煤層氣勘探與開發(fā)利用技術第一章課件

煤層氣勘探與開發(fā)利用技術亞美大陸煤層氣有限公司張留子郵：zhangwei8365@163.com公共信箱：jcmeicengqi2011@163.com密碼：555888煤層氣勘探與開發(fā)利用技術亞美大陸煤層氣有限公司1第一章煤層氣的基本特性1、什么是煤層氣？2、煤層氣是怎么形成的？3、煤層氣與礦井瓦斯的區(qū)別？4、是不是所有的煤層中都含有煤層氣？5、為什么要開采利用煤層氣？第一章煤層氣的基本特性1、什么是煤層氣？2第一節(jié)煤層氣的基本化學性質(zhì)一、煤層氣的基本化學組分1.煤層氣的化學成分主要包括CH4、CO2和N2，并含有少量的重烴（乙烷、丙烷、丁烷及戊烷）,H2，CO，SO2，H2S,以及少量的稀有氣體。2.烴氣：CH4和重烴統(tǒng)稱為烴氣。3.干燥系數(shù)：：CH4與烴氣之百分比定義為干燥系數(shù)（C1/C1—C5）,濕氣<95%<干氣。第一節(jié)煤層氣的基本化學性質(zhì)一、煤層氣的基本化學組分31.一般情況下，CH4（煤層CH4）在煤層氣中的體積在80%以上，以干氣占絕對優(yōu)勢。但不同地區(qū)，煤層氣CH4含量也不盡相同；不同地質(zhì)條件下，煤層氣CH4含量也不盡相同。這些差異源于煤的物質(zhì)組成、煤化作用程度、煤層氣保存條件等地質(zhì)因素。2.重烴氣含量偏高原因？1）.煤中某種特殊顯微煤巖組分含量偏高，如樹皮、腐泥組分等。2）.煤層有機質(zhì)生氣作用終止于生烴高仿階段，如肥煤階段。3）.不能排除煤層吸附外來烴氣的可能性。1.一般情況下，CH4（煤層CH4）在煤層氣中的體積在8043.煤層中CO2含量和濃度極高原因？

針對這一現(xiàn)象，目前，還沒有十分的理論依據(jù)，只能推斷如下：1)、可能與深部殼源氣順深大斷裂導入煤層有關。2)、深部碳酸巖石巖漿熱變氣體、含煤層氣燒變氣體等也可能是構成煤層CO2氣體的來源。3.煤層中CO2含量和濃度極高原因？5二、煤層氣組分的化學常數(shù)分子化學常數(shù)直接關系到煤層氣單組分以及單組分之間的媒儲層中的熱力行為。1.煤層氣分子量：2.016---44.012.煤層氣直徑：0.32---0.55nm(進入煤中最小空隙的直徑)3.偏心因子：0.008—0.344(橢圓兩焦點距離與長軸距離比值)4.平均自由程53.0---83.9，是氣體分子在運動過程中與其他分子兩次碰撞所走過的距離，大量分子的自由程的平均值叫平均自由程，與溫度成正比，與壓強成反比。分子自由程越大，氣體擴散能力越弱，擴散能力越大，將優(yōu)先被煤層解吸。二、煤層氣組分的化學常數(shù)6三、煤層甲烷同位素及其組成1.煤層氣同位素組成差異較大。2.我國煤層甲烷?13C1變化于—78‰---—13‰之間。具有分布范圍廣，同位素組成偏輕的總體特點。3.煤級增高，?13C1變重，但二者正相關關系是非線性的，進入無煙煤階段后，?13C1開始接近或進入腐殖型常規(guī)天然氣甲烷穩(wěn)定同位素分布范疇。4.在同等條件下，新生界古近系和新進系煤層氣?13C1顯著重于中生界和上古生界煤層氣。三、煤層甲烷同位素及其組成1.煤層氣同位素組成差異較大。71.煤層氣埋藏深度增大，煤層氣中甲烷含量濃度隨之增高，氮氣和二氧化碳的濃度隨之降低。2.