1、煤層含氣量測定方法及影響因素唐書恒中國地質大學（北京）（一）美國礦業局（USBM）的直接法 1、逸散氣量 指從鉆頭鉆至煤層到煤樣放入解吸罐以前自然析出的天然氣量。逸散氣的體積取決于鉆孔揭露煤層到把煤樣密封于解吸罐的時間、煤的物理特性、鉆井液特性、水飽和度和游離態氣體含量。2、解吸氣量 指煤樣置于解吸罐中在正常大氣壓和儲層溫度下，自然脫出的煤層氣量。終止于一周內平均解吸氣量小于10ml/d或在一周內每克樣品的解吸量平均小于0.05ml/d。 一、煤層含氣量測定方法3、殘留氣量 指充分解吸結束后殘留在煤樣中的煤層氣量。 二、中國的解吸法1、損失氣量（V1） 2、現場2h解吸量（V2）3、真空加熱脫

2、氣量（V3）4、粉碎脫氣量（V4）二者的差異：解吸時間、溫度、階段 一、煤層含氣量測定方法直接法測定的含氣量散失氣量 解吸氣量 殘余氣量 即損失氣量，指煤心快速取出，現場直接裝入解吸罐之前釋放出的氣量。這部分氣體無法計量，必須根據散失時間的長短及實測解吸氣量的變化速率進行推算。 指煤心裝入解吸罐之后解吸出的氣體總量。實驗過程中需要求出氣量隨時間的變化規律，結合一些基礎數據計算解吸氣量。解吸過程一般延續兩周至四個月，根據解吸氣量的大小而定。一般在一周內平均解吸速度小于10cm3/d時可終止解吸。 指終止解吸后仍留在煤中的那部分氣體。需將煤樣裝入球磨罐中密封，破碎后，放入恒溫裝置中，待恢復到儲層溫

3、度后按規定的時間間隔反復進行氣體解吸，直至連續7 天解吸的氣體量平均小于或等于10cm3/d，測定其殘余氣量。 一、煤層含氣量測定方法損失氣量計算方法的影響 不同結構類型煤樣的影響測試樣品選擇的影響散失時間的影響溫度、壓力影響 球磨時間的影響其它外在影響因素 二、煤層含氣量測定影響因素損失氣量計算方法的影響目前計算煤層含氣量測試過程中采樣損失量的方法包括： 法、冪函數法、負指數函數法等，其中 法是最常用的計算方法。 二、煤層含氣量測定影響因素式中： V煤樣自暴露開始時起一定時間段內煤層氣解吸量，mL；a， b待定常數，它可以根據裝罐煤樣在解吸初期的解吸煤層氣量與時間平方根，大致呈直線關系的各測

4、定坐標，用最小二乘法求出； t1裝罐前煤樣暴露解吸煤層氣時間，min； t2裝罐后煤樣解吸煤層氣時間，min。（1） 法 它是半經驗計算方法，根據煤樣在解吸初期，解吸煤層氣量V0與 的線性關系，求取煤層氣損失量，即：V = a + b 二、煤層含氣量測定影響因素負指數函數法是我國科研人員在采集鉆孔煤屑測試煤層氣含量時常用的計算損失量的方法，該方法認為鉆孔煤屑解吸煤層氣速率與解吸時間之間為負指數函數關系。即：式中 r解吸時間為t1時的煤層氣解吸速率，mL/s； r0解吸時間開始(t =0)時刻煤的煤層氣解吸速 率，mL/s； k常數。從 t0到t1時間間隔內損失煤層氣量為： （2）負指數函數法

5、二、煤層含氣量測定影響因素 對于這兩種方法，雖然 法是最為常用的，但對于構造煤，采用負指數函數法計算損失氣量，誤差更小。二、煤層含氣量測定影響因素損失氣量計算方法的影響 不同結構類型煤樣的影響測試樣品選擇的影響散失時間的影響溫度、壓力影響 球磨時間的影響其他外在影響因素 二、煤層含氣量測定影響因素（1）不同結構煤樣暴露時間與解吸量的關系兩種結構類型煤樣用 法計算的煤層氣解吸量值都有隨煤樣暴露時間增大而變小的趨勢。 用 法計算煤層氣含量時，應盡量縮短煤樣暴露時間。尤其在測定構造煤的煤層氣含量時，更應設法減少煤樣暴露時間，否則會造成比較大的誤差 二、煤層含氣量測定影響因素（2）不同結構類型煤樣采用

6、不同解吸時間段對計算損失量的影響 不同結構類型煤樣，采用不同的解吸時間段計算煤層氣損失量，有不同結果。對于煤層氣解吸速率快的煤樣，在計算損失量時采用的解吸時間段應該短一些；而對于煤層氣解吸速率慢的煤樣，在計算損失量時解吸時間段可以適當取長一些。 原生結構煤解吸時間段/s2160180015001200900600300240原生結構煤瓦斯損失量/mL72.3183.6990.3194.68101.35114.43119.65124.56構造煤解吸時間/s618.5558.5498.5438.5378.5318.5258.5198.5構造煤瓦斯損失量/mL14.7233.6355.1380.60

7、9112.16148.69194.69247.79表2 不同結構類型煤樣采用不同解吸時間段計算的瓦斯損失量二、煤層含氣量測定影響因素（3）不同損失量計算方法下的數據對比不同計算方法下構造煤煤樣煤層氣解吸速率變化曲線 對于煤層氣初期解吸速率較快的構造煤煤樣，采用負指數函數法計算煤樣損失量，比采用 法計算煤樣損失量的結果更符合實際情況 二、煤層含氣量測定影響因素損失氣量計算方法的影響 不同結構類型煤樣的影響測試樣品選擇的影響散失時間的影響溫度、壓力影響 球磨時間的影響其他外在影響因素 二、煤層含氣量測定影響因素測試樣品的選擇（1）對自然解吸量的影響煤心、煤屑樣品解吸速率對比圖 統計發現，煤心樣品的

