煤层气概述
能源地质学-10-2-煤层气组成与性质资料
煤层气的物理性质
气体 CH4 CO CO2 H2S SO2
NO2
H2
味
无
微有 甜
略带 酸味
臭味
酸味 硫磺味
有刺激 味
无
无无
无
色
无无
无 褐红色
相对 比重 0.554 0.97 1.52 1.19
水溶性 难溶 微溶 易溶 易溶
爆炸性 5~16 12.5~ 不爆 4.3~4
吸气
99.85 0.47 0.38 30.87
非烃 微量 微量
微量
三、煤层气的同位素特征
1、煤层甲烷稳定碳同位素分布
煤层甲烷稳定碳同位素的地域分布（据叶建平等，1998）
2、煤层气的鉴别标志
1）相同成熟度
Ro,max=0.50~2.5% δ13C1＞-43‰是煤型气， δ13C1 ≤-43%～-55‰是油型气。
1.269
1.48
相对密度(15.5℃)
0.554
0.967
1.519
1.038
1.178
热值/KJ·m-3
37.62
不可燃 不可燃
65.90
23.73
溶解系数 m3/m3·atm 0.033
0.016
0.87
0.047
2.58
H2 2.016 -239.90 1.297 -252.70
0.069 12.07
同位素δ13C、δD(‰)
δ13C1 δ13C2 δ13CCO2 δD1 -32.20 -20.80 28.40 -193 -30.20 -23.70 -17.00 -154 -32.00 -24.80 -15.80 -145 -31.90 -21.90 -17.20 -157 -33.00 -19.50 -12.70 -159 -32.60 -18.50 23.20 -172 -31.20 -16.80 -12.50 -152
煤层气
1煤层气：是指煤层生成的气体经运移、扩散后的剩余量，包括煤层颗粒基质表面吸附气，割理、裂隙游离气。
2煤型气：是相对于油型气的概念，是煤成气和煤层气的总和。
3割理：是指煤层中近于垂直层面的天然裂隙。
4构造煤：是指煤层中分布的软弱分层，是煤层在构造应力作用下发生破碎或强烈的韧、塑性变形及流变迁移的产物。
5煤层气吸附平衡：当吸附和解吸两种作用速度相等（单位时间内被固体颗粒表面吸留的气体分子数等于离开表面的分子数）时，颗粒表面上的气体分子数目就维持在某一定量，称为吸附平衡。
6煤层气藏：是指在地层压力（水压和气压）作用下保有一定数量气体的同一含煤地层的煤岩体，具有独立的构造形态；是在煤层演化作用过程中形成的，在后期构造运动中未被完全破坏，呈层状产出。
7煤层气地质储量：是指在原始状态下，赋存于已发现的具有明确计算边界的煤层气藏中的煤层气总量。
8煤成气：是煤层和煤系中分散有机质在热演化过程中生成的气态烃，经运移到煤系中或煤系以外的储层中聚集的煤型气。
9瓦斯突出煤体：构造严重破坏并具有发生瓦斯突出的瓦斯能（即含有大量瓦斯）介质条件的煤体称为瓦斯突出煤体。
10坚固性系数：用于表示岩石抗冲击能力的大小或破坏时破碎功的大小。
11瓦斯放散初速度△P：是指煤在0.1MPa压力吸附瓦斯的条件下，向一固定体积的真空空间放散时，某一时间段内所散放的瓦斯量。
12原生结构煤：指煤原生构造未受构造变动，保留原生沉积结构和构造特征，每层原生层理完整、清晰，仅有少量内、外生裂隙发育，煤体呈块状的煤；原生结构煤的煤岩成分、结构、构造与内生裂隙清晰可辨。
13煤与瓦斯突出：采煤生产过程中，在一瞬间（几秒钟）采煤工作面或巷道某处突然被破坏，迅速放出大量瓦斯，同时抛出大量的煤、岩碎块和煤粉，这种现象称为煤与瓦斯突出。
14吸附等温线：按照气体解吸特性描述的煤的响应性曲线称为吸附等温线3简单描述煤层割理发育的影响因素。
煤层割理发育的影响因素分为外界因素和内在因素。
煤层气基础知识
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；煤层气爆炸范围为5—15%2、煤层气的主要成分甲烷、二氧化碳、氮气3、煤层气储层是（基质）孔隙、裂隙双重介质结构4、煤层气的赋存状态吸附态（80-90%），游离态（20%-10%）、水溶态（5%以下）。
游离态煤层气以自由气体状态储积在煤的割理和其他裂缝空隙中，在压力的作用下自由运动5、煤层气的产出机理：通过抽排煤储层的承压水，降低煤储层压力，使吸附态甲烷解吸为大量游离态甲烷并运移至井口。
即排水－降压－解析－扩散－渗流煤层气的运移方式：微孔-大孔-微裂纹-裂隙-裂缝6、在煤体的大孔和裂隙中，煤层气流动是以压力梯度为动力，其运移遵循达西定律；而在微孔结构中，煤层气流动是以浓度梯度为动力，运移遵循菲克定律。
7、井底压力：是指煤层气井储层流体流动压力8、压降漏斗：由于排水降压，供水边界到井底洞穴形成压差,其压差形状为漏斗状曲面,该曲面被称为压降漏斗，由于洞穴压力最低，煤层气定向解析，扩散，渗流和运移至洞穴。
排采时间越长，压降漏斗有效半径越大，其影响范围逐渐增加。
9、吸附：煤层气分子由气相赋存到煤体表面的过程。
