煤层气页岩气含气量测定方法

VSTP
式中：
273.15 ´ Pm ´ Vm = 101.325 ´ (273.15 + Tm )
VSTP —— 标准状态下的气体体积，单位为立方厘米（cm3） ； Pm—— 大气压力，单位为千帕（kPa）； Tm—— 大气温度，单位为摄氏度（℃）； Vm—— 气体体积，单位为立方厘米（cm3）。
VSTP —— 标准状态下的气体体积，单位为立方厘米（cm3）； Pm —— 大气压力，单位为千帕（kPa）； Tm —— 大气温度，单位为摄氏度（℃）； Langmuir Isotherm Vm —— 气体体积，单位为立方厘米（cm3）
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司
17
残余气含量计算
GCR=VR/mR 式中： GCR——残余气含量，单位为立方厘米每克（cm3/g）； VR——残余气体积，单位为立方厘米（cm3）； mR——残余气样品重量，单位为克（g）
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司 14 COMET3 – SP082004
解吸气含量计算
GCD=VD/mT 式中： GCD——实测的自然解吸气含量，单位为立方厘米每克（cm3 /g）； VD——实测的自然解吸气体积，单位为立方厘米（cm3 ）； mT——样品总质量，单位为克（g）。
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司 15 COMET3 – SP082004
煤层气生成过程示意图
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司 3 COMET3 – SP082004
煤层气的赋存状态
1、游离状态 天然气以自由气体状态存在于煤的割理和裂缝孔隙中，可以自由 运移，运移的动力主要是地层水压力。游离状态的天然气约占 10%~20%。 2、吸附状态 在煤的内表面上分子的吸引力一部分指向煤的内部，已达饱和， 而另一部分指向空间，没有饱和，就在煤的表面产生吸附场，吸附周 围的气体分子。吸附状态的天然气可占70%~95%。 3、溶解状态 煤中还有少量的天然气溶解在煤层的地下水中，称为溶解气。
0 -6000 0 50
损失气体积
100
150
200
250
300
350
(T+t)1/2
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司
20
吸附时间
吸附时间（τ）是指样品所含气体被解吸出63.2%时所用的时间，一般以天 为单位。吸附时间可采用图解法或计算方法求取。计算方法如下： 首先，计算出占总气量63.2%所对应的气体体积： V63.2%＝VT×63.2% 式中： V63.2%——占总气量63.2%所对应的气体体积，单位为立方厘米（cm3）； VT——为损失气、自然解吸气和残余气体积总和，单位为立方厘米（cm3）； 其次，计算各实测数据点的时间和各点的累计气体体积（标准状态）； 然后，在累计体积数据中找出V63.2%所在的区间； 最后，利用直线内插方法求出V63.2%所对应的时间，即为τ值。
残余气量的测定
测定方法 将用于残余气测定的球磨罐固定在球磨 机上，破碎2h~4h，放入恒温装置，待恢复储 层温度后观测气体量，读出气体体积读数， 连同环境温度、大气压力、解吸时间等一并 记录在残余气测定原始记录表中。之后按每 24h间隔进行解吸测定。 测定终止 持续到连续7天平均每天解吸量不大于 10cm3，结束解吸测定。 称量计算 残余气测定结束后，开罐，用0.25mm标 准筛筛分样品，称量筛下煤样质量，进行残 余气含量计算。
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司
21
吸附时间的测定
损失气
30000
解吸气
残余气
24000
18000
解吸量/cm3
12000 吸附时间 6000
0
-6000 0 50 100 150 200 250 300 350
(T+t)1/2
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司
22
谢谢
损失气时间计算
在钻井介质为清水和泥浆时，岩芯筒提至井筒一半时的时间作为零时间； 钻井介质为泡沫或空气时，钻遇煤层时间为零时间。损失气时间为从零时间 到装罐结束的时间。 钻井循环介质为清水和泥浆条件下损失气时间计算公式： t - t2 tL = 3 + (t 4 - t 3 ) 2 钻井介质为泡沫或空气条件下损失气时间计算公式： 式中： tL——损失气时间； t1——钻遇煤层时刻； t2——提芯时刻； t3——煤芯到达井口时刻； t4——煤芯封装时刻。 tL=t4-t1
全自动化页岩气/煤层气含量多路测量仪
计 算 机
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司 12 COMET3 – SP082004
自然解吸气量的测定图
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司
13
解吸气体积校正 自然解吸所测得的气体体积应进行标准状态校正，换算到温度 0℃、压力101.325kpa下。根据公式PV=nRT，可得出气体体积校正公 式：
含气量的测定方法
煤层气
