煤层气藏特性

（一）煤的生、储气特性

煤是一种以腐植型干酪根为主的有机质，当这种有机质位于中位沼泽和高位沼泽时，处于氧化环境，在喜氧细菌的分解作用下，开始腐烂分解，在此种环境下，尽管有机质十分丰富，但生成的气体以氧化物为主，且均逸散到大气中。当有机质进入隔氧层后，在厌氧细菌的作用下，氧气减少到零，氧化作用结束，形成还原的地球化学环境，此时有机质被大量保存堆积形成泥炭层。在此期间由于生物化学和菌解作用，生成少量气体。泥炭到褐煤主要为细菌分解和发酵作用，生成生物甲烷，其生成机制为：

全国煤层气资源评价

当煤层上覆地层厚度不断地加大，温度和压力也随之增加，煤变质作用开始，煤层气生成量不断增加，其中以肥煤、焦煤和贫煤级段生气量最大（图3-17），阶段生气量高达50～80m3/t。

图3-17 煤的成烃模式和有关演化特征

煤在演化过程中生成的大量气体，一部分离开煤层，逸散在大气或地层中，或在合适的部位聚集成藏，即常规意义上的煤成气藏；另一部分存留在煤层中，这部分气体即煤层气。因此，煤层既是煤层气的源岩，又是煤层气的储集层。

煤层作为储集层，有其明显特性（表3-5），煤储层是一种具有双重孔隙结构的裂隙—孔隙型储层（图3-18）。煤基质中的孔隙和割理是煤中孔隙体积的主要部分，是吸附气体的主要空间；煤中天然裂隙（割理）系统的孔隙度很小，却是煤中流体（气体和水）渗流的主要通道。煤基质中的孔隙十分发育，这种孔隙的内表面积高达每克煤100～400m2以上，单位重量煤的内表面积的大小与煤变质程度、煤中无机矿物的含量及煤的显微煤岩组分有关，一般说来，煤变质程度越高（图3-19）、无机矿物含量越低、镜质组含量越高，煤的内表面积越大。煤基质孔隙内表面上的分子引力一部分指向煤的内部，已达到饱和，另一部分指向孔隙空间，没有饱和，这部分未饱和的分子引力就在煤中微孔内表面产生吸附场，将甲烷分子吸附在微孔隙的内表面上。煤层气在煤层中的大量储集就是靠这种吸附作用，因此，煤层气又称为吸附气。在煤层的割理和外生裂隙中还存在游离气和溶解气，但其量有限，仅为煤中吸附气、游离气和溶解气总量的10%～20%。

表3-5 常规砂岩储层和煤储层的比较

图3-18 煤的双重孔隙系统

图3-19 煤的内表面积与煤级的关系

（二）煤层气的保存

在恒温条件下，煤对甲烷的吸附量可用兰氏方程（Langmuir）描述，该方程如下：

全国煤层气资源评价

式中：G——吸附量，cm3/g

p——压力，MPa

a——兰氏体积，即最大吸附量，cm3/g

b— —吸附平衡常数，MPa-1。

该方程表明，对某一煤层来说，其含气量与压力为正相关关系，即压力越大，煤层对甲烷的吸附能力越强，含气量就越高（图3-20），相反，压力越低，吸附能力越弱，甲烷越倾向于解吸，含气量就越低。由此可见，煤层气的保存和逸散与煤储层压力的变化有直接关系。对具有生、储能力的煤层而言，地层压力是煤层气得以保存的必要条件。这里的压力在地质上指的是煤层水文等势面之下的水柱高度，即地层压力，煤层含气量与地层压力的正相关关系已被地质实际证实（图3-21）。许多常规油气钻井和煤层气井的地层测试资料表明，埋深加大，地层压力随之增高，因此，进一步可以说煤层埋深是煤层气得以保存的必要条件。

图3-20 柳林勘查试验区8煤层等温吸附曲线

（三）煤层气藏概念

由上述可知，煤层气的生成、储集和保存有别于常规天然气，这就使两者在成藏条件上有很大差异。对煤层气藏的定义有不同观点，美国通常在煤层气勘探中把整个煤层气有利目标区笼统称为一个煤层气藏，在开发当中甚至把气田的某一层位定义为一个气藏。我国学者把煤层气藏定义为在压力（主要是水压）作用下“圈闭”着一定数量气体的煤岩体。这一定义容易把煤层气藏与煤田的概念混淆。

本次研究认为，煤层气藏是指在地层压力作用下煤层内一定数量甲烷气的聚集。这一概念，一是强调地层压力对煤层气储集和保存的重要意义；二是强调煤层是煤层气的储集体；三是强调煤层气应具有一定规模；四是强调煤层气成分以甲烷为主；五是强调煤层气藏是煤层气的聚集，而不是煤体本身。煤层气藏边界为边界断层、煤层尖灭线、煤层气风化带下限、含气量下限、埋深上下限等等。煤层气藏是进行煤层气勘探和开发的基本地质单元。煤层气藏概念中没有特别强调煤层气的可采性，因为同一煤层气藏可采性的好坏与经济、技术等条件有关，是随时间、条件的改变而变化的一项综合参数，而强调的是地质客观情况，不论经济技术条件如何变化，其固有的地质属性保持不变，如埋深、煤厚、煤级、含气量等。