在煤層氣地質(zhì)勘探中，一般將對應于甲烷濃度80%的深度定義為風化下限；在煤礦安全界，往往也習慣于煤層甲烷含量2m3/t所對應的煤層埋藏深度，定義為煤層氣（瓦斯）風化帶下限。3.甲烷和煤層含氣量之間的關系受各類地質(zhì)因素的影響，在不同地點、不同層位變化較大。四、煤層氣化學組成的垂向變化1.煤層氣埋藏深度增大，煤層氣中甲烷含量濃度隨之增高，氮氣和84.在煤層氣風化帶內(nèi)的煤層氣資源，通常缺乏開發(fā)利用價值，不列入資源計劃。5.確定煤層氣風化帶深度有三種方法：1）、甲烷濃度—深度法；2）、地質(zhì)類比法；3）、甲烷濃度—含氣量—深度。6.不同的地質(zhì)構造、不同的煤層、不同的地表結(jié)構，采用不同的方法。7.煤層氣風化帶深度受煤層氣保存地質(zhì)條件和煤吸附性兩大類地質(zhì)因素的影響。4.在煤層氣風化帶內(nèi)的煤層氣資源，通常缺乏開發(fā)利用價值，不列9第二節(jié)煤層氣基本物理性質(zhì)其物理性質(zhì)包括密度、黏度、臨界溫度、臨界壓力、溶解度等。一、1.煤層氣的氣味、顏色和毒性物理性質(zhì)化學組分CH4COCO2H2SSO2H2氣味無無略帶酸味臭味酸、硫磺味無顏色無無無無無無毒性無有無有有無第二節(jié)煤層氣基本物理性質(zhì)其物理性質(zhì)包括密度、黏度、臨界溫度102.甲烷的高熱值為39.86kj/m3，低熱值35.80kj/m3。煤層氣在燃燒時，水、氮氣、一氧化碳、二氧化碳均發(fā)生吸熱反應，不產(chǎn)生熱量；烷烴氣系列、硫化氫等含氫化合物及氫氣放出熱量。3.甲烷的爆炸極限為：5.3%---14.0%，這個是體積百分比。2.甲烷的高熱值為39.86kj/m3，低熱值35.80kj11二、煤層氣的密度和粘性1、煤層氣的密度：標準狀態(tài)下（一個大氣壓，0攝氏度）單位體積煤層氣的質(zhì)量。Kg/m3。2、相對密度：單位體積的煤層氣質(zhì)量與相同狀態(tài)下同體積空氣質(zhì)量之比。空氣密度為1.2928。3.黏度：流體運動時，其內(nèi)部質(zhì)點沿接觸面相對運動、產(chǎn)生摩擦力以阻抗流體變形的性質(zhì)，常用動力黏度系數(shù)來表示：單位：泊、厘泊、微泊等單位。二、煤層氣的密度和粘性1、煤層氣的密度：標準狀態(tài)下（一個大氣123.1、煤層氣黏度是確定其擴散運移特性的重要參數(shù)。分子量越大，黏度越小，黏度與溫度成正比，與壓力成正比。3.2、煤層氣黏度等于各氣體組分黏度與其混合物中分子含量之積的和：?平均=∑?ixi?平均=煤層氣黏度?i多元氣體中i組分的黏度Xi組分的分子濃度。3.1、煤層氣黏度是確定其擴散運移特性的重要參數(shù)。分子量越大13三、煤層氣組分的臨界溫度及壓力1、指氣相純物質(zhì)維持液相的最高溫度，就是臨界溫度，也稱絕對沸點，高于臨界溫度，氣體不能用簡單升高壓力的辦法使之轉(zhuǎn)化為液體。2、在臨界溫度時，氣體凝析所需要的壓力稱之為臨界壓力。三、煤層氣組分的臨界溫度及壓力1、指氣相純物質(zhì)維持液相的最高14四、煤層氣的溶解度1、將在20攝氏度，1個大氣壓下單位體積液體中溶解氣體體積的定義為溶解度。2、溶解度受壓強，溫度影響而不同。3、水的礦化度對煤層氣溶解度的影響：lgS1=lgS-AnS1---氣體在礦區(qū)水中的溶解度，m3/m3.S----氣體在淡水中的溶解度，m3/m3.a----取決于氣體化學組分的系數(shù)。