黑龙江省煤田地质测试研究中心 黑龙江哈尔滨 150046
摘要：煤层气(煤层瓦斯)含量指煤体单位质量中含有的气体总量。煤层气含量是煤层气和煤炭资源勘探、评价与开发的基本参数，也是煤矿井下瓦斯涌出量预测和瓦斯危险性评估的主要依据。煤层气勘探和排采开发都需要在取到煤样后的几十个小时内获得气含量测值，以便设计下一步的排采压裂等工序。但目前现采用的自然解吸法测试周期一般长达几周甚至几个月，无法满足煤层气勘探和开发项目的基本要求。因此为了达到煤层气勘探和开发的需求都非常需要煤层气含量快速、准确的测定方法。
关键词：基于；加温解吸法；煤层气；含量；实验研究
1煤层气加温解吸法
加温解吸法立足于煤层气地质基础理论，吸取、汇集国内外已有方法的优点，以自然解吸法的测定结果为基准，保证气含量测值的准确性，将煤层气含量测定周期缩短为几小时至几天，并适用于大多数测试煤层。加温解吸法所用仪器设备及其参数如表1所示。加温解吸法将解决煤层气和煤炭勘探开发过程中的气含量快速测定问题，并有助于统一和规范快速测定的仪器设备、操作步骤及技术要求，提高测值的可靠性和可比性。
加温解吸法采取的快速解吸措施主要有2个:(1)缩短解吸气体积计量间隔。在解吸初期解吸罐内气体多，压力大，罐内外的压力悬殊。随着时间的推移，解吸速度减慢，罐内外的压力差逐渐变小。可按解吸速率和气量的大小，灵活掌握计量时间间隔，以保持解吸罐内部处于低压状态，解吸得以连续快速进行。(2)提高解吸温度。自然解吸法试验数据分析结果表明，煤层温度越低，解吸时间越长，解吸试验的温度条件是气含量测定周期的主要影响因素。提高解吸温度是快速解吸的有效措施，从煤层温度、煤的变质温度、安全操作三方面考虑，加温解吸法快速解吸水浴温度统一设定为50℃。
2实验样品及实验方法
实验整体思路是对不同粒径组合煤样进行吸附和解吸实验，实验中采用不同粒径模拟煤体的不同破碎程度，采用煤样的吸附过程测得的吸附量模拟煤层的原始含气量，依据含气量测定国标中的步骤进行煤样的解吸实验，用来模拟依据国标法测定煤层含气量的过程。通过对比实验煤样的吸附量和依据国标模拟解吸过程所得的含气量，探讨现行煤层含气量测定标准对不同粒径煤样含气量测定的适用性。
2.1实验样品选择
选用沁水盆地赵庄矿的煤样进行实验，按煤样粒径分7类样品开展实验:①煤样粒径均为＞50mm;②煤样粒径均为13～50mm;③煤样粒径均为＜13mm;④煤样粒径＞50mm的占75%、13～50mm的占25%、＜13mm的占0%;⑤煤样粒径＞50mm的占0%、13～50mm的占75%、＜13mm的占25%;⑥煤样粒径＞50mm的占50%、13～50mm的占25%、＜13mm的占25%;⑦煤样粒径＞50mm的占0%、13～50mm的占25%、＜13mm的占75%。
2.2吸附实验过程
选定实验测试样品，经过真空脱气和平衡水处理后，将一定质量的煤样装入一定容积的解吸罐中，首先用氦气进行自由空间体积测试，然后用甲烷作测试气体计算吸附平衡压力下的吸附量，再根据气体状态转换和煤样质量计算标准状态下单位质量煤的含气量，即为煤层的原始含气量。
2.3解吸实验过程
在吸附实验吸附平衡后，依据国标GB/T19559—2008《煤层气含量测定方法》，模拟现场取心时的提升降压、煤样出罐、重新装罐等一系列过程进行煤层含气量测定，并根据国标方法计算最终含气量。实验模拟泥浆取心过程，损失时间为起钻时间的一半加上地面装罐之前的时间，井深按1000m计，提升速率按100m/min计，地面装罐时间5min，损失气时间合计为10min。
3煤层气加温解吸法的实验过程
煤层气加温解吸法的实验过程也是在自然解吸试验的基础上的测试实验。煤层气加温解吸法的测定过程分3个时段:恒温自然解吸、加温快速解吸、残余气解吸。条件具备时，3个时段可全部在野外现场进行。条件不具备时，恒温自然解吸在野外进行，加温快速解吸和残余气解吸在室内进行。自然解吸是模拟煤层原地温度条件下的解吸。加温快速解吸借助恒温水浴，解吸温度高于煤层原地温度条件下的解吸;快速解吸的水浴温度设定为50℃。残余气测定是快速解吸结束后，经开罐、干燥、粉碎等，继续快速解吸出来的气体为残余解吸气。
4煤层气加温实验结果对比分析
利用煤层气勘探井，采取煤心煤样，开展了加温解吸实验。利用加温解吸实验结果与自然解吸解吸结果进行对比分析。实验煤样涉及的含煤地层有太原组、山西组、延安组、龙潭组等。加温解吸实验获得20组煤样的测定结果，其结果见表2。20组实验煤样中无烟煤6组，贫煤7组，气煤4组，瘦煤、肥煤、长焰煤各1组。则参加加温实验的煤样共计74个。加温解吸法的测试结果与自然解吸法的结果进行对比分析和研究。其主要从气含量和解吸时间2个方面进行分析对比。
加温解吸法与自然解吸比对煤样组统计表
5加温解吸实验结果对比及准确的分析
加温解吸法测试结果与每组该煤样的自然解吸煤样有1～7个的结果进行对比分析，多少不等，加温解吸煤样一般为1个，每个比对样组均为同一煤层，煤岩、煤质、煤体结构等背景情况大体相同，有较好的可比性。以干燥无灰基为基准，加温解吸气含量测值与自然解吸气含量平均值的比对结果及加温解吸准确率见表3。以煤层自然解吸气含量平均值为基准，20组加温解吸的煤样与自然解吸法的结果对比结果见表3，加温解吸测值准确率高于85%的有18个，占比对样组的90%。20组比对值中有12个加温解吸气含量测值高于自然解吸;有8个加温解吸的气含量测值低于自然解吸;有2个加温解吸气含量测值的准确率低于85%，占比对样组的10%。
论文作者:鲁婷
论文发表刊物:《防护工程》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/30
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