煤层气基本特性
煤层气概述
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。
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
一、名词解释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二填空题1煤层气形成阶段：原生生物气生成阶段、热降解气生成阶段、热裂解气生成阶段和次生生物气生成阶段。
煤层气的成因
• 煤层气的定义与特性 • 煤层气的成因机理 • 煤层气的形成过程 • 煤层气形成的影响因素 • 煤层气勘探与开发
01
煤层气的定义与特性
煤层气的定义
01
煤层气：指赋存在煤层中以甲烷为主要成分的烃类气体，有时 也包含少量乙烷、丙烷和丁烷。
02
煤层气俗称“瓦斯”，是一种清洁能源，具有高热值和低污染
生成气体的组成
煤层气主要由甲烷组成，还含有少量的一氧化碳、 二氧化碳、氮气等气体。
煤层气的富集阶段
气体扩散作用
在煤化作用和煤层气的生成阶 段，气体通过扩散作用向煤层
孔隙中聚集。
气体吸附作用
煤层中的孔隙具有吸附作用， 能够将气体吸附在孔隙表面。
压力作用
随着煤层中气体的聚集，压力 逐渐升高，促使气体向邻近的 砂岩层和石灰岩层扩散和运移 。
盖层封闭性能
盖层的封闭性能对煤层气的保存和聚 集具有重要作用。盖层封闭性能越好， 煤层气越容易在煤层中聚集。
05
煤层气勘探与开发
煤层气勘探技术
01
02
03
地球物理勘探技术
利用地震、电法等物理方 法探测煤层气的分布和储 量。
钻井勘探技术
通过钻井获取煤层气样品， 分析其成分和储层参数。
遥感技术
利用卫星或无人机遥感技 术监测煤层气分布和动态 变化。
化学成因
煤层气是在高温高压条件下，煤中的有机质通过化学反应转化生成的气体。这 种反应可以在水或干燥条件下进行，生成的气体可以是烃类气体或非烃类气体。
影响因素
温度、压力、气体组分和气体运移条件等。
03
煤层气的形成过程
煤化作用阶段
煤化作用
随着地壳运动和沉积环境的变化，煤层经历了从泥炭到无烟煤的演 化过程，这个过程中煤的化学成分和物理性质发生了变化。
瓦斯
瓦斯
瓦斯存在于煤层及周围岩层中，是井下有害气体的总称，学名煤层气，主要成分为甲烷，具有易燃易爆特性。
据中国工程院院士周世宁介绍，我国46%的煤矿属于高瓦斯矿，瓦斯含量大，煤层透气性低，不易在开采前抽放，加之地质构造复杂、断层多、地应力大，采掘时极易发生瓦斯爆炸现象。
有关统计显示，我国2000米以内浅煤层气资源储量在30万亿至35万亿立方米，相当于450亿吨标准煤，居世界第3位，与全国常规天然气资源量相当。
瓦斯发电的效益相当显著。
如果是1立方米含量100%的瓦斯，可以发出3.2—3.3度电，如果是30%含量的1立方米瓦斯可以发出1度电。
如果我国瓦斯抽放量达到42亿立方米并全部被利用，相当于增加570万吨标准煤，可缓解能源紧张局势，可增加产值15亿元以上；同时还可减排二氧化碳6750万吨，极大的减少大气污染。
如果将这笔资金投入到煤矿安全设施改造以及技术研发升级中，则煤矿安全的现状将会极大地改善。
瓦斯的抽排有３种方式：地面钻井开采、通过井下瓦斯抽放系统和地面输气系统进行抽放、通过煤矿通风排出。
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。
煤层气与常规天然气比较
煤层气与常规天然气比较一、特点比较1、相同点①气体成分大体相同：煤层气主要由95%以上的甲烷组成，另外5%的气体一般是CO2或氮气，；而天然气成分也主要是甲烷，其余的成分变化较大。
② 用途相同：两种气体均是优质能源和化工原料，可以混输混用。
