煤层气基本特性

第一章煤层气基本特性

煤层气是赋存在煤层中的天然气体，其化学成分以甲烷为主，也含有数量不等的其他烃类和杂质气体。

第一节主要内容：

煤层气的主要化学组分包括：甲烷、二氧化碳和氧气，含少量的重烃气（乙烷、丙烷、丁烷、戊烷）、氢气、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢以及微量的稀有气体（氦气、氖气、氩气、氪气等）。

通常，将甲烷与烃气之百分比定义为干燥系数。干燥系数大于95%的煤层气称为干气，小于95%的为湿气。

煤层气化学组成的垂向变化：从地表至煤层气风化带下限深度，依次形成了二氧化碳—氮气带、氮气—甲烷带和甲烷带。其中二氧化碳—氮气带、氮气—甲烷带通称煤层气风化带。

（在层气风化带内的煤层气资源，通常缺乏开发利用价值，不列入资源计算。）

第二节主要内容：

煤层气基本物理性质：

煤层气中往往含有微量的芳香族碳氢化合物气体，常常伴有一些苹果的香味。

煤层气的热值是指单位体积煤层气燃烧时所产生的热量，也称煤层气的燃烧热。

甲烷的爆炸极限：5.3%—14.0%。

在地层条件下，煤层气密度随储层压力的增高而加大，随储层稳定的升高而减小。

由于空气的密度等于1.2928，故煤层气的密度（质量）与相对密度大不相同（见下表）。

煤层气化学组分的密度和相对密度

组分密度相对

密度组分密度相对

密度

组分密度相对

密度

甲烷0.7166 0.5543 戊烷 3.2159 2.4872 硫化氢 1.5392 1.1906 乙烷 1.3561 1.0488 二氧化碳 1.9768 1.5921 水蒸气0.7680 0.5941 丙烷 2.0918 1.5617 氮气 1.2505 0.9673 空气 1.2928 1.0000 丁烷 2.6720 2.0665 氧气 1.4289 1.1053 氦气0.1782 0.1380

黏度是流体运动时，其内部质点沿接触面相对运动、产生内摩擦力以阻抗流体变形的性质，常用动力黏度系数（流体内摩擦切应力与切应变率的比值）来表示。煤层气黏度是确定其扩散运移特性的重要参数。

当压力超过40kg/cm2时，压力才对煤层气黏度有明显影响。压力升高，黏度增大。

煤层气在水中具有溶解性，不同气体的溶解性差别很大。

甲烷溶解度对压力的变化十分敏感，压力增大，溶解度增加。

第三节主要内容：

煤层气类型：

1、按赋存状态：①游离气

②吸附气

③水溶气

2、按物质来源：①有机气

②无机气

3、按演化阶段和化学作用分类：①生物成因气

②热成因气

在地层条件下，煤层气一般以吸附态为主。

煤层气开采中的所谓“排水降压”，实质上是通过排水方式在井孔附近形成压力差，使得煤层气产生定向解吸、扩散、渗流与运移。

煤对气体吸附势能因气体化学成分以及煤的孔隙结构、物质组成、煤级等而异。一般来说，煤级增高（镜质组反射率小于4.5%时）、微孔比表面积增大，煤的吸附势能增强。分子偏心因子不同所造成的分子极性差异，形成了煤对不同流体分子吸附能力的大小顺序：水>二氧化碳>烃气>氮气。

第四节主要内容：

煤中有机质的演化具有阶段性。

第一次跃变发生在长焰煤后期阶段，镜质组反射率在0.6%左右。

第二次跃变发生在焦煤初期阶段，镜质组反射率在1.3%左右。

第三次跃变发生于贫煤与无烟煤的分界线附近，镜质组反射率在2.5%左右。

第四次跃变发生在低级无烟煤阶段末期，镜质组反射率在3.7%左右。