N----礦化度，kg分子/m3.四、煤層氣的溶解度1、將在20攝氏度，1個大氣壓下單位體積液15第三節(jié)煤層氣的類型一、煤層氣按賦存狀態(tài)分類煤層氣分類的依據(jù)是賦存狀態(tài)、物資來源、演化階段、化學成分等1、目前煤層中呈三種狀態(tài)賦存，即游離態(tài)、吸附態(tài)、水溶態(tài)，相應的將煤層氣分為游離氣、吸附氣和水溶氣。2、在一般情況下，煤層氣一般以吸附態(tài)為主。在一定的溫度、壓力、水介質(zhì)條件下，三種狀態(tài)的煤層氣處于動態(tài)平衡體系中。第三節(jié)煤層氣的類型一、煤層氣按賦存狀態(tài)分類163、在這個體系中，任何一個條件的變化，都會導致整個體系的不平衡，知道從新回到平衡為止。二、煤層氣按物質(zhì)來源分類1、煤層氣按照物質(zhì)來源可分為有機氣和無機氣，一般煤層氣以有機氣為主，成氣來源以高等生物源為主。2、無機氣可能來源于深部殼源氣，也可能為深部鹽酸巖巖漿熱變氣體，還可能是含煤地層燒變氣體。3、在這個體系中，任何一個條件的變化，都會導致整個體系的不平173、國內(nèi)學者通過碳同位素的研究提出了煤層氣可能來自深部地殼或上地幔，甲烷氣體是通過上地幔脫氣作用或中地殼的費托合成而生成的，而不是來自煤及其他煤系地層。三、煤層氣按演化階段和化學作用分類1、泥炭/腐泥自形成后，經(jīng)歷了埋藏泥炭、褐煤、煙煤、無煙煤、石墨一系列從低級向高級形式的演化過程，稱為煤化作用過程。沉淀的有機質(zhì)又經(jīng)歷了生物化學作用和物理化學作用。3、國內(nèi)學者通過碳同位素的研究提出了煤層氣可能來自深部地殼或182、沉淀有機質(zhì)化學結(jié)構發(fā)生兩極反應，側(cè)鏈和小分子化合物脫落而形成煤層氣，芳香稠環(huán)大分子化合物縮聚而進一步固化為殘余的含碳化合物。3、煤的生氣作用包括生物成因和熱成因兩個基本過程，產(chǎn)物分別為生物成因和熱成因兩個基本過程，產(chǎn)物分別被稱為生物成因氣和熱成因氣。4、生物成因氣：沉積有機質(zhì)微生物降解作用的產(chǎn)物，一般發(fā)生在地層溫度較低58度的條件下，以甲烷為主，并含有少量其他成分的干氣。2、沉淀有機質(zhì)化學結(jié)構發(fā)生兩極反應，側(cè)鏈和小分子化合物脫落而195、生物成因氣有兩種機制，其一、二氧化碳的還原作用生成甲烷；其二、醋酸、甲醇、甲胺等經(jīng)發(fā)酵作用轉(zhuǎn)化成甲烷。熱成因氣：在溫度高于50度和壓力作用下，煤有機質(zhì)發(fā)生一系列物理、化學變化，煤中大量富含氫和氧的揮發(fā)分物質(zhì)主要以甲烷、二氧化碳和水的形式釋放出來的。在較高溫度下，有機酸的脫羧基作用生成甲烷和二氧化碳。1、煤層埋藏越深，地層溫度升高，煤中的有機質(zhì)不斷脫氧、脫氫、富碳而生成煤層氣。5、生物成因氣有兩種機制，其一、二氧化碳的還原作用生成甲烷；20四、煤層氣按化學組分分類1、煤層氣以甲烷為主，是一種含多元組分的混合氣體。2、以干燥系數(shù)95%為界，干氣>95%>濕氣。3、以含硫化氫7%，2%，0.5%為界，將煤層氣分為硫化氫型氣、高硫化氫型氣、低硫化氫型氣、微硫化氫型氣和無硫化氫型氣。四、煤層氣按化學