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1、煤层含气量测定方法及影响因素,唐书恒中国地质大学（北京）,（一）美国矿业局（USBM）的直接法,1、逸散气量 指从钻头钻至煤层到煤样放入解吸罐以前自然析出的天然气量。逸散气的体积取决于钻孔揭露煤层到把煤样密封于解吸罐的时间、煤的物理特性、钻井液特性、水饱和度和游离态气体含量。2、解吸气量 指煤样置于解吸罐中在正常大气压和储层温度下，自然脱出的煤层气量。终止于一周内平均解吸气量小于10ml/d或在一周内每克样品的解吸量平均小于0.05ml/d。,一、煤层含气量测定方法,3、残留气量 指充分解吸结束后残留在煤样中的煤层气量。,二、中国的解吸法,1、损失气量（V1）2、现场2h解吸量（V2）3、真空
2、加热脱气量（V3）4、粉碎脱气量（V4）二者的差异：解吸时间、温度、阶段,一、煤层含气量测定方法,直接法测定的含气量,散失气量,解吸气量,残余气量,即损失气量，指煤心快速取出，现场直接装入解吸罐之前释放出的气量。这部分气体无法计量，必须根据散失时间的长短及实测解吸气量的变化速率进行推算。,指煤心装入解吸罐之后解吸出的气体总量。实验过程中需要求出气量随时间的变化规律，结合一些基础数据计算解吸气量。解吸过程一般延续两周至四个月，根据解吸气量的大小而定。一般在一周内平均解吸速度小于10cm3/d时可终止解吸。,指终止解吸后仍留在煤中的那部分气体。需将煤样装入球磨罐中密封，破碎后，放入恒温装置中，待恢
3、复到储层温度后按规定的时间间隔反复进行气体解吸，直至连续7 天解吸的气体量平均小于或等于10cm3/d，测定其残余气量。,一、煤层含气量测定方法,损失气量计算方法的影响 不同结构类型煤样的影响测试样品选择的影响散失时间的影响温度、压力影响 球磨时间的影响其它外在影响因素,二、煤层含气量测定影响因素,损失气量计算方法的影响,目前计算煤层含气量测试过程中采样损失量的方法包括：法、幂函数法、负指数函数法等，其中 法是最常用的计算方法。,二、煤层含气量测定影响因素,式中：V煤样自暴露开始时起一定时间段内煤层气解吸量，mL；a，b待定常数，它可以根据装罐煤样在解吸初期的解吸煤层气量与时间平方根，大致呈直
4、线关系的各测定坐标，用最小二乘法求出；t1装罐前煤样暴露解吸煤层气时间，min；t2装罐后煤样解吸煤层气时间，min。,（1）法,它是半经验计算方法，根据煤样在解吸初期，解吸煤层气量V0与 的线性关系，求取煤层气损失量，即：,二、煤层含气量测定影响因素,负指数函数法是我国科研人员在采集钻孔煤屑测试煤层气含量时常用的计算损失量的方法，该方法认为钻孔煤屑解吸煤层气速率与解吸时间之间为负指数函数关系。即：式中 r解吸时间为t1时的煤层气解吸速率，mL/s；r0解吸时间开始(t=0)时刻煤的煤层气解吸速 率，mL/s；k常数。从 t0到t1时间间隔内损失煤层气量为：,（2）负指数函数法,二、煤层含气量
5、测定影响因素,对于这两种方法，虽然 法是最为常用的，但对于构造煤，采用负指数函数法计算损失气量，误差更小。,二、煤层含气量测定影响因素,损失气量计算方法的影响 不同结构类型煤样的影响测试样品选择的影响散失时间的影响温度、压力影响 球磨时间的影响其他外在影响因素,二、煤层含气量测定影响因素,（1）不同结构煤样暴露时间与解吸量的关系,两种结构类型煤样用 法计算的煤层气解吸量值都有随煤样暴露时间增大而变小的趋势。用 法计算煤层气含量时，应尽量缩短煤样暴露时间。尤其在测定构造煤的煤层气含量时，更应设法减少煤样暴露时间，否则会造成比较大的误差,二、煤层含气量测定影响因素,（2）不同结构类型煤样采用不同解
6、吸时间段对计算损失量的影响,表2 不同结构类型煤样采用不同解吸时间段计算的瓦斯损失量,二、煤层含气量测定影响因素,（3）不同损失量计算方法下的数据对比,不同计算方法下构造煤煤样煤层气解吸速率变化曲线,二、煤层含气量测定影响因素,损失气量计算方法的影响 不同结构类型煤样的影响测试样品选择的影响散失时间的影响温度、压力影响 球磨时间的影响其他外在影响因素,二、煤层含气量测定影响因素,测试样品的选择,（1）对自然解吸量的影响,煤心、煤屑样品解吸速率对比图,统计发现，煤心样品的解吸持续时间是煤屑样品的25倍，总气含量煤心样品为煤屑样品的1.53倍，吸附时间煤心样品为煤屑样品的215倍。,二、煤层含气量
