测定煤层气含量的四种解吸法对比分析

２０１３ 年 增 刊
储层温度下解吸１ｈ后，将试验温度设定为５０ ℃ 进 行加温解吸（若储 层 温 度 高 于 ５０ ℃，按 储 层 温 度 设 定）。测定时间间隔为 １ｈ，若连续 ３ 次每次测定的 气体体积均 小 于 ２０ ｍＬ 时 终 止 加 温 解 吸 测 定。 将 样品风干，选 取 粒 径 ２～３ｃｍ 的 煤 样 ４００ｇ 进 行 残 余气测定。将煤样破碎２～４ｈ，在５０ ℃下每间隔 １ ｈ测定气体体 积，若 连 续 ３ 次 每 次 测 定 的 气 体 体 积 均小于２０ｍＬ 时终止残余气测定。
摘 要：煤层气含量测定方法多，不同方法的试验结果可比性 差。 结 合 测 试 标 准，对 比 分 析 了 地 勘 解 吸法、井下解吸法、自然解吸法和加温解吸法等４种方法的试验原理和测试流程。４ 种方法的试验原 理 基 本 一 致 ，但 测 试 流 程 区 别 较 大 ，主 要 体 现 在 试 验 温 度 、损 失 气 量 计 算 的 数 据 点 选 择 、残 余 气 测 定 方 式和煤层气含量计算基准等方面。使用数据时应了解煤层气含量 测 定 的 试 验 方 法 及 测 试 过 程，不 同 方 法 的 试 验 结 果 不 宜 直 接 进 行 对 比 。 建 议 合 并 修 订 测 试 标 准 ，加 大 标 准 宣 贯 力 度 ，统 一 煤 层 气 含 量 测 定方法。 关 键 词 ：煤 层 气 ；煤 层 瓦 斯 ；含 气 量 ；解 吸 法 ；损 失 气 量 中 图 分 类 号 ：Ｐ６１８ 文 献 标 志 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：０２５３－２３３６（２０１３）Ｓ１－０１９４－０３
３ 对 比 分 析 与 讨 论
３．１ 试 验 温 度 ４ 种 方 法 的 主 要 区 别 在 于 试 验 温 度：① 地 勘 解 吸法初期是地面环 境 温 度，之 后 为 室 内 环 境 温 度 和 ９５～１００ ℃。 ② 井 下 解 吸 法 初 期 是 井 下 环 境 温 度， 相当于储层温度，之 后 为 室 内 环 境 温 度。 ③ 自 然 解 吸法一直是储层温度。④加温解吸法初期是储层温 度，后期是 ５０ ℃。 煤 层 气 含 量 容 易 受 温 度 影 响，４ 种方法试验温度相 差 较 大，不 同 测 试 方 法 得 到 的 试 验结果不宜直接对比。环境温度与储层温度温差越 大，产生的误差也就越大 。 ［３］ ３．２ 损 失 气 量 计 算 的 数 据 点 ４ 种 方 法 的 损 失 气 量 计 算 均 采 用 直 接 法，但 每 种方法所采用的数 据 点 不 同：① 地 勘 解 吸 法 采 用 初 期 １５ ｍｉｎ 的 ５ 个 左 右 数 据 点 ；② 自 然 解 吸 法 采 用 初 期 １１０ ｍｉｎ 的 １０ 个 左 右 数 据 点 ；③ 加 温 解 吸 法 采 用 初 期 ３０ ｍｉｎ 的 数 据 点 ；④ 井 下 解 吸 法 仅 规 定 了 采 用 “由 图 大 致 判 定 呈 线 性 关 系 的 测 点 ”。 损 失 气 计 算 的 数据点时 间 越 短，损 失 气 量 越 大［２］。４ 种 方 法 的 数 据 点 时 间 从 １５ ｍｉｎ 到 １１０ ｍｉｎ 不 等 ，所 计 算 的 损 失 气量不能直接对 比。 另 外，地 勘 解 吸 法 一 般 是 常 规 取心，提 钻 速 度 通 常 大 于 ５ ｍｉｎ／ｈｍ，与 自 然 解 吸 法 和加温解吸法要求的提心速度 不 大 于 ２ ｍｉｎ／ｈｍ 有 时 间 差 距 。 煤 样 暴 露 时 间 越 长 ，损 失 量 越 大 ，推 算 的 损失量误差也越大 。 ［２７－２９］ ３．３ 残 余 气 测 定 方 式 ４ 种 方 法 有 着 不 同 的 残 余 气 测 定 方 式：① 地 勘 解吸法采用粉碎前和粉碎后负压脱气方式测定残余 气；②自然解吸法和 加 温 解 吸 法 采 用 粉 碎 后 常 压 解 吸测定；③井下解吸 法 则 有 负 压 脱 气 和 常 压 解 吸 测 定２种方式。负压条件对煤层气解吸起着促进作 用，解吸负 压 越 高，累 计 解 吸 气 量 越 大 。 ［３０］ 负 压 脱 气比常压解吸更彻 底，采 用 负 压 脱 气 方 式 所 测 定 的