2、不同点① 煤层气基本不含碳二以上的重烃，产出时不含无机杂质，天然气一般含有含碳二以上的重烃，产出时含无机杂质；② 在地下存在方式不同，煤层气主要是以大分子团的吸附状态存在于煤层中，而天然气主要是以游离气体状态存在于砂岩或灰岩中；③ 生产方式、产量曲线不同。
煤层气是通过排水降低地层压力，使煤层气在煤层中解吸-扩散-流动采出地面，而天然气主要是靠自身的正压产出；煤层气初期产量低，但生产周期长，可达20-30年，天然气初期产量高，生产周期一般在8年左右；④ 煤层气又称煤矿井斯，是煤矿生产安全的主要威胁，同时煤层气的资源量又直接与采煤相关，采煤之前如不先采气，随着采煤过程煤层气就排放到大气中，据有关统计，我国每年随煤炭开采而减少资源量190亿m3以上，而天然气资源量受其他采矿活动影响较小，可以有计划地控制。
二、储藏方式比较常规气藏煤层气储层1、埋深有深有浅，一般大于1500米一般小于1500米2、资源量计算不可靠较可靠3、勘探开发开发模式滚动勘探开发或先勘探后开发滚动勘探开发4、储气方式圈闭，游离气吸附于煤系地层中（大部分）5、气成分烃类气体，主要是C1—C495%以上是甲烷6、储层孔隙结构多为单孔隙结构，双孔隙结构，微孔和裂隙发育7、渗透性渗透率较高，对应力不敏感渗透率较低，对应力敏感8、开采范围在圈闭范围内大面积连片开采9、井距大，可采用单井，一般用少量生产井开采小，必须采用井网，井的数量较多10、储层压力超压或常压欠压或常压11、产出机理气体在自然压力下向井筒渗流，井口压力大需要排水降压，气体在压力下降后解吸，在微孔中扩散，然后经裂隙渗流到井筒12、初期单井产量高低13、增产措施一般不需要一定需要14、钻井及生产工艺较简单较复杂，需要人工提升排水采气。
煤层气
煤层气煤层气（Coalbed Methane）储层参数，主要包括煤的等温吸附特性参数、煤层气含量、渗透率、储层压力、原地应力，以及有关煤岩煤质特征的镜质组反射率、显微组分、水分、灰分和挥发分等，相应的测试分析技术有：煤的高压等温吸附试验（容量法）、煤层气含量测定、煤层气试井和煤岩煤质分析等。
煤的高压容量法等温吸附实验，是煤层气资源可采性评价和指导煤层气井排采生产的关键技术参数，等温吸附数据测定准确性，直接关系到煤层气开发项目的成败和煤层气产业的发展。
许多研究表明，煤是具有巨大内表面积的多孔介质，象其它吸附剂如硅胶、活性碳一样，具有吸附气体的能力。
煤层气以物理吸附方式储存在煤中，主要证据有：甲烷的吸附热比气化热低2—3倍（Moffat ＆Weale，1955；Y ang ＆Saunders，1985），氮气和氢气的吸附也与甲烷一样，这表明煤对气体的吸附是无选择性的；大量试验也证明，煤对气体吸附是可逆的（Daines，1968；Maver 等，1990）。
结合国内外资料，推荐吸附样粒度为60—80目。
煤的平衡水分—当煤样在温度30℃、相对湿度96%条件下，煤中孔隙达到水分平衡时的含水量。
测试平衡水平的主要目的是：恢复储层条件下煤的含水情况，为煤的吸附实验做准备。
煤层气含量—指单位重量煤中所含的标准状态下（温度20℃、压力101.33kpa）气体的体积，单位是cm3/g或m3/t。
它是煤层气资源评价和开发过程中计算煤层气资源量和储量、预测煤层气井产量的重要煤储层参数之一。
煤层气含量的测定方法大体上可分为两类：直接法（解吸法）和间接法（包括等温吸附曲线法和单位体积密度测井法）。
在直接法中，保压取心解吸法是精确获得原地煤层气含量最好的方法。
直接法的基本原理煤心煤样的煤层气总量由三部分气体量构成：一是损失气（lost gas）,二是实测气（measured gas），三是残余气（residual gas）。
煤层气开采技术课件
煤层气开采技术在油气区的应用
伴生气回收利用
在油气区，煤层气作为伴生气资源丰富，煤层气开采 技术可用于伴生气回收利用，提高油气采收率。
提高采收率