8、解吸持續時間是煤屑樣品的25倍，總氣含量煤心樣品為煤屑樣品的1.53倍，吸附時間煤心樣品為煤屑樣品的215倍。粒度大的塊狀樣品，煤體暴露的比表面積小，氣體擴散、運移的路徑相對長，氣體克服擴散阻力大，采樣時逸散氣量小，裝罐后解吸氣量大，解吸結束束縛在煤中的氣量大，磨后殘余氣量也大。 二、煤層含氣量測定影響因素測試樣品的選擇（2）對損失氣量計算的影響 煤心樣品： 在清水鉆進時，巖心管提至井深一半處的時間為零時間，假設此時氣體壓力大于儲層壓力開始解吸。從零時間到樣品裝罐密封的時間為損失氣時間。煤屑樣品：如為清水鉆進，停鉆后開泵循環至煤屑到篩時間的1/4為零時間，零時間與到篩時間的和為損失氣時間。 大

9、量測試表明，同一煤層的煤屑樣品損失氣量大約是煤心樣品的23倍。二、煤層含氣量測定影響因素損失氣量計算方法的影響 不同結構類型煤樣的影響測試樣品選擇的影響散失時間的影響溫度、壓力影響 球磨時間的影響其他外在影響因素 二、煤層含氣量測定影響因素散失時間的影響 把含氣量測定數據與吸附等溫線結合可計算臨界解吸壓力，并換算到取心起鉆時氣體開始解吸的深度，作為散失時間的計時起點來計算散失氣，這樣做更為科學。煤層號15號深度（m）630VL（ml/g）25.94PL(MPa)2.35實測含氣量Vme（ml/g）11.37實測儲層壓力（Mpa）3.82施工時液柱壓力P液（Mpa）6.24臨界解吸壓力Pcd（M

10、Pa）2.50山西長子縣15-2號煤芯樣品等溫吸附數據二、煤層含氣量測定影響因素15-2煤芯樣品提鉆時間：120min裝樣暴露時間：5min散失時間：65min根據臨界解吸壓力求得氣體在H=252.57m處開始解吸，進而校正損失時間為53.11min損失量：2378.1ml損失量：1963.5ml損失氣量計算方法的影響 不同結構類型煤樣的影響測試樣品選擇的影響散失時間的影響溫度、壓力影響 球磨時間的影響其他外在影響因素 二、煤層含氣量測定影響因素溫度、壓力的影響氣體解吸量是溫度、壓力、時間的函數。采樣時周圍環境溫度、壓力變化使得解吸氣體積膨脹或收縮；樣品本身的溫度、壓力的變化決定著氣體從煤基質

11、的擴散速率及通過微孔、裂隙的解吸速率。 Mavor等人研究表明，將兩個組成和煤級相似的樣品分別在接近儲層溫度和低于儲層溫度下自然解吸，發現低于儲層溫度的樣品損失氣低估57%，氣含量低估29%，吸附時間縮短了3 倍多。二、煤層含氣量測定影響因素溫度、壓力的影響隨溫度升高，解吸速率加快；反之，解吸速度降低。由于季節及晝夜溫差的變化會影響解吸速率，給實驗結果帶來誤差。即使樣品罐恒溫解吸，但煤心從地層到地面再移入恒溫池的過程中，溫度變化也會影響解吸速率。所以應盡量消除溫差變化對解吸的影響，實測解吸氣時，應將解吸樣品罐放置于恒溫池中，溫度應接近地層溫度。 實際解吸過程中， 儲層溫度和壓力高的煤層，氣體擴

12、散、解吸速率也高。需要記錄環境溫度和壓力數據，將實測的解吸數據校正到標準條件下才可使用。二、煤層含氣量測定影響因素損失氣量計算方法的影響 不同結構類型煤樣的影響測試樣品選擇的影響散失時間的影響溫度、壓力影響 球磨時間的影響其他外在影響因素 二、煤層含氣量測定影響因素球磨時間的影響測試時，恒定的球磨時間是實驗結果可比的前提條件。一般華北石炭二疊紀低中煤級煤球磨2h，樣品的大部分可達到60目以下，高煤級煤或硬度較大的煤，則需要4h或更長的時間才可達到該效果。對不同時代、不同地區煤樣，球磨時間的再探索是必要的，可考慮它們的巖石學組成、變質作用類型等地質因素。二、煤層含氣量測定影響因素損失氣量計算方法

13、的影響 不同結構類型煤樣的影響測試樣品選擇的影響散失時間的影響溫度、壓力影響 球磨時間的影響其他外在影響因素 二、煤層含氣量測定影響因素其他外在影響因素（1）提鉆速度 一般來說，逸散量隨提鉆速度增大而減小。經擬合，逸散量和提鉆速度滿足如下關系：式中： QL為逸散量，cm3/g， A ，B為煤層特征系數，不同煤層煤樣具有不同的A，B值，但此處B值越大提鉆速度對逸散量的影響也越大。二、煤層含氣量測定影響因素其他外在影響因素（1）提鉆速度 以前的研究認為：提鉆速度快，煤芯煤層氣逸散時間縮短，逸散量就會降低。這種觀點不是很全面的。 某樣品13mm子樣模擬提鉆速度與逸散量關系 提高提鉆速度，是減小了逸散時間，但最終的壓降是相同的。構造煤擴散系數較大，壓降造成的煤層氣解吸量可能是相似的，并沒有因提鉆速度的變化而有效變化。二、煤層含氣量測定影響因素其他外在影響因素（2）鉆井液密度 提高鉆井液的密度，可以在一定程度