10、煤中自然形成的裂缝称为割理；割理中的一组连续性较强、延伸较远的称面割理；另一组仅局限于相邻两条面割理之间的、断续分布的称端割理11、达西定律：Q=KA△h/L式中Q为单位时间渗流量，A为过水断面面积，△h为总水头损失（高度差），L 为渗流路径长度，I=h/L为水力坡度，K为渗流系数。
关系式表明，水在单位时间内通过多孔介质的渗流量与渗流路径长度成反比，与过水断面面积和总水头损失成正比。
从水力学已知，通过某一断面的流量Q等于流速v与过水断面A的乘积，即Q＝Av。
菲克定律：菲克就提出了：在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量（称为扩散通量Diffusion flux，用J表示）与该截面处的浓度梯度(Concentration gradient)成正比，也就是说，浓度梯度越大，扩散通量越大12、临界解吸压力：对于未饱和煤层气藏，只有压力下降到含气量吸附等温线上，气体才开始解吸，该压力称为临界解吸压力。
煤层气
煤层气煤层气（coal bed gas）又称煤层甲烷（coal bed methane），是一种由煤生成，以CH4为主的非常规气。
煤矿在开采过程中不时涌出或爆炸的“瓦斯”就是煤层气。
通过对大量煤层气体的研究和测定可知，煤层气是包括无机气体成分、C1~C6正构烷烃、异构烷烃、环烷烃和芳烃气体成分在内的一种混合气体，但以甲烷为主，一般占气体组成的80％~90％以上，乙烷以上重烃气体含量较低，一般小于5％。
N2和CO2往往是含量仅次于CH4的气体成分，分别可达20％~5％和5％以下。
煤层气是一种洁净能源，勘查开发利用煤层气有助于改善能源结构和生态环境。
煤层气作为一种新能源开发利用，具有极大的经济价值和社会效益。
迄今为止，世界上开展煤层气勘查、开发和研究的国家和地区已达30余个，但只有美国进入了商业性工业生产，成功地建立了煤层气工业体系，加拿大和澳大利亚也有所突破。
截止2001年，美国圣胡安、黑勇士皮申斯、粉河等盆地煤层气生产井有14000余口，年产量已达480亿m3，超过全国天然气年总产量的5%。
我国是世界第一产煤大国，煤层多，分布面积广。
20世纪80年代以来，煤炭、石油和地矿系统以及有关高校和研究单位进行了一系列煤层气重大研究和勘探开发工作，在近30个矿区施工煤层气参数井或开发试验井约210口，先后在山西柳林、三交、石楼、乡宁、晋城、寿阳，辽宁铁法、阜新，淮南新集，陕西韩城等地区获得工业气流，提交了约1000亿m3的工业储量，同时取得了一批理论研究成果，概略地查明了我国煤层气资源的分布赋存格局。
一、煤层气的形成作用煤炭源于陆生高等植物，煤的原始有机物质主要是碳水化合物、木质素，成煤作用由泥炭化和煤化作用2个阶段完成。
由植物-泥炭-褐煤-烟煤-无烟煤，是经过未成岩-成岩-变质作用-泥炭化-煤化的全过程。
泥炭化阶段（成岩期前），有机质在低温(<50℃) 和近地表氧化环境中，由于细菌的作用，生成少量甲烷及二氧化碳，呈水溶状态或游离状态而散失。
煤层气
煤层气是一种由煤层生成并主要以吸附状态储集于煤层中的以甲烷（CH4）为主要成分的非常规天然气，热值与常规天然气相当，是通用煤气的2倍至5倍，燃烧后很少产生污染物，属于优质洁净气体能源。
我国煤层气资源非常丰富，中国煤层气资源总量超过31万亿立方米，相当于450亿吨标准煤，位居世界第三，分布于全国24个省、市、自治区，尤以山西、陕西、内蒙古等西部省区煤层气资源量大，占全国煤层气总资源量的一半以上。
开发利用煤层气，对于充分利用清洁能源，优化我国能源结构，改善煤矿安全生产条件以及减少大气污染，都具有重大的经济和社会效益。
中国对煤层气的开发利用始于上个世纪九十年代后期，2001年中国煤层气产量约为10亿立方米，成为继美国之后第二个大规模进行地面煤层气勘探的国家。
在资源分布上，我国煤层气资源与天然气资源有很好的互补性，即天然气资源主要集中在西部地区，而煤层气资源主要分布在天然气缺乏的中东部地区，其中华北地区占总资源量的62%。
资源的丰富，加上地理上的优势，这些为我国大力发展前景广阔的煤层气产业创造了条件。
此外，煤层气的开发可改变我国目前能源消费结构极不合理的现象，直接减少煤矿甲烷的排放量，有效地缓解大量燃煤造成的环境压力，极大地提高煤矿经济效益。
煤层气是烃源岩，又是储集层。
作为储集层，它与常规天然气储层有明显的不同的特征。
主要区别在于煤储层具有双孔隙结构——基质孔隙和裂缝网络。
基质孔隙和裂缝网络的大小、形状、孔隙度和连通性等决定着煤层气的储集、运移和产出。
水力压裂煤层是完井、增产措施最常见的也是最重要的手段之一。
针对煤层气压裂液，国内外经历了使用水（包括清水、减阻水）、线性胶、交联冻胶、泡沫压裂液、滑溜水之间的反反复复的试验研究和比较，可以肯定的是，这些不同的压裂液都将对煤层的渗透性（通过吸附或膨胀引起堵塞）产生影响。
