几种煤层气含量测量方法的对比

几种煤层气含量测量方法的对比

桑孝伟1　叶树刚1　芦　俊2　王　赞2

(1.中国地质大学(北京),北京　100083; 2.中国科学院地质与地球物理研究所,北京　100029)

摘　要:本文主要介绍几种现有的煤层瓦斯量的计算方法。在其基础上,以淮南顾桥矿区现有的资料为基础,运用其中两种方法对其煤层瓦斯含量进行计算。一种方法基于实验室解析数据,运用温度和压强对瓦斯吸附量的影响进行校正,得出校正值。另一种方法以测井、地震资料为基础,在地震反演数据的基础上,应用Langmuir 方程来计算煤层的吸附瓦斯含量,并与其它方法做了对比。综合分析认为:基于地震反演数据基础上的Langmuir 方程计算煤层吸附瓦斯量的方法与基于有限的单井计算得出整个煤层的瓦斯分布相比较,更能反映煤层沉积、构造及煤层气储层的细节。

关键词:煤层　瓦斯　煤层气　地震数据　Langmuir 方程

C om parison of Methods for Measuring G as C ontent of C BM

Sang X iaowei 1,Y e Shugang 1,Lu Jun 2,Wang Z an 2

(1.China G eology University (Beijing ),Beijing 100083;2.G eology and G eophysical Research

Institute of China Academy of Sciences ,Beijing 100029)

Abstract :The paper mainly describes several existing methods for com putation of coalbed methane quantity ,based on which tw o methods are applied for calculation of the gas content of coal seam by using existing data from G uqiao mine in Huainan mine area.The first method is based on analytical data obtained from the labora 2tory.The results are corrected by using the in fluence of tem perature and intensity of pressure on ads orption quantity ,and the corrected value is then obtained.The other method is based on logging and seismic data.The overall analysis considers that when com pared with other method which is applied for calculation of gas dis 2tribution in the entire coal seam based on limited single well com putation data ,the Langmuir equation method for calculation of seam ads orption gas quantity based on seismic inversion data ,can better reflect the details of seam deposition ,structure and coalbed methane reserv oir.

K eyw ords :C oal seam ;gas ;coalbed methane ;seismic data ;Langmuir equation

我国研究煤层气(甲烷)含量的测定是从20世纪50年代后期才开始的,采用的测定方法主要有直接法、解吸法和间接法。其中,间接法广泛应用于科学研究,并应用于对直接测定法的验证。

基金项目　得到国家自然基金委员会“多分量转换波地震勘探中的面波法静校正研究”(编号:40574055)项目和科技部973“深部煤炭资源赋存规律、开采地质条件与精细探测基础研究”项目课题七“深部煤岩多相地质体的地球物理响应”(编号:2006C B202207)资助。 作者简介　桑孝伟,男,现在中国地质大学(北京)攻读硕士学位,在中国科学院地质与地球物理研究所进行学位论文的研究工作。

第6卷第3期 中国煤层气 V ol 16N o 132009年6月 CHI NA C OA LBE D METH ANE June 12009

1　方法介绍

直接法是通过在实验室中进行脱气来测定煤层含气量的方法;解吸法是70年代以来出现的一种以测定钻孔煤心瓦斯解吸速度为基础的直接测定煤层瓦斯含量的方法;间接法是在对煤的物理、力学、化学等性质及其与甲烷相互作用研究的基础上,根据煤层中游离煤层气(甲烷)量和吸附量两部分之和来计算煤层中煤层气含量的。目前,间接测量方法有很多种,使用比较多的方法一种是根据测井曲线的回归公式计算煤层气的含量,另一种是在实验室解析得出吸附参数的基础上,根据已有的吸附等温模式来计算煤层气含量。吸附模式使用比较广泛的是Langmuir方程[1][2]。

111　直接法

直接法是早期所采用的所谓密封容器法:从地质勘探钻孔中采取新鲜煤样,封闭在密封容器内,然后在实验室中脱气,测定单位重量煤中所含瓦斯体积。为了考虑采样过程中的温度和压强的变化,需要将测定结果予以校正。

112　解吸法

解吸法的步骤是利用普通煤芯管钻取煤芯,当煤芯提出孔口后,用密封罐采取含瓦斯煤样,利用解吸仪测定煤样瓦斯解吸量随时间的变化规律,并根据煤样暴露时间计算采样过程中损失的瓦斯量,然后将测完解吸规律的仍装有煤样的密封罐送到实验室,测定煤芯中残存瓦斯含量。进行温度和压强校正后,解吸瓦斯量(包括解吸量与损失量)与残存瓦斯量的总和,除以煤芯重量,即得出煤的瓦斯含量。

解吸法测定煤层瓦斯含量适应于在地质勘探钻孔中采取煤芯测定煤层瓦斯含量及瓦斯成分。其具体步骤可参考中华人民共和国国家标准G B/T19559 -2004煤层气含量测定方法。

113　间接法

(1)利用测井曲线回归公式计算煤层气含量[4]

目前评价煤层气的常规测井方法包括自然电位测井、电阻率测井、双侧向测井、微电极测井、补偿密度测井、自然伽马测井、声波时差测井、中子孔隙度测井以及井径测井等。由测井资料计算含气量的方法有几种,使用比较多的方法是在根据测井资料求出煤层孔隙度和含气饱和度后[2],与密度测井曲线结合,计算煤层含气量。用公式表达为:

Q=<3S g/g(1)式中　Q———煤层含气量,m3/t;

<———煤层孔隙度,%;

S g———煤层含气饱和度,%;

g———煤层密度,t/m3。

由于在利用测井资料计算煤层孔隙度和含气饱和度时,其计算公式都是回归性的,所以在求出含气量后应与煤芯解吸含气量对比,分析测井参数计算的可靠性。

(2)Langmuir计算方法

Langmuir方程在理论上它来自于以下基本假设:煤分子与甲烷分子间的相互作用属于表面均匀的单分子层吸附;被吸附分子间无作用力;吸附平衡属动态平衡。由于Langmuir公式能较好地描述甲烷在煤介质中的吸附规律,所以尽管理论受到限制,但仍较普遍使用。

Langmuir方程为:

w g=

abp

1+bp

(1-W-A)(2)式中w g是每吨煤的吸附瓦斯含量,m3/t;a、b为瓦斯吸附常数,m3/t;p为瓦斯压力,MPa; W、A分别表示水分与灰分,%,%。

瓦斯吸附常数a、b一般由矿区煤样解析试验获得;水分W与灰分A一般由煤岩煤质分析得到。2　实际应用计算

综合上述介绍,结合淮南顾桥矿区的实际情况和已有数据,对其测区煤层瓦斯含量的预测采用两种方法,一种是在实验室测量得出煤样瓦斯含量数据的基础上,进行温度和压强的校正,得出煤层的瓦斯含量值;另一种是在解吸法求得瓦斯吸附常数的基础上,结合三维三分量地震反演资料,运用Langmuir方程预测煤层的瓦斯含量。

211　校正法

瓦斯含量随温度的升高会逐渐降低,在低温阶段,降低的速度快;在高温部分,降低逐渐趋缓。以淮南矿为例[5],据所做煤样的等温吸附试验:从30℃～40℃,温度每升高1℃,煤样吸附量减少0115～0119cm3/g,平均减少0117cm3/g;从40℃～50℃,温度每升高1℃,煤样吸附量减少0107～0115cm3/g,平均减少0111cm3/g;从50℃～60℃,

82中国煤层气 第3期