在油气开采过程中，煤层气开采技术可以与油气开采 技术相结合，提高油气采收率。
降低生产成本
通过煤层气开采技术回收利用伴生气，可以降低油气 生产成本。
煤层气开采技术在非常规油气资源开发中的应用
随着全球能源结构的调整和清洁能源的推广应用，煤层气开采技术将促进能源结构的多 元化发展，为全球能源的可持续发展做出贡献。
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伴生气回收利用案例
介绍某油气田采用煤层气开采技术进行伴生气回收利用的成功案例， 包括技术方案、实施效果等方面的分析。
页岩气开发案例
介绍某页岩气田采用煤层气开采技术进行页岩气开发成功案例，包 括技术方案、实施效果等方面的分析。
05
煤层气开采技术发展趋 势与展望
煤层气开采技术的发展趋势
煤层气开采技术向高效、低成本发展
压裂工艺
压裂工艺包括水力压裂、酸压 裂等，根据煤层条件和开采需
求选择合适的工艺。
煤层气开采的排采技术
01
02
03
排采技术概述
排采是将开采出的煤层气 通过排水、排渣等方式进 行收集和处理，以便于输 送和利用。
排采设备
排采设备包括排水泵、排 渣泵、分离器等，用于将 煤层气与水、渣等杂质分 离。
排采工艺
04
煤层气开采技术应用与 案例分析
煤层气开采技术在煤矿区的应用
煤矿瓦斯治理
煤层气资源开发
在煤矿区，煤层气资源丰富，煤层气开采技术可用 于开发煤层气资源，提高能源利用效率。
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。
煤层气与常规天然气的区别
态运移出煤层，或者逸散或者成为常规天然气的重要气源 。
4．次生生物气生成阶段
次生生物成因气是一种因后期细菌分解有机质生成的以甲烷为主的气体。 机理：深埋的煤层被抬升到地表浅部，温度降低到小于50°C，含有富 足单细胞杆菌群的地表水，沿裂隙向煤层渗透，在缺乏硫酸盐的半咸水或 淡水(低pH值) 还原环境中，使煤分解为简单的有机质，再经厌氧细菌的分 解作用形成CO2和H2，CO2和H2在甲烷菌的合成作用下生成了甲烷。次 生成因的生物气，也可以成为一种重要的煤层气资源。
5、煤气发生率
常用煤气发生率或视煤气发生率来表示。 所谓煤气发生率指从泥炭阶段到某一煤阶，每吨煤所生成的烃类气体的总 量(体积)； 视煤气发生率是指从褐煤到某一煤阶，每吨煤所生成的烃类气体的总量 (体积)。 煤气发生率与有机组分的性质和丰度、煤阶等因素有关。不同的煤有不同 的煤气发生率(表)。煤气发生率一般是通过实验室热模拟获得，不同作者 因实验条件和计算方法不同，煤气发生率有很大差别。
4．硫化氢H2S
硫化氢是无色、微甜、有臭(臭蛋味)气体，比重1.19，具高溶解度。硫化 氢亦为剧毒气体，当含量达0.0001％一0.0002％时，可嗅到臭蛋味；达 0.0027％时，味最浓；超过0.0027％时，可使嗅觉失灵；达0.01％一 0.015％时，出现中毒症状；达0.05％时，半小时内可使人失去知觉。
2.2 煤层气的生成 2.2.1 煤层气及生成机制 Scott(1994)依据镜质组反射率值和产烃量，将煤层气生成过 程分为9个阶段，此方案反映了煤成烃量的变化过程；
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。
煤层气及其开发现状与前景
煤层气及其开发现状与前景胡经国一、煤层气及其主要特征就成因而言，煤层气又叫做煤成气，是指在煤层或煤系地层形成过程中生成的一种天然气，俗称煤矿瓦斯。
它是腐殖质在煤化变质过程中热分解作用的产物。
煤化变质程度越高，生成的煤层气越多。
例如，每吨低度煤化变质的褐煤形成时，只能生成38～68立方米煤层气；而每吨高度煤化变质的无烟煤形成时，则能生成346～422立方米煤层气。
煤层气的成分主要是甲烷（CH4）。