第 ４１ 卷 增 刊
２０１３年 ８月
煤炭科学技术
Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ．４１ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ Ａｕｇ． ２０１３
测定煤层气含量的四种解吸法对比分析
丁 安 徐１，２，廖 顺 舟１，叶 建 国１，李 维１，高 和 群１，薛 晓 辉１
（１．中国石油化工股份有限公司 华东分公司石油勘探开发研究院 ，江苏 扬州 ２２５００７； ２．中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东 青岛 ２６６５５５）
基 金 项 目 ：国 家 科 技 重 大 专 项 资 助 项 目 （２０１１ＺＸ０５０３５－００６） 收 稿 日 期 ：２０１３－０４－１１；责 任 编 辑 ：王 晓 珍 作 者 简 介 ：丁 安 徐 （１９８２— ），男 ，重 庆 开 县 人 ，工 程 师 ，工 程 硕 士 研 究 生 。Ｔｅｌ：１３８１３１９６２６３，Ｅ－ｍａｉｌ：ｄａｘ２０１１＠１２６．ｃｏｍ
Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｆｏｕｒ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｃｏａｌｂｅｄ Ｃｏｎｔｅｎｔ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ
ＤＩＮＧ Ａｎ－ｘｕ１，２，ＬＩＡＯ Ｓｈｕｎ－ｚｈｏｕ１，ＹＥ Ｊｉａｎ－ｇｕｏ１，ＬＩ Ｗｅｉ １，ＧＡＯ Ｈｅ－ｑｕｎ１，ＸＵＥ Ｘｉａｏ－ｈｕｉ １
行对比分析，以期为 煤 层 气 勘 探 开 发 研 究 人 员 提 供 帮助。
１ 解 吸 法 原 理
地 勘 解 吸 法 、井 下 解 吸 法 、自 然 解 吸 法 和 加 温 解 吸法等４种解 吸 法 都 是 从 美 国 矿 业 局 的 ＵＳＢＭ 法 演变而来，其测 试 原 理 基 本 一 致。 解 吸 法 基 本 原 理 为 ：① 煤 层 气 含 量 由 损 失 气 量 、解 吸 气 量 和 残 余 气 量 ３部分构成；②循环介质为液体时，假 定 煤 样 提 至 钻 孔 深 度 １／２ 时 开 始 解 吸 ，循 环 介 质 为 气 体 时 ，假 定 在 钻 至 煤 样 时 开 始 解 吸 ；③ 在 解 吸 初 期 ，解 吸 气 量 与 解 吸时间的平方根成 正 相 关 线 性 关 系，根 据 线 性 方 程 和损失时间推算损 失 气 量；④ 解 吸 测 定 结 束 后 粉 碎 煤样测定残余气量；⑤ 所 有 体 积 均 换 算 到 标 准 状 态 ０ ℃、１０１．３３ｋＰａ的 体 积。 虽 然 ４ 种 方 法 遵 循 的 原 理基本一致，但测试流程有较大区别 。 ［９－２６］
（１．Ｒｅａｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，Ｈｕａｄｏｎｇ Ｂｒａｎｃｈ，Ｃｈｉｎａ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ＆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｙａｎｇｚｈｏｕ ２２５００７，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ（Ｈｕａｄｏｎｇ），Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６５５５，Ｃｈｉｎａ）
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丁 安 徐 等 ：测 定 煤 层 气 含 量 的 四 种 解 吸 法 对 比 析
２ 测 试 流 程