煤层气又称煤层甲烷，指赋存于煤层及其围岩中的与煤炭共伴生的 可燃烃类气体，其主要气体成分为甲烷（CH4），还含有CO2、N2等， 属于非常规天然气，是成煤过程中有机质热演化的产物。
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司 2 COMET3 – SP082004
煤层气的形成过程
① 原生生物气 ② 热成因气 ③ 次生生物气
Ø 资源的有效利用 Ø 减少煤矿灾害 Ø 保护大气环境
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司 5 COMET3 – SP082004
煤层中含气量
含气量 指单位质量的煤中吸附气体的体积，单位cm3/g或m3/t 含气量的测定
Ø 损失气量 Ø 解吸气量 Ø 残余气量
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司
6
损失气量的测定
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司 4 COMET3 – SP082004
煤层气开发
煤层气开发的原因 Ø 常规气资源不足，需求量增加 Ø 世界上的煤炭资源丰富，煤中储存着大量的气体，煤层气资源量巨大 Ø 煤矿瓦斯造成巨大的财产和生命损失 Ø 甲烷产生的温室效应是二氧化碳的21倍 Ø 煤层气占美国天然气产量的16%以上，与我国常规天然气产量相当 煤层气开发的意义
解吸气量的测定
解吸步骤（GB）
将装有样品并密封好的解吸罐迅速置于已达储层温度的恒 温装置中，用软管将解吸罐与计量器连接，调整计量器液面， 使罐中的解吸气进入量筒，持锥形瓶使之水面与量筒水面对齐 读数，记录观测的气体体积，同时记录当时的环境温度、大气 压力，并分别填写在表格中。 下次测定，记下该点量筒读数，减去上次量筒读数得到解 吸气体积。以后重复测定，并记录测定数据。
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司 11 COMET3 – SP082004
煤 层 气 页 岩 气 解 吸 罐
/Fra Baidu bibliotek
解吸步骤（HTSH）
将装有样品并密封好的解吸罐迅速置于 已达储层温度的恒温装置中，用软管将解吸 罐与全自动化页岩气/煤层气含量多路测量仪 连接，同时用数据线将测量仪与计算机连接 ，迅速开闭测量仪，检测管路，管路通畅， 计算机记录零时刻温度、压力、气体流量。 开启测量仪，计算机系统按规定的时间 间隔记录气体的温度、压力和气体流量
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司 10 COMET3 – SP082004
测定的时间间隔 自然解吸，样品装罐第一次5min内测定，然后以10min间隔测满1h，以 15min间隔测满1h，以30min间隔测满1h，以60min间隔测满1h，以间隔 120min测定2次累计测满8h。连续解吸8h后，视解吸罐的压力表确定适当的 解吸时间间隔，最长不超过24h。 解吸终止 自然解吸持续到连续7天平均每天解吸量不大于10cm3，结束解吸测定。 称重计算 自然解吸结束后开罐，进行煤岩观察描述，描述内容包括宏观煤岩类型 、裂缝发育情况、夹矸等。然后将样品风干，称量空气干燥基样品质量。 将样品捣碎至2cm~3cm大小，取300g~500g，装入球磨罐密封进行残余 气测定。
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司
18
含气量计算
煤层气含量GC等于损失气含量GCL、实测的自然解吸气含量GCD 和残余气含量GCR之和，即： GC＝GCL＋GCD＋GCR
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司
19
总含气量构成图
损失气
30000
解吸气
残余气
24000
18000
残余气体积
解吸量/cm3
12000 实测气体积 6000
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司
8
损失气含量计算
GCL=VLOST/mT 式中： GCL——损失气含量，单位为立方厘米每克（cm3/g）； VLOST——损失气体积，单位为立方厘米（cm3）； mT——样品总重量，单位为克（g）。 当损失气量不超过总含气量的20%时，直接法所测的含气量比较准确
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司 9 COMET3 – SP082004
真空型残余气体分析仪
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司
16
残余气体积校正 残余气测定所测得的气体体积也应进行标准状态校正，换算到温 度0℃、压力101.325kpa下。根据公式PV=nRT，可得出气体体积校 正公式：
VSTP
式中：
273.15 ´ Pm ´ Vm = 101.325 ´ (273.15 + Tm )
恒泰尚合能源技术（北京）有限公司
7
损失气量的计算方法
损失气量采用直接法计算，解吸初期，解吸量与时间平方根成正 比。以标准状态下累计解吸量为纵坐标，损失气时间与解吸时间和的 平方根为横坐标作图。将最初解吸的呈直线关系的各点连线，延长直 线与纵坐标轴相交，则直线在纵坐标轴的截距为损失气量。如图：
COMET3 – SP082004