它的甲烷含量一般为90%～99%，通常在95%以上。
煤层气的发热量很高，一般约为8500大卡／立方米，比1公斤标准煤的发热量还要高。
煤系地层是中国四大类天然气气源岩之一。
煤层气是中国两大类型天然气之一。
它是一种能单独形成工业气藏、具有巨大资源潜力和广阔开发前景的新能源。
二、世界煤层气资源及其开发概况全世界已发现的煤层气储量约占世界天然气总储量（约为103万亿立方米）的30%以上。
世界上已发现的26个最大的天然气田（储量大于2830亿立方米）中，就有16个是煤层气田；其煤层气储量占天然气总储量的77.2%。
位居世界前五位的特大气田均为煤层气田。
例如，前苏联西北利亚特大型气田，其煤层气可采储量高达18万亿立方米。
它使前苏联80年代的天然气储量和产量，比50年代中后期猛增了数十倍。
又如，荷兰格洛宁根特大型气田，其煤层气储量达2.2万亿立方米。
它使荷兰的天然气产量增长了486倍，从能源进口国一跃而成为能源出口国。
美国煤层气资源量约为5.6～22.6万亿立方米，可采储量估计可达11.3万亿立方米。
中欧盆地南部，煤层气资源量约为3.5万亿立方米。
在世界上，煤层气开发利用研究起步于本世纪50年代。
1959 年荷兰发现了格洛宁根特大型气田。
从此，煤层气一跃而成为世界各国刮目相看的一个新能源领域。
到90年代，发达国家煤层气工业生产已达到相当大的规模，其技术水平也很高。
例如，美国1986年煤层气生产井还不到200口，而到1992年却发展到了6000口。
煤层气、天然气与页岩气的区别
煤层气、天然气与页岩气的区别主要有四点区别：1.储集机理不同常规天然气是以游离状态儲集在储层的孔障空间当中，在气源充足的情况下，其据计量主要与孔腺空间的大小有关。
煤层气则以吸附状态赋存在孔赚的表面之上，其据计量与煤层的吸附性密切相关。
2成藏过程不同常规天然气由源岩生成后，经过一定距离的一次运移和二次运移在储层中聚集成藏，运移方向受流体动力场控制，即天然气主要是在浮力和流体压力的驱使下进行运移；煤层气由煤源岩生成之后直按被煤儲层吸附而聚集，这种聚集不受流体动力场的控制而受温压场的控制3气藏边界不同常規天然气有明显的气蔵边界，并且气藏边界内外天然气含气是具有“有”和“无质的变化；而煤层气藏与常规天然气藏最大的区别之一就是气藏边界不确定，只要有棵就有煤层气的存在，在某些地质条件下，煤层气相对富集形成煤层气藏。
因此，煤层气藏内外是含气丰度的差别，而不是有气和无气的差别4流体状态不同常规天然气藏和煤层气藏都有气、水两相存在，但二者所处的状态不同：常規天然气藏一般以气相为主，即储集空间被游离的气相所占据，存在少量東水，水主要以边水和底水的形式存在于气藏的边郡和底部，具有统一的气－水界面：而煤储层中大的孔空间主要是被水所占据，水中含有一定量的溶解气，部分孔中存在游离气相。
气藏中的大部分气体以吸附相存在，占8096以上，即煤层气藏中有吸附气、游离气和溶解气三种存在形式。
一、天然气、煤层气、页岩气之间关系与相同点专业上把天然气称为常规天然气，而把煤层气与页岩气称为非常规天然气，其本质都是“天然气”即天然形成之气，他们都是古老生物遗体埋藏于沉积地层中，通过地质作用形成的化石燃料，都是自然形成的洁净、优质能源，这是他们的共同点。
1．常规天然气（Natual gas）是一种多组分的混合气态化石燃料，主要成分是甲烷（CH4）另有少量乙烷、丙烷和丁烷，成分相对复杂。
比重约0．65，比空气轻，具有无色、无味、无毒之特性。
2．煤层气（coalbed）俗称“瓦斯”，主要成分是甲烷，成分较简单，是基本上末运移出煤层，以吸附、游离状态赋存于煤层及其围岩中的煤层气。
第二章 煤层气的基本概念与性质
三、煤层气的同位素特征