图3-21 美国拉顿（Raton）盆地含气量与水文等势面之下深度关系

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15米，吨煤含气量大于851立方米，裂缝密度大于15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1132×1012~1981×1012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。

煤气主要化学成分：一氧化碳、氢、烷烃、烯烃、芳烃等。

煤气主要化学成分：一氧化碳、氢、烷烃、烯烃、芳烃等。煤气是以煤为原料加工制得的含有可燃组分的气体。根据加工方法、煤气性质和用途分为：煤气化得到的是水煤气、半水煤气、空气煤气（或称发生炉煤气）。

煤气也叫液化石油气，主要成分CO和H2 ，因为水(H2O)的分子里有一个氧(O)原子和两个氢(H)原子，水一遇上火热的煤（C），氧原子立刻被煤（C）夺走了，结果生成一氧化碳(CO)和氢气(H2)。

煤气不叫液化气，煤气是以煤为原料加工制得的含有可燃组分的气体。根据加工方法、煤气性质和用途分为：煤气化得到的是水煤气、半水煤气、空气煤气 （或称发生炉煤气），主要成分是一氧化碳和氢气。

扩展资料：

混合煤气被广泛用作各种工业炉的加热燃料。此外，尚有用蒸气和空气一起吹风所得的“半水煤气”。可作为燃料，或用作合成氨、合成石油、有机合成、氢气制造等的原料。

天然气是一种重要的能源，广泛用作城市煤气和工业燃料；在70年代世界能源消耗中，天然气约占 18%～19%。天然气也是重要的化工原料。

天然煤气是通过钻井从地层中开采出来的，如天然气、煤层气。人工煤气则是利用固体或液体含碳燃料热分解或气化后获得的，常见有焦炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气、油煤气等。

煤层气和瓦斯基本没什么区别，都是可燃可爆且对人具有窒息作用的无毒无色无味气体。

煤层气主要的成分就是CH4也就是甲烷，而瓦斯的主要成分也是CH4（甲烷）；

煤矿井所说的瓦斯就是甲烷，只是这样的甲烷含有非常非常非常少量的其他有毒有害气体，比如一氧化碳、硫化氢、二氧化碳等，但是这样的有毒有害气体含量是非常少的，煤矿上将那些成游离状态下的甲烷和其他混合性有毒有害气体统称之为瓦斯。

在煤层露头附近，一方面由于煤层中的CH4逐步向大气排放，造成煤层甲烷含量和压力由深而浅降低；另一方面，由于空气和地下水不断向煤层内渗入，改变着煤层气的原始成分，形成CH4风化带。空气和煤层气的长期缓慢交换，结果就形成了浅部煤层气成分的带状分布。根据《矿井地质工作手册》上提出的分带方案，由浅到深将煤层气分为四个带：

第一带（二氧化碳－氮气带）：CO220%～10%，N280%～90%，无甲烷。

第二带（甲烷－氮气带）：CH4＜50%，N2＞50%。

第三带（氮气－甲烷带）：CH450%～70%，N250%～30%。

第四带（甲烷带）：CH4＞70%，其余为N2和其他气体。

上述四个带中，前三个带称为煤层气风化带，其下限的确定主要依据甲烷成分，即CH4＞70%时即为风化带下限。但由于历史原因，本区地质勘探期间，瓦斯取样钻孔较少，浅部瓦斯取样孔更少，完整圈定煤层气风化带下限难度较大，参照国内外一些矿区的做法及研究成果，我们以甲烷含量大小作为风化带划分的辅助指标。根据《矿井地质学》（龙荣生，1991），煤层气风化带下限甲烷含量大小因煤种而异表现出如下关系：气煤为15～20m3/t（可燃物），粘结煤为20～25m3/t（可燃物），瘦煤为25～30m3/t（可燃物），贫煤为30～40m3/t（可燃物）。本区煤种主要为瘦煤及贫煤，且浅部主要以瘦煤为主，我们取30m3/t（可燃物）作为甲烷带上限指标。综合考虑甲烷成分及甲烷含量，对本区2＃、3＃、5＃及11＃煤层的煤层气风化带下限深度进行了初步确定，结果见表65。从中看出南区2＃、3＃煤层的煤层气风化带深度较北区深，而北区11＃煤层的煤层气风化带深度又较南区深，特别在桑树坪井田，由于浅部煤系底部存在深部风化，导致煤层气风化带深度达500m以上。

表65 煤层气风化带下限深度一览表

（1）煤对不同气体组分的吸附能力与相同压力下各种吸附质的沸点有关，沸点越高，被吸附的能力越强．吸附深度极化率和电离势越大，越深．CO2的沸点最高，且极化率较大，故适合用于将原吸附在煤层中的煤层气置换出来，还可以减少温室效应对环境的破坏，

故答案为：  可将大量CO2封存于地下，减少温室效应对环境的破坏．

（2）①由图知CO2转化的最终产物为 C和O2，此过程中有一可循环物质HCl，故答案为：C和O2；HCl；

②MgCl26H2O可以得到MgCl2，氯化镁电解可以生成镁单质和氯气，故答案为：；

③该实验运行所需成本远高于产物的价值，故不正确，故答案为：不正确，该实验运行所需成本远高于产物的价值．