由于煤层储层具有松软、裂隙网络发育、表面积大、吸附性强、压力低等与油藏储层不同的特征，使得它与常规油气藏储层在选择和使用压裂液时应注意如下差别，主要表现在：（1）由于煤岩的基质孔隙细小，表面积非常巨大，具有较强的吸附能力，要求压裂液及煤层流体完全配伍，不发生不良的吸附和反应；（2）煤层裂隙网络发育，要求压裂液本身清洁，除配液用水应符合低渗层注入水水质要求外，压裂液破胶残渣也应该比较低以避免对煤层孔隙的堵塞；（3）压裂液应满足没岩层防膨、降滤、返排、降阻、携砂等要求。
煤层气——精选推荐
第一章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。
2.非常规天然气是对产自常规储气层(如气藏气、气顶气和石油中的溶解气)之外的天然气的总称，包括水溶气、煤层气、页岩气、致密气、油页岩、可燃冰等.3.常规天然气由常规油气藏开发出的天然气，即勘探实践发现的能够用传统的油气生成理论解释的天然气，称为常规天然气4.煤层气的来源第一种来源是有机质在煤化作用过程中生成的；第二种来源是由于火成岩侵入或碳酸盐受热分解生成的CO经断层等通道侵人到2含煤地层之中；第三种来源是放射性物质蜕变过程生成的或地下水放出的放射性惰性气体氡及惰性气体氦。
5.煤层气勘探开发有三重意义：1）煤层气是一种新型洁净能源，其开发利用可弥补常规能源的不足。
2）减灾和降低矿井生产成本。
3）环境意义。
第二章6.煤型气是指煤系中煤和分散的有机质在成岩和煤化作用过程中形成天然气，以游离状态、吸附状态和溶解状态赋存于煤层和其他岩层内，其成分大多以甲烷为主，也可以以氮气、二氧化碳或重烃为主。
其中赋存在煤层中、成分以甲烷为主的煤型气，成为煤层气或煤层甲烷，赋存在围岩中的煤型气称为煤成气。
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、采空区的煤型气和采掘活动过程中新生成的各种气体的总称。
*7.生物成因气的生成有两种机制：① 二氧化碳的还原作用产生甲烷 ;②醋酸、甲醇、甲胺等经发酵作用转化成甲烷。
8.热成因气：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形成热成因甲烷大致分三个阶段：①褐煤至长焰煤阶段——生成的气量多，成分以CO2 为主，（占72~92%），烃类＜20%且以甲烷为主，重烃气＜4%。
②长焰煤至焦煤阶段——烃类气体迅速增加，占70~80%，CO2 下降至10%左右。
煤层气知识
煤层气用户手册一、简介：煤层气是指储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、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。
俗称“瓦斯”，热值是通用煤的2-5倍，1立方米纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，而且燃烧后很洁净，[1] 几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。
煤层气空气浓度达到5%-16%时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。
煤层气直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。
在采煤之前如果先开采煤层气，煤矿瓦斯爆炸率将降低70%到85%。
煤层气的开发利用具有一举多得的功效：洁净能源，商业化能产生巨大的经济效益。
为国家战略资源。
煤层气（天燃气）主要特点有：1、主要成分是甲烷，其含量一般在90%以上（），是一洁净的新型能源；2、热值高，每立方米发热值为8000-9000千卡/标米3，约相当于同体积城市燃气热值的2.4-2.7倍；3、燃烧充分，元素，无污染；易燃、易爆。
二、用途性质：煤层气可以用作民用燃料、工业燃料、发电燃料、汽车燃料和重要的化工原料，用途非常广泛。
每平方煤层气大约相当于9.5度电、3 m3水煤气、1L柴油、接近0.8kg液化石油气、1.1-1.2L汽油，另外,煤层气燃烧后几乎没有污染物，因此它是相当便宜的清洁型能源。
在一定的空间范围内，煤层气比空气轻，其密度是空气的0.55倍，稍有泄漏会向上扩散，只要保持室内空气流通，即可避免爆炸和火灾。
而煤气、液化石油气密度是空气的1.5—2.0倍，泄漏后会向下沉积，所以危险性要比煤层气要大的多。
煤层气爆炸范围为5—15%，水煤气爆炸范围6.2—74.4%，因此，煤层气相对于水煤气不易爆炸，煤层气不含CO，在使用过程中不会象水煤气那样发生中毒现象。
煤层气的物质组成、性质和利用
煤层气的物质组成、性质和利用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。
煤层气与煤型气、瓦斯在词义上有明显差别。
煤型气是指煤系中煤和分散有机质，在成岩和煤化作用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层内，其成分大多以甲烷为主，也可能以氮气、二氧化碳或重烃等为主。
