烷的δD值分布在－33.3‰～－11.7‰之间;二氧化碳的δ13C值为－2.66‰～－18.6‰。从煤样中解吸出的甲烷的δ13C1值比开采气或自由(游离)气体中甲烷的δ13C1值高出几个千分点。这是因为在解吸作用过程中发生了同位素分馏作用，δ13C1优先被解吸出来。

国内测试资料表明，煤层气δ13C1变化于－78‰～－28‰之间，分布范围广，同位素组成总体上偏轻，而且不同地区、不同地质时代和不同煤阶煤中的δ13C1分布特征亦有所不同。就地区而言，华北煤层气δ13C1为－78‰～－28‰，东北煤层气δ13C1为－68‰～－49‰，华南煤层气δ13C1为－68‰～－25‰(图4－6)。显然，我国煤层气的δ13C1地域分布总体上体现出不同地质时代不同构造背景下煤中有机质生烃演化的特点。华北和华南的煤层主要形成于晚古生代，经历了多阶段构造演化，煤化作用的地质背景较为复杂，煤阶跨度大，生气历程长，δ13C1变化大;东北煤层主要形成于中－新生代，热演化历程及其控制因素相对简单，煤阶普遍较低，δ13C1分布较为集中。

就全国来看，煤层气δ13C1与煤阶之间的关系尽管离散性较大，但规律性仍然相当明显(图4－7)。δ13C1随镜质组反射率增高而变重，但二者之间的这种正相关关系并不是线性的。当镜质组反射率小于2.0%时，δ13C1值增大的速率较快，由－65‰(镜质组反射率0.3%左右)增至－25‰(镜质组反射率2.0%左右)，此后直到镜质组反射率4.0%附近δ13C1值仍低于－20‰。换言之，只有在进入无烟煤阶段之后，煤层气的δ13C1值才开始接近或落入腐殖型常规天然气δ13C1值的分布范畴(>－35‰)。

图4－6中国煤层气稳定碳同位素的地域分布图 (据叶建平等，1998) 图4－7中国煤层气稳定碳同位素分布与煤阶之间关系图 (据叶建平等，1998)

进一步分析特定地区煤层气稳定碳同位素的演化趋势发现，不仅δ13C1值与镜质组反射率之间的离散性显著减小，而且存在着有别于全国性趋势的区域规律。华北和华南煤层气δ13C1值与全国性规律一致、随煤阶增高而变重，且在进入无烟煤阶段后离散性明显变小(图4－8a，b)。东北煤层气δ13C1值的演化却与此相反，煤阶增高而δ13C1值变小(图4－8c)。

腐殖型常规天然气δ13C1与镜质组反射率之间呈对数相关关系，华北、华南和全国δ13C1值与煤阶之间的相关趋势与其一致，东北地区则与此相反，暗示东北煤层气稳定碳同位素的分布另有其他控制因素。

图4－8不同地区煤层气稳定碳同位素分布与煤阶之间关系图 (据叶建平等，1998)

Rice et al.(1993)总结美国和加拿大煤层气同位素资料后，得出气的稳定碳同位素δ13C1值与煤阶有很好的相关关系。一般低煤阶煤的δ13C1值小，煤阶增加而δ13C1值变大。但是同一煤阶δ13C1值具有很大的变化范围(图4－9)。此外，δ13C1值与现今煤层埋深亦有较好的对应关系，在煤阶一定情况下，浅部煤层气由轻同位素组成，深部煤层气则由重同位素组成。

图4－9煤层气δC1与Ro，max的关系图 据Rice et al.，1993)

煤层气的组成

煤层气的化学组分有烃类气体(甲烷及其同系物)、非烃类气体(二氧化碳、氮气、氢气、一氧化碳、硫化氢和稀有气体氦、氩等)。其中，甲烷、二氧化碳、氮气是煤层气的主要成分，尤以甲烷含量最高，二氧化碳和氮气含量较低，一氧化碳和稀有气体含量甚微。

(一)烃类气体

煤层气的主要成分是甲烷，其含量一般大于80%，其他烃类气体含量极少。通常，同一煤阶烃类气体随埋藏深度的增大而增加。重烃气主要分布于未受风化的煤层中。此外重烃含量常常还与煤变质程度有关，一般中变质煤中重烃含量高，而低、高变质煤中低。