7、测定影响因素,测试样品的选择,（2）对损失气量计算的影响,煤心样品：在清水钻进时，岩心管提至井深一半处的时间为零时间，假设此时气体压力大于储层压力开始解吸。从零时间到样品装罐密封的时间为损失气时间。煤屑样品：如为清水钻进，停钻后开泵循环至煤屑到筛时间的1/4为零时间，零时间与到筛时间的和为损失气时间。,二、煤层含气量测定影响因素,损失气量计算方法的影响 不同结构类型煤样的影响测试样品选择的影响散失时间的影响温度、压力影响 球磨时间的影响其他外在影响因素,二、煤层含气量测定影响因素,散失时间的影响,把含气量测定数据与吸附等温线结合可计算临界解吸压力，并换算到取心起钻时气体开始解吸的深度，作为散失
8、时间的计时起点来计算散失气，这样做更为科学。,山西长子县15-2号煤芯样品等温吸附数据,二、煤层含气量测定影响因素,15-2煤芯样品提钻时间：120min装样暴露时间：5min散失时间：65min,根据临界解吸压力求得气体在H=252.57m处开始解吸，进而校正损失时间为53.11min,损失量：2378.1ml,损失量：1963.5ml,损失气量计算方法的影响 不同结构类型煤样的影响测试样品选择的影响散失时间的影响温度、压力影响 球磨时间的影响其他外在影响因素,二、煤层含气量测定影响因素,温度、压力的影响,气体解吸量是温度、压力、时间的函数。采样时周围环境温度、压力变化使得解吸气体积膨胀或收
9、缩；样品本身的温度、压力的变化决定着气体从煤基质的扩散速率及通过微孔、裂隙的解吸速率。,Mavor等人研究表明，将两个组成和煤级相似的样品分别在接近储层温度和低于储层温度下自然解吸，发现低于储层温度的样品损失气低估57%，气含量低估29%，吸附时间缩短了3 倍多。,二、煤层含气量测定影响因素,温度、压力的影响,随温度升高，解吸速率加快；反之，解吸速度降低。由于季节及昼夜温差的变化会影响解吸速率，给实验结果带来误差。即使样品罐恒温解吸，但煤心从地层到地面再移入恒温池的过程中，温度变化也会影响解吸速率。所以应尽量消除温差变化对解吸的影响，实测解吸气时，应将解吸样品罐放置于恒温池中，温度应接近地层温
10、度。,实际解吸过程中，储层温度和压力高的煤层，气体扩散、解吸速率也高。需要记录环境温度和压力数据，将实测的解吸数据校正到标准条件下才可使用。,二、煤层含气量测定影响因素,损失气量计算方法的影响 不同结构类型煤样的影响测试样品选择的影响散失时间的影响温度、压力影响 球磨时间的影响其他外在影响因素,二、煤层含气量测定影响因素,球磨时间的影响,测试时，恒定的球磨时间是实验结果可比的前提条件。一般华北石炭二叠纪低中煤级煤球磨2h，样品的大部分可达到60目以下，高煤级煤或硬度较大的煤，则需要4h或更长的时间才可达到该效果。对不同时代、不同地区煤样，球磨时间的再探索是必要的，可考虑它们的岩石学组成、变质作
11、用类型等地质因素。,二、煤层含气量测定影响因素,损失气量计算方法的影响 不同结构类型煤样的影响测试样品选择的影响散失时间的影响温度、压力影响 球磨时间的影响其他外在影响因素,二、煤层含气量测定影响因素,其他外在影响因素,（1）提钻速度,一般来说，逸散量随提钻速度增大而减小。经拟合，逸散量和提钻速度满足如下关系：式中：QL为逸散量，cm3/g，A，B为煤层特征系数，不同煤层煤样具有不同的A，B值，但此处B值越大提钻速度对逸散量的影响也越大。,二、煤层含气量测定影响因素,其他外在影响因素,（1）提钻速度,以前的研究认为：提钻速度快，煤芯煤层气逸散时间缩短，逸散量就会降低。这种观点不是很全面的。,某
12、样品13mm子样模拟提钻速度与逸散量关系,提高提钻速度，是减小了逸散时间，但最终的压降是相同的。构造煤扩散系数较大，压降造成的煤层气解吸量可能是相似的，并没有因提钻速度的变化而有效变化。,二、煤层含气量测定影响因素,其他外在影响因素,（2）钻井液密度,提高钻井液的密度，可以在一定程度上减小逸散量的损失。在极限条件下，如果有一种介质密度足够大，那么可以保证煤样在临近地表时才开始解吸。,二、煤层含气量测定影响因素,模拟地层条件,设法减少散失气量,完善损失气计算方法,最优化其他外在因素,提高残余气量的准确性,措施,减少暴露时间，区分性选择不同解吸时间段，采用煤心样品。,储层温度条件,根据结构类型选择计算方法,球磨法（时间要求）,提钻速度适中，钻井液密度,二、煤层含气量测定影响因素,测定方法的改进建议,谢谢各位专家，请提出宝贵意见！,