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。
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，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（表2-1）。
表2-1 生物成因和热成因煤层气产生的阶段（据Scott，1994）煤层气产生阶段镜质组反射率（%）原生生物成因甲烷<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0.30~1.50一、生物成因气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。
生物成因气的生成有两种机制：其一，二氧化碳的还原作用生成甲烷；其二，醋酸、甲醇、甲胺等经发酵作用转化成甲烷（Law，1993）。
煤层气概述
经典的3D理论：
渗流模型－Darcy定律
Vl
Kl ul
Pl L
Kl = K Krl
式中： Vl为l相的渗流速度，m/s； l 为l相的粘滞系数，Mpa·s； Pl为l相的压差，MPa； L 为渗流途径的长度，m；
Kl为l相的有效渗透率，×10-3μm2； K 为多孔介质的绝对渗透率，×10-3μm2；
次生热成 因
混合 成因
混合气
甲烷碳氢同位素进一步变轻 δ13C1:-61.3～-50.7‰ δD1:-242.5～-219.4‰ δ13C2:-26.7～-15.9‰
△δ13CC2-C1:30.7～57.4‰
干燥系数进一步增大，但二 氧化碳含量增高
C1/C1-n:0.993～1.0 C1/C2:188.6～2993.7
含气量是确定煤层气资源量必不可少的参数，与储层压力和 吸附等温线结合起来使用，还可以预测煤层气产能。值得注 意的是，并不是每个含煤区、每个煤层都赋存有可供开采的 煤层气。因此，必须预先测定煤层的含气量。
煤层气的生成及储存条件
埋深 (m)
阶段性
0C
PT
J
1000
40 OC 60 CO
K
E NQ
40
煤层气生成及储存条件
解吸动力学特征及解吸类型：
根据煤层气解吸条件和解吸特征（物理），将其解吸分为： 降压解吸 置换解吸 扩散解吸 升温解吸 等四个亚类。
当然，在这四类解吸作用中降压解吸是其中最主要的也是 对煤层气产出贡献最大的。
煤层气的生成及储存条件
解吸动力学特征及解吸类型：
（1）降压解吸 降压解吸是一种最特征的物理解吸作用过程，也是煤层气开采过程中
30
煤层气简介
2
① 原生生物气
② 热成因气
③ 次生生物气。
煤层气生成过程示意图
From ***
煤层气的物质组成、物理化学性质
CH4 大于80%，其 它 C1~5 气态烃 。甲烷为无色、 无味、无臭、无 毒害气体。
煤对三种气体的吸 附能力与速率快慢 顺序为： CO2>CH4>N2 。 故在注气增产技术 中，常用C02驱替甲 烷，用N2降低CH4的 有效分压。
天然气（油型，煤型） 广义：自然界一切天然生成的气体 狭义：蕴藏于地层中的烃类气体。 1 煤型气：指煤系有机质(包括煤层和煤系地层中的分 散有机质)在变质过程中(即热演化)形成的天然气，也 称煤成气。包括煤系气与煤层气两类。 油型气：是指腐泥型干酪根（ 酐酪根是沉积物中不溶 于碱、非氧化型酸和有机溶剂的分散有机质）进入成 熟阶段后所形成的天然气。也叫油成气。 煤层气只是煤成气的其中一个部分。 现重点介绍非常规煤层气知识。
3、天然气管网建设加快煤层
气产业发展，提高销售利用， 降低成本。
中国各含气区煤层气资源量分布图
3479 ×108m3 68763 ×108m3
11139 ×108m3
×108m3
172490
28895 ×108m3
28286 ×108m3
1561 ×108m3
中国各成煤时代煤层气资源分布图
国家能源局 发布煤层气 产业政策 ：加
寺河120兆瓦煤层气电厂设备
煤层气液化
煤层气开发意义、现状和前景
中国煤层气勘探开发前景
中国煤层气开发“十一五”规划
2010产量 2010年，产量达 100亿立方米。其
2020产量 2020年，产量达 400亿立方米。
2020储量
第二章 煤层气的基本概念与性质
采煤界习惯将前三个带统称为“瓦斯风化带”。
浅部煤层气成分垂向各带气体组成 名 称 CH4 （体积 %） CO2 （体积 %） N2 （体积 %）
CO2—N2 带
瓦斯 风化带 N2带 N2—CH4 带
< 10
< 20 < 80
> 20
< 10～20 < 10～20
20～80
> 80 < 80
甲烷带
CH4带
在含煤岩系（简称煤系）形成与演化过程中， 煤系地层（包括煤层和岩层）里的有机质产出的 以甲烷为主的天然气。
煤系内其他岩层也可能赋存有煤型气， 但极少成为有经济价值的储气层。
煤型气可能赋存到煤系以外的储气层内， 成为常规天然气气藏。