通常用甲烷气体(C1)与总烃量(C1—C5)的比率作为确定气体的干度指标(干燥系数)，若C1/C1—C5值大于99%，为特别干的气体;95%～99%为干气;85%～95%为湿气;小于85%，为特别湿的气体。

(二)非烃类气体

大多数煤层气中的非烃类气体含量通常均小于20%，其中氮气约占三分之二，二氧化碳约占三分之一。如美国阿巴拉契亚盆地、阿科马盆地和黑勇士盆地，其煤层气中非烃类气体含量极低，远远低于10%。在某些煤层气中，氮气和二氧化碳含量变化很大，如江西丰城煤矿煤层气的氮气含量变化在0.20%～83.39%之间，二氧化碳含量变化在0.02%～10.12%之间。氮气分子较小、运移速度快，因而主要受上覆盖层质量影响。二氧化碳易溶于水且易被地下水带走，因而二氧化碳含量主要受地下水活动影响。此外，氮气和二氧化碳含量亦受煤层埋深和煤变质程度影响。一般而言，越靠近地表氮气和二氧化碳的含量越高;煤变质程度越高氮气和二氧化碳的含量越低。

虽然煤层气的成分都是以甲烷为主，然而在不同盆地、同一盆地的不同部位、不同煤层、不同埋深、不同煤阶煤以及不同煤层气井之间，煤层气的组分往往会出现较大的差异。控制煤层气成分的主要因素有:①煤的显微组分特别是富氢组分的丰度;②储层压力，它影响煤对各组分的吸附能力;③煤化作用程度，即煤阶(煤级);④煤层气解吸过程，解吸阶段吸附性弱或浓度高的组分先解吸;⑤水文地质条件，它通过输送细菌产生次生生物气而影响煤层气成分(Scott，1993)。

Scott对产自美国1380多口煤层气井中985个气样的分析结果表明:煤层气的平均成分为:甲烷占93.2%，重烃占2.6%，二氧化碳占3.1%，氮气占l.1%。Rice(1993)对采自晚石炭世宾夕法尼亚组到新近纪煤层中的气体样品(气样直接采自矿井、煤样解吸气和地面开采的煤层气;煤阶从褐煤到无烟煤，Ro为0.3%～4.9%;含气煤层的深度从121.9lm的矿井到4419.38m的钻孔)进行了研究，通过该研究得出以下结论:世界各地煤层气的组分差异很大，煤层气的主要组分通常为甲烷和其他烃类组分，同时还含少量的CO2和N2。气体中烃的组成可用气体湿度(C2+ 即乙烷及其以上重烃百分含量)表示，湿度值一般介于0%～70.5%之间。

煤层气与常规天然气的异同

(一)煤层气与常规天然气的相同点

煤层气主要由95%以上的甲烷组成，另外5%的气体一般是二氧化碳或氮气［27］，而天然气主要成分也是甲烷，其余的成分变化较大。两种气体均是优质能源和化工原料，可以混输混用。

(二)煤层气与常规天然气的不同点

煤层气与常规天然气的不同点在于:煤层气源于煤层又赋存于煤层之中，可谓“自生自储”，气体以吸附形式赋存于煤孔隙介质中;天然气源于烃源岩(泥岩、灰岩、煤层)，大多数经运移聚集在储集岩中(砂岩、灰岩等)，可谓“他生他储”，气体以游离方式存在。两者在其他方面的差异主要源于这一根本区别［28］。

(1)煤层气基本不含C2以上的重烃，产出时不含无机杂质;天然气一般含有含C2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;天然气主要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;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，而天然气初期产量高，生产周期一般在8年左右。

(4)煤层气又称煤矿瓦斯，是煤矿生产安全的主要威胁，并且煤层气的资源量直接与采煤相关，采煤之前如不先采气，在采煤过程中煤层气会排放到大气中，据联合国有关资料统计，我国每年随煤炭开采而减少煤层气资源量约194×108m3以上;而天然气资源量受其他采矿活动影响较小，可以有计划地开采。

今天的内容先分享到这里了，读完本文《「煤层气」煤层气公司》之后，是否是您想找的答案呢？想要了解更多新能源资讯，敬请关注本站,您的关注是给小编最大的鼓励。