我国不同地区、不同时代 和不同煤级中δ 13C1的分布 特征差异较大。 从区域上看，华北煤层气 δ 13C1为-78 ‰ ～-28 ‰ ， 华南煤层气δ 13C1为-68 ‰ ～-25 ‰ ，东北煤层 气δ 13C1为-68 ‰ ～-49 ‰ 。上述特征总体体现了 不同地质时代、不同构造 背景下煤中有机质生烃演 化的特点。
和富氢镜质组）高，并且CH4和C2H6的δ13C1值分布范围狭窄。
这种差异是由于富氢干酪根生成的脂肪型结构经热解产生的 CH4同位素值较低，而富氧干酪根生成的芳香型结构经热解生 成的CH4同位素值较重。
沁水盆地煤层气井排采气分析数据表（无烟煤）
样品 编号
FZ002
组分含量/%
CH4 98.99 C2H6 0.012 CO2 0.02
第二章 煤层气 的基本概念与性质
第一节 煤层气的基本概念
第二节 煤层气的化学组分
第三节 煤层气地球化学特征的影响因素 第四节 煤层气的物理性质
第一节 煤层气的基本概念
1、煤型气（煤成气）
是指含煤地层中煤和分散有机质，在成岩和煤化过
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。 过去认为天然气和油气田息息相关，后来发现了煤 成气，并成为天然气的一个重要类型。地壳中的天然气
“瓦斯风化带”以下的甲烷（CH4）带的气体成分才 是正常的瓦斯成分。 研究煤层瓦斯应该以正常瓦斯带，即甲烷带为对象。 正常瓦斯带气成分中的甲烷浓度理应不低于80％。 有些文献作者没有注意这一点，把“瓦斯风化带” 里的气体与正常甲烷带的气体混在一起作分析，以致 在讨论瓦斯成分与含量时往往发生概念不清。
煤层气及其开发现状与前景
煤层气及其开发现状与前景胡经国一、煤层气及其主要特征就成因而言，煤层气又叫做煤成气，是指在煤层或煤系地层形成过程中生成的一种天然气，俗称煤矿瓦斯。
它是腐殖质在煤化变质过程中热分解作用的产物。
煤化变质程度越高，生成的煤层气越多。
例如，每吨低度煤化变质的褐煤形成时，只能生成38～68立方米煤层气；而每吨高度煤化变质的无烟煤形成时，则能生成346～422立方米煤层气。
煤层气的成分主要是甲烷（CH4）。
它的甲烷含量一般为90%～99%，通常在95%以上。
煤层气的发热量很高，一般约为8500大卡／立方米，比1公斤标准煤的发热量还要高。
煤系地层是中国四大类天然气气源岩之一。
煤层气是中国两大类型天然气之一。
它是一种能单独形成工业气藏、具有巨大资源潜力和广阔开发前景的新能源。
二、世界煤层气资源及其开发概况全世界已发现的煤层气储量约占世界天然气总储量（约为103万亿立方米）的30%以上。
世界上已发现的26个最大的天然气田（储量大于2830亿立方米）中，就有16个是煤层气田；其煤层气储量占天然气总储量的77.2%。
位居世界前五位的特大气田均为煤层气田。
例如，前苏联西北利亚特大型气田，其煤层气可采储量高达18万亿立方米。
它使前苏联80年代的天然气储量和产量，比50年代中后期猛增了数十倍。
又如，荷兰格洛宁根特大型气田，其煤层气储量达2.2万亿立方米。
它使荷兰的天然气产量增长了486倍，从能源进口国一跃而成为能源出口国。
美国煤层气资源量约为5.6～22.6万亿立方米，可采储量估计可达11.3万亿立方米。
中欧盆地南部，煤层气资源量约为3.5万亿立方米。
在世界上，煤层气开发利用研究起步于本世纪50年代。
1959 年荷兰发现了格洛宁根特大型气田。
从此，煤层气一跃而成为世界各国刮目相看的一个新能源领域。
到90年代，发达国家煤层气工业生产已达到相当大的规模，其技术水平也很高。
例如，美国1986年煤层气生产井还不到200口，而到1992年却发展到了6000口。
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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。