2、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。由于其成分以甲烷为主，往往将其简 称为煤层甲烷。 煤层气就是储存在煤层内的煤型气。煤层气常被称 为“自生自储”的非常规天然气。 应该从广义上理解 此观点， 气体在煤层内一直处于运移的动态平衡状态， 现今的“煤层气”不一定就是原地生成的。 应用动态的观点看待煤层气十分重要！
煤出气又可分为两部分，即：已经分散的失去工业价值 的煤出气称为煤散气，它占煤出气的大部分；聚集在一起形 成煤气田，可供开采利用的煤出气称为煤聚气，它占煤出气 的小部分。
由此可知，煤层实质上是固体的煤和煤中气共生的矿 层——固气态矿层。
煤型气coal-type gas 或称 煤成气coal generated gas——
13C
2
、δ D1/‰
δ
13C CO2
李 94.72 雅 K-H-Li-3 庄 2 99.35 煤 K-H-Li-4 矿 70.87
地面钻井开发煤层气简介
・技术研究・地面钻井开发煤层气简介太原工业大学 师明善 摘 要 介绍国内外地面钻井开发煤层气的现状和我国开发煤层气所遇到的问题及今后的对策。
煤层气,俗称矿井瓦斯。
是指储集在煤层中的天然气。
由于甲烷是煤层气的主要成分,故又称煤层甲烷。
含煤地层的有机质在成煤作用过程中,生成的伴生气态碳氢化合物的总量叫作煤型气。
而未经运移,残留在生气煤层,约占总量的3%～24%的部分就是煤层气。
其余经过运移的是煤型气,大部分呈分散状态,在目前的技术条件下几乎没有工业意义。
还有一小部分经过运移,又集聚在地质圈闭构造中,形成气藏的煤型气就是极具工业价值的天然气藏,世界上天然气储量的70%～80%来自煤型气,其余的份额为油型气。
有史以来,矿井瓦斯一直被看作是爆炸和突出的危险气体,为了安全生产,矿井瓦斯必须排放。
随着科技的进步,人们认识到:一方面排放到大气中的甲烷是一种具有强烈温室效应的气体;另一方面它又是远比煤炭洁净的能源。
为了减少采煤过程中甲烷的排放量,改善地区和全球大气环境,保证矿井安全生产,提供新的洁净能源,用来补充地方能源供应,我国90年代初开始对煤层气进行资源勘探和评价,结果说明我国煤层气资源十分丰富,约达35万亿m3.1992年联合国开发计划署资助《中国煤层气资源开发项目》; 1993年煤炭部把煤层气开发利用列为中国煤炭工业三大发展战略之一,并成立了煤层气领导小组;1994年颁布了《煤层气勘探开发暂行规定》,国家开发银行也为此拨了配套资金;1995年煤炭部、地矿部和石油天然气总公司先后成立了专门研究与开发机构,并在北京召开了国际煤层气会议。
山西素以煤著名于世。
煤田规模大、分布广、煤层大、层位多,煤的变质程度高,隐伏地质圈闭构造多,对煤层气的形成和存储十分有利。
据中国矿业报载:全省蕴藏在2000m 以内的煤层气储量约为115万亿m3,加上远景资源量达318万亿m3,目前因采煤每年排放的煤层气为30～90亿m3.境内具有良好圈闭条件的地质构造近百处,特别是河东煤田和沁水煤田最多。
煤层气_煤层气与页岩气的对比
煤层气与页岩气的对比一、概述煤层气和页岩气是重要的非常规资源。
目前我国的煤层气产业已实现商业化生产，但页岩气还处于试验阶段。
尽管煤层气和页岩气在气体的来源与赋存层位等方面有所不同，但是在成藏条件及开发技术方面具有一些共性。
煤层气的成藏主要是以吸附状态存在于煤层中，页岩气的成藏是以吸附或游离状态存在于高碳质泥页岩中。
煤层气和页岩气均储存于低孔低渗的储层中，它们的开采技术均包含评价技术、测试技术、钻井技术和储层改造技术等。
二、煤层气与页岩气概念1、煤层气俗称瓦斯，又名煤层甲烷，是与煤伴生、共生的气体资源，其主要成份为甲烷，含量组成为 80％～99％，其次含有少量的 CO2、N2、H2、SO2、C2H6 等气体。
在常温下其热值为34—37兆焦/每立方米（MJ/M ），与天然气的热值相当，是一种很好的高效清洁气体燃料。
煤层气主要以吸附态赋存于煤层孔隙表面或填隙于煤层结构内部，另外煤层裂隙与煤层水中存在少许游离气与溶解气。
煤层孔隙及裂隙中的煤层气与煤层水形成特殊的水动力系统，只有当储层压力低于解吸压力时，煤层气才能解吸出来。
2、页岩气是从富有机质页岩地层系统中开采出来的天然气，是位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，主体上以吸附和游离状态同时赋存于具有生烃能力的泥岩、页岩等地层中的天然气聚集。
页岩气开发虽然产能低，但具有开采寿命长和生产周期长的优点。
由于含气页岩分布范围广、厚度大，使得页岩气资源量巨大。
因而，页岩气井能够长期地以稳定的速率产气，一般开采寿 30～50 年，长者甚至能达 80 年。
三、煤层气与页岩气的成藏条件1、煤层气煤层气的成因机制主要为生物成因和热成因。
煤层气的生成与煤变质类型及煤化作用过程都有很大关系，煤变质程度低不利于煤层气藏得形成；煤变质程度太高，也不能形成煤层气藏。
所以，高、中、低变质的烟煤和无烟煤，都可以形成煤层气藏；未变质的褐煤以及超高变质的超无烟煤不能形成煤层气藏。
2、页岩气页岩气藏是“自生自储”式气藏，。