２．１ 地 勘 解 吸 法 ＧＢ／Ｔ ２３２４９—２００９适用 于 地 勘 时 期 煤 田 钻 孔 中的瓦斯含量测 定。 地 勘 解 吸 法 分 ３ 步 进 行：① 一 般使用普通煤 心 管 取 心，煤 样 到 达 地 面 ８ ｍｉｎ 之 内 装罐 密 封，常 温 下 解 吸 测 定 ２ｈ 后 送 实 验 室 脱 气。 ②煤样首先在常温 下 脱 气，然 后 加 热 至 ９５～１００ ℃ 脱气，直到气量小于２０ ｍＬ／ｈ 时停止。③ 选取 粒 径 小于２．５ｃｍ 的煤样粉碎并在常温下脱气，然后加热 至９５～１００ ℃ 脱 气，直 到 真 空 计 水 银 柱 稳 定 为 止。 当煤层深度大于 ５００ ｍ 时，总的煤层气含量需 要 乘 以经 验 校 正 系 数 一 般 取 值 １．１５～１．２５。 ＭＴ／Ｔ ７７—９４测试流 程 与 ＧＢ／Ｔ ２３２４９—２００９ 基 本 一 致， 前者不考虑煤样的深度及经验校正系数。 ２．２ 井 下 解 吸 法 ＧＢ／Ｔ ２３２５０—２００９适用 于 在 井 下 直 接 测 定 煤 层瓦斯含量。在石门或岩石巷道可打穿层钻孔取煤 样 ，在 新 暴 露 的 煤 巷 中 采 用 煤 心 采 取 器 采 集 煤 样 ，暴 露时间不超过５ｍｉｎ。井 下 解 吸 法 分 井 下 常 温 解 吸 和实验室解 吸 ２ 部 分：① 井 下 常 温 解 吸，连 续 观 测 ６０～１２０ ｍｉｎ 或 解 吸 量 小 于 ２ ｍＬ／ｍｉｎ 为 止 ，之 后 将 煤样送实验室进行残余气测定。②实验室解吸有２ 种方法：常压解 吸 法 是 先 在 常 温 下 解 吸 至 ５ ｍｉｎ 内 无气泡冒出 为 止，粉 碎 样 品，在 常 温 下 测 残 余 气 体 积；负 压 脱 气 法 测 定 残 余 气 流 程 与 ＧＢ／Ｔ ２３２４９— ２００９ 相 同 。 ２．３ 自 然 解 吸 法 ＧＢ／Ｔ １９５５９—２００８适用 于 煤 层 气 勘 探 钻 井 中 获取的烟煤和无烟煤煤心样品的煤层气含量测定。 一 般 采 用 绳 索 取 心，要 求 提 心 时 间 不 得 超 过 ２ ｍｉｎ／ｈｍ，暴露 时 间 不 超 过 １０ ｍｉｎ，样 品 量 不 少 于 ８００ｇ。煤样在储层温度下解 吸，连 续 ７ｄ平 均 每 天 解吸气量不 大 于 １０ ｍＬ 时 结 束 解 吸 测 定。 将 样 品 风干，选取粒径２～３ｃｍ 的煤样３００～５００ｇ进行残 余气测定。 将煤样破碎 ２～４ｈ，待恢复储层温度后 观测气体量，连续 ７ｄ平均每天解吸气量不 大 于 １０ ｍＬ 时结束残余气测定。 ２．４ 加 温 解 吸 法 ＧＢ／Ｔ ２８７５３—２０１２的适 用 范 围 和 采 样 要 求 与 ＧＢ／Ｔ １９５５９—２００８ 一 致，主 要 区 别 在 于 通 过 升 高 试验温度以提高 解 吸 速 率，缩 短 测 定 周 期。 煤 样 在
０ 引 言
煤层气含量作为煤层气开发利用的基本参数之 一，其取值 的 准 确 性 对 于 煤 层 气 地 质 评 价、储 量 计 算、综合 利 用 具 有 重 要 意 义 。 ［１－３］ 我 国 从 ２０ 世 纪 ５０ 年代开始研究煤层气含量的测定方法，包括直接 方法和间 接 方 法 。 ［４－７］ 间 接 方 法 有 等 温 吸 附 法、测 井解释法、井下 解 吸 系 数 法 等。 现 场 测 试 应 用 较 多 的是直接方法，包 括 地 勘 解 吸 法、井 下 解 吸 法、自 然 解吸法和加温解吸法 。 ［８］ 由于煤层气含 量 测 定 方 法 多，测 试 流 程 差 异 较 大 ，即 使 在 同 一 地 区 、同 一 构 造 单 元 、同 一 煤 层 ，不 同 方法试验结果的可比性差。如延川南区块东部２号 煤 的 含 气 量 测 定，采 用 地 勘 解 吸 法 的 平 均 值 为 １５．５３ｍ３／ｔ，而 采 用 自 然 解 吸 法 的 平 均 值 为 ８．８８ ｍ３／ｔ。因此，笔者结 合 测 试 标 准，对 地 勘 解 吸 法、井 下解吸法、自然解吸 法 和 加 温 解 吸 法 等 ４ 种 方 法 进
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２０１３ 年 增 刊
煤炭科学技术
第 ４１ 卷
残余气量高于常压解吸的残余气量。 ３．４ 煤 层 气 含 量 计 算 基 准 煤层气含量计算基准一般有空气干燥基和干燥 无灰基，２种基准间的换算关系为 ： ［３１］