煤层气地质学--方勇
不同类型的地质构造，在其形成过程中构造应力场特征及其内部应
力分布状况的不同，均会导致煤储层和封盖层的产状、结构、物性、裂
隙发育状况及地下水径流条件等出现差异并进而影响到煤储层的含气特 性。
煤层气有关的构造可归纳为向斜构造、背斜构造、褶皱—逆冲推覆
构造和伸展构造四个大类。
四、影响煤储层含气性的地质因素
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，即生物成因过程和热成因过 程。
二、煤储层及煤层气的物质组成 2.2 煤层气的化学组成
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、硫化氢以及稀有气体氦、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。
一般较为发育，渗透率为1.5~2.5×10－3μm２，普遍含水，对煤层气
的保存十分不利。一方面煤层气通过煤储层顶底板灰岩中的孔隙和裂 隙发生运移，另一方面它又被灰岩中地下水径流带走。
砂岩类型
砂岩顶底板，总体上不利于煤层气的保存，但因其成分、结构 的不同及成岩后生作用的差异，对于煤储层的封盖能力变化极大。
二、煤储层及煤层气的物质组成
2.4煤储层的物质组成
煤储层系由煤基质块（被裂隙切割的最小基质单元）、 气、水（油）三相物质组成的三维地质体。
煤基 质块
煤 储 层
煤岩 和矿物质 游离气（气态） 吸附气（准液态） 吸收气（固溶体） 水溶态（溶解气）
裂隙、大孔隙中的自由水， 显微裂隙、微孔隙和芳香层缺陷内的束缚水 与煤中矿物质结合的化学水
4.3构造类型
煤层气成分
煤层气成分
煤层气是一种天然气，主要由甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等烷烃组成，同时还含有少量的氮气、二氧化碳、氦气、氢气等气体。
其中，甲烷是煤层气的主要成分，占比超过90%。
煤层气的成分与地质条件、煤层类型、煤质等因素有关。
煤层气的应用非常广泛。
首先，煤层气可以作为一种清洁能源，替代传统的化石燃料，减少对环境的污染。
其次，煤层气可以用于发电、供暖、工业生产等领域，具有广泛的应用前景。
此外，煤层气还可以用于石化、化肥、农业等行业，为经济发展提供了新的动力。
煤层气的甲烷含量是评价其开采价值的重要指标。
一般来说，甲烷含量越高，开采难度越小，经济效益越高。
但是，甲烷含量过高也会带来安全隐患，因此需要进行合理的开采和利用。
除了甲烷含量，煤层气的其他成分也具有重要的意义。
例如，二氧化碳含量高的煤层气可以用于增强油田采油效果；氮气含量高的煤层气可以用于氮肥生产；氢气含量高的煤层气可以用于氢能源的开发等。
煤层气的成分是其开采和利用的重要依据，不同的成分可以应用于不同的领域。
随着技术的不断进步和应用的不断拓展，煤层气的开采和利用前景将更加广阔。
煤层气基础知识(整理)
1.1. 煤层气的定义和基本特征从矿产资源的角度讲，煤层气是以甲烷为主要成分（含量＞85%），是在煤化作用过程中形成的，储集在煤层气及其临近岩层之中的，可以利用开发技术将其从煤层中采出并加以利用的非常规天然气。
对煤层气而言，煤层既是气源岩，又是。
煤层具有一系列独特的物理、化学性质和特殊的岩石力学性质，因而使煤层气在贮气机理、孔渗性能、气井的产气机理和产量动态等方面与常规天然气有明显的区别（详见表1.1），表现出鲜明的特征。
资料来源：张新民中国煤层气地质与资源评价2002年1.2. 煤层气生成1.2.1. 煤层气成因类型及形成机理从泥炭到不同变质程度煤的形成过程中，都有气体的生成。
根据气体生成机理的不同，可以将煤层气的成因类型分为生物成因和热成因两类。
生物成因气主要形成于煤化作用的未成熟期，而热成因气主要形成于煤化作用的成熟期和过成熟期。
1.2.1.1. 生物成因气生物成因气主要由甲烷组成，它是由各种微生物的一系列复杂作用过程导致有机质发生降解作用而形成。
生物成因气又可以根据产生阶段的不同分为原生生物气和次生生物气。
（1）原生生物气原生生物气是在煤化作用早期（R0<0.5%），在较低的温度下（一般低于50 0C），在煤层埋藏较浅处（<400m），在细菌的参与和作用下，微生物对有机质发生分解作用而形成的以CH4为主要成分的生物生成气。
在原生物生成气生成的具体途径和方式有两种，一种是由CO2还原而成；另一种由甲基类发酵（一般为醋酸发酵）而成。
生物气的形成应具备的主要条件是：①缺氧环境；②低硫酸盐浓度；③低温；④丰富的有机质；⑤高PH值；⑥足够的空间。
（2）次生生物气Rice（1981）和Scott（1994）等人认为在近地质时期，煤层被抬升，活跃的地下水系统和大气淡水形成了微生物活动的有利环境，在相对较低的温度下，微生物降解和代谢煤层中已经形成的湿气、甲烷和其它有机化合物，生成次生物成因气（主要是CO2和CH4）。
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煤层气的开采方式
3.即是现有的垂直井，也存在井斜严重、全角 变化率大的情况，也需要无杆泵排采。 综合上述原因，利用目前常规的抽油机设备越 来越受到限制，有时考虑到一次性投资少，勉 强使用，会加大维修成本。螺杆泵有一定的长 处，比抽油机贵很多，也存在加大维修成本的 问题。每年作业2-4次，作业费用10万左右，不 断更换磨损的油管和抽油杆，一年维护正常生 产费用应是10-20万元。一是造成排采经济效益 低，二是在排采过程频繁的停抽、修井，最易 造成储层伤害。
煤层气特征及用途
井下抽采的煤层气（瓦斯）目前一般将甲 烷(CH4)含量调整到40.8%后利用，此时 瓦斯的热值为：（在0℃, 101.325kPa下） 低热值：14.63MJ/m3(约3494 kcal/ Nm3) 高热值：16.24 MJ/m3(约3878 kcal/ Nm3)
煤层气特征及用途
煤层气储量
煤层气是煤层本身自生自储式的非常规天 然气，世界上有74个国家蕴藏着煤层气资 源，全球埋深浅于2000米的煤层气资源 约为240万亿立方米，是常规天然气探明 储量的两倍多，中国煤层气资源量达36.8 万亿立方米，居世界第三位。 目前，中国煤层气可采资源量约10万亿立 方米，累计探明煤层气地质储量1023亿 立方米，可采储量约470亿立方米。
（5）根据个井出煤粉和砂的情况，定期和不定期进行 不间断的稀释工作。 （6）液晶显示屏显示主页面：电压、电流、频率、井 下液面、井下温度、井口温度、液体排量、总排液量、 产气量、管线阀门开度、平衡阀门开度。 (7) 根据用户要求，配置无线数据远程传输及监控系统。 煤层气井智能排采设备是一种全自动的电潜泵排采系统， 隶属无杆泵，可实现一年以上不检泵、不修井。是丛式 井和井身质量差的垂直井排采的最佳设备。特别是针对 水平分支井，采用该设备可直接利用目前的工程井进行 排采，无需施工生产井。
煤层气特征及用途源自煤层气空气浓度达到5%-16%时，遇明火 就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。 煤层气直接排放到大气中，其温室效应约 为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极 强。在采煤之前如果先开采煤层气，煤矿 瓦斯爆炸率将降低70%到85%。
煤层气特征及用途
煤层气或瓦斯的热值跟甲烷(CH4)含量有 关，地面抽采的煤层气甲烷(CH4)含量一 般大于96.5%，当甲烷含量97.8%时，在 0℃, 101.325kPa下， 高热值：QH=38.9311MJ/Nm3(约 9299 kcal/ Nm3) 低热值：QL=34.5964MJ/Nm3(约 8263 kcal/ Nm3)
煤层气储量
我国煤层气可采资源总量约10万亿立方米，其 中大于1000亿立方米的盆地(群)有15个：二连、 鄂尔多斯盆地东缘、滇东黔西、沁水、准噶尔、 塔里木、天山、海拉尔、吐哈、川南黔北、四 川、三塘湖、豫西、宁武等。二连盆地煤层气 可采资源量最多，约2万亿立方米；鄂尔多斯盆 地东缘、沁水盆地的可采资源量在1万亿立方米 以上，准噶尔盆地可采资源量约为8000亿立方 米。
煤层气的开采方式
使井下煤层气得以抽采的两个基本条件是： 在小范围内有足够的煤层气资源 使煤层瓦斯得以释放的煤层透气性大小。
煤层气的开采方式
1 实施方法的不同
井下煤层气抽采主要是通过钻孔方式钻进几 百米到上千米，利用抽放泵对井下煤层气进行 采收，资源量和透气性是其发生基础。地面钻 采煤层气是通过排水降压使煤层气解吸并采出， 其实施方式主要是打垂直井或定向井。并在井 下煤储层下制造口袋，利用抽水泵抽取煤储层 中的水使煤储层压力降低到临界解吸压力以下 产出
煤层气的开采方式
地面钻井开采方式，国外已经使用，我国 有些煤层透气性较差，地面开采有一定困 难，但若积极开发每年至少可采出50亿立 方米；由于过去除了供暖外没有找到合理 的利用手段，未能充分利用，所以，抽放 瓦斯绝大部分仍然排入大气，花去了费用， 浪费了资源，污染了环境。
煤层气的开采方式
2 两种开采模式的相同点
2.特点
(1)潜液电泵机组，是整套安装在油管下部，电机 做功直接在多级离心泵上，不需要经过杆的传递， 效率高。 （2）电机上部安装了双串保护器，保证电机在井 下的内外腔平衡和润滑及散热，有效得保证了电 机的使用寿命。 （3）由于安装了高效分离器，即能保证液体包括 ≤4mm的颗粒进入吸入口，又能把液体中的40% 的气体分离出去，提高了多级离心泵的泵效。 （4）多级离心泵的叶导轮和泵轴采用高镍材质， 耐磨性能好，使用周期长。
煤层气特征及用途
在国际能源局势趋紧的情况下，作为一种 优质高效清洁能源，煤层气的大规模开发 利用前景诱人。煤层气的开发利用还具有 一举多得的功效：提高瓦斯事故防范水平， 具有安全效应；有效减排温室气体，产生 良好的环保效应；作为一种高效、洁净能 源，产生巨大的经济效益。
煤层气特征及用途
煤层气的用途 用于发电燃料、工业燃料和居民生活燃料； 还可液化成汽车燃料，也可广泛用于生产 合成氨、甲醛、甲醇、炭黑等方面，成为 一种热值高的洁净能源和重要原料，开发 利用的市场前景十分广阔。
煤层气开采模式影响因素
（5）根据不同的情况定期和不定期进行 冲砂灰，稀释液体，延长检泵周期。 (6)排量调幅大，根据各井供液情况，可 调整排量0.2方-200方。 （7）以排量大小调整频率，降低了输入 电压、电流，节约电能15%-30％。 （8）井下传感装置安装简单.精度高，可 达到千分之五的精确度，给智能控制提供 了可靠的数据。
不管井下煤层气抽采还是地面煤层气钻采， 其投入资金量大、投资风险高、技术要求高、 效益回报周期长，这是其共性。同时，不管是 由于采煤引起煤储层的卸压还是地面钻探实施 的排水降压，都是破坏了煤储层的力学平衡， 为了建立新的平衡，从而使以物理吸附状态存 在于煤储层的煤层气释放出来。
煤层气开采模式影响因素
(1)资源量。一定的资源量是进行煤层气 开采的基础。而一定的含气量、煤层厚度、 资源丰度是一定资源量的保证。
(2)渗透性。煤储层的渗流能力是煤层中 气体导流能力的反映，它关系到甲烷气体 在煤中的赋存状态和开采抽放的难易程度。
• 煤层气存在于煤的双孔隙系统中，煤的双孔隙系 统为基质孔隙和裂缝孔隙。 • 基质孔隙由孔隙大小来反映，是煤层气运移的通 道； • 裂缝孔隙又称为割理，其不仅是储气空间，同时 它又可使基质孔隙连通，增强储层的渗透性。 • 煤层渗透率与煤的变质程度、煤岩组分和煤的灰 分有密切关系。 • 中等变质的肥煤和焦煤，其渗透率最高 • 低变质的褐煤、长焰煤和气煤孔隙度大，渗透率 次之； • 中、高变质的瘦煤至无烟煤渗透率最低。 • 煤中惰质组含量越高、灰分越低，其渗透率越高。
煤层气储量
全国大于5000亿立方米的含煤层气盆地 (群)共有14个，其中含气量在5000～ 10000亿立方米之间的有川南黔北、豫西、 川渝、三塘湖、徐淮等盆地，含气量大于 10000亿立方米的有鄂尔多斯盆地东缘、 沁水盆地、准噶尔盆地、滇东黔西盆地群、 二连盆地、吐哈盆地、塔里木盆地、天山 盆地群、海拉尔盆地。
煤层气储量
全国95%的煤层气资源分布在晋陕内蒙古、 新疆、冀豫皖和云贵川渝等四个含气区， 其中晋陕内蒙古含气区煤层气资源量最大， 为17.25万亿立方米，占全国煤层气总资 源量的50%左右。 位于鄂尔多斯盆地的陕西省境内韩城区块 可开发的煤层气约10亿立方米，目前韩城 区块的煤层气正处于大力开发，远期潜力 较大，近期以满足气田周边市场为主。
煤层气的开采方式
2.由于地形条件的限制和环保部门日益严 格的要求，丛式井越来越受到人们的关注。 但是，由于煤层气井浅、井身曲率小，常 用的有杆泵难以实现长时间排采，修井频 繁抽油杆，有关磨损严重杆、杆、管更换 频繁。水平分支井不得不施工一口生产井 以满足排采需求。迫切需要一种智能的无 杆泵以满足这些井的排采需求。
煤层气储量
据煤层气资源评价，我国埋深2000m以浅煤层 气地质资源量约36万亿立方米，主要分布在华 北和西北地区。其中，华北地区、西北地区、 南方地区和东北地区赋存的煤层气地质资源量 分别占全国煤层气地质资源总量的56.3%、 28.1%、14.3%、1.3%。 1000m以浅、1000～1500m和1500～2000m的 煤层气地质资源量，分别占全国煤层气资源地 质总量的38.8%、28.8%和32.4%。
煤层气可以用作民用燃料、工业燃料、发电燃 料、汽车燃料和重要的化工原料，用途非常广 泛。每标方煤层气大约相当于9.5度电、3 m水 煤气、1L柴油、接近0.8kg液化石油气、1.11.3L汽油 煤层气比空气轻，其密度是空气的0.55倍，稍 有泄漏会向上扩散，只要保持室内空气流通， 即可避免爆炸和火灾。而煤气、液化石油气密 度是空气的1.5—2.0倍，泄漏后会向下沉积，所 以危险性要比煤层气要大的多
煤层气的开采方式
1.煤层气井排采的特殊性 煤层气的产出具有解吸、扩散和渗流三种形式， 经历了单相水流、不饱和两相流和两相流三个 阶段。合理的排采强度时实现此三个阶段的平 稳过渡的关键，是确保煤层气井稳产、高产的 前提。如果排采强度过大，则会引起速敏和应 力敏感，使得储层严重伤害，造成低产；如果 排采强度过低，将造成开发成本增加。这就急 需一种能够自动控制排采强度的设备，可控制 液面（井底压力）匀速下降。
煤层气概述
煤层气又称煤层瓦斯，煤层甲烷，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。
煤层气特征及用途
煤层气俗称“瓦斯”，其主要成分是 CH4（甲烷),与煤炭伴生、以吸附状态储 存于煤层内的非常规天然气，热值是通用 煤的2-5倍。1立方米纯煤层气的热值相当 于1.13kg汽油、1.21kg标准煤，其热值与 天然气相当，可以与天然气混输混用，而 且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气， 是上好的工业、化工、发电和居民生活燃 料。