煤层含气量测定方法.ppt
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1、煤层含气量测定方法及影响因素煤层含气量测定方法及影响因素唐书恒唐书恒中国地质大学(北京)中国地质大学(北京)(一)美国矿业局(一)美国矿业局(USBM)的直接法)的直接法 1、逸散气量逸散气量 指从钻头钻至煤层到煤样放入解吸罐以前自然析出的天然指从钻头钻至煤层到煤样放入解吸罐以前自然析出的天然气量。逸散气的体积取决于钻孔揭露煤层到把煤样密封于解吸气量。逸散气的体积取决于钻孔揭露煤层到把煤样密封于解吸罐的时间、煤的物理特性、钻井液特性、水饱和度和游离态气罐的时间、煤的物理特性、钻井液特性、水饱和度和游离态气体含量。体含量。2 2、解吸气量、解吸气量 指煤样置于解吸罐中在正常大气压和储层温度下,自
2、然脱指煤样置于解吸罐中在正常大气压和储层温度下,自然脱出的煤层气量。终止于一周内平均解吸气量小于出的煤层气量。终止于一周内平均解吸气量小于10ml/d10ml/d或在一或在一周内每克样品的解吸量平均小于周内每克样品的解吸量平均小于0.05ml/d0.05ml/d。3 3、残留气量、残留气量 指充分解吸结束后残留在煤样中的煤层气量。指充分解吸结束后残留在煤样中的煤层气量。二、中国的解吸法二、中国的解吸法1 1、损失气量(、损失气量(V1)2 2、现场、现场2h解吸量(解吸量(V2)3 3、真空加热脱气量(、真空加热脱气量(V3)4 4、粉碎脱气量(、粉碎脱气量(V4)二者的差异:解吸时间、温度、
3、阶段二者的差异:解吸时间、温度、阶段 直直接接法法测测定定的的含含气气量量散失气量散失气量 解吸气量解吸气量 残余气量残余气量 即损失气量,指煤心快速取出,现场直接装即损失气量,指煤心快速取出,现场直接装入解吸罐之前释放出的气量。这部分气体无入解吸罐之前释放出的气量。这部分气体无法计量,必须根据散失时间的长短及实测解法计量,必须根据散失时间的长短及实测解吸气量的变化速率进行推算。吸气量的变化速率进行推算。指煤心装入解吸罐之后解吸出的气体总量。指煤心装入解吸罐之后解吸出的气体总量。实验过程中需要求出气量随时间的变化规律,实验过程中需要求出气量随时间的变化规律,结合一些基础数据计算解吸气量。解吸过
4、程结合一些基础数据计算解吸气量。解吸过程一般延续两周至四个月,根据解吸气量的大一般延续两周至四个月,根据解吸气量的大小而定。一般在一周内平均解吸速度小于小而定。一般在一周内平均解吸速度小于10cm3/d时可终止解吸。时可终止解吸。指终止解吸后仍留在煤中的那部分气体。需指终止解吸后仍留在煤中的那部分气体。需将煤样装入球磨罐中密封,破碎后,放入恒将煤样装入球磨罐中密封,破碎后,放入恒温装置中,待恢复到储层温度后按规定的时温装置中,待恢复到储层温度后按规定的时间间隔反复进行气体解吸,直至连续间间隔反复进行气体解吸,直至连续7 天解天解吸的气体量平均小于或等于吸的气体量平均小于或等于10cm3/d,测
5、定,测定其残余气量其残余气量。损失气量计算方法的影响损失气量计算方法的影响 不同结构类型煤样的影响不同结构类型煤样的影响测试样品选择的影响测试样品选择的影响散失时间的影响散失时间的影响温度、压力影响温度、压力影响 球磨时间的影响球磨时间的影响其它外在影响因素其它外在影响因素 损失气量计算方法的影响损失气量计算方法的影响目前目前计计算煤算煤层层含气量含气量测试过测试过程中采程中采样损样损失量失量的方法包括:的方法包括:法、幂函数法、负指数函数法、幂函数法、负指数函数法等,其中法等,其中 法是最常用的计算方法。法是最常用的计算方法。式中:式中:V煤煤样样自暴露开始自暴露开始时时起一定起一定时间时间
6、段内煤段内煤层层气解气解吸量,吸量,mL;a,b待定常数,它可以根据装罐煤待定常数,它可以根据装罐煤样样在解吸初期在解吸初期的解吸煤的解吸煤层层气量与气量与时间时间平方根,大致呈直平方根,大致呈直线线关系的各关系的各测测定定坐坐标标,用最小二乘法求出;,用最小二乘法求出;t1装罐前煤装罐前煤样样暴露解吸煤暴露解吸煤层层气气时间时间,min;t2装罐后煤装罐后煤样样解吸煤解吸煤层层气气时间时间,min。(1)法法 它是半它是半经验计经验计算方法,根据煤算方法,根据煤样样在解吸初在解吸初期,解吸煤期,解吸煤层层气量气量V0与与 的线性关系,的线性关系,求取煤层气损失量,即:求取煤层气损失量,即:V
7、=a+b 负指数函数法是我国科研人员在采集钻孔煤屑测试煤层气负指数函数法是我国科研人员在采集钻孔煤屑测试煤层气含量时常用的计算损失量的方法,该方法认为钻孔煤屑解含量时常用的计算损失量的方法,该方法认为钻孔煤屑解吸煤层气速率与解吸时间之间为负指数函数关系。即:吸煤层气速率与解吸时间之间为负指数函数关系。即:式中式中 r解吸时间为解吸时间为t1时的煤层气解吸速率,时的煤层气解吸速率,mL/s;r0解吸时间开始解吸时间开始(t=0)时刻煤的煤层气解吸速时刻煤的煤层气解吸速 率,率,mL/s;k常数。常数。从从 t0到到t1时间间隔内损失煤层气量为:时间间隔内损失煤层气量为:(2)负指数函数法)负指数
8、函数法 对于这两种方法,虽然对于这两种方法,虽然 法是最为常法是最为常用的,但对于构造煤,采用负指数函数法用的,但对于构造煤,采用负指数函数法计算损失气量,误差更小。计算损失气量,误差更小。损失气量计算方法的影响损失气量计算方法的影响 不同结构类型煤样的影响不同结构类型煤样的影响测试样品选择的影响测试样品选择的影响散失时间的影响散失时间的影响温度、压力影响温度、压力影响 球磨时间的影响球磨时间的影响其他外在影响因素其他外在影响因素(1)不同结构煤样暴露时间与解吸量的关系)不同结构煤样暴露时间与解吸量的关系两种结构类型煤样两种结构类型煤样用用 法计算的煤层气解吸量值都有随煤样暴露时间增大而法计算
9、的煤层气解吸量值都有随煤样暴露时间增大而变小的趋势。变小的趋势。用用 法计算煤层气含量时,法计算煤层气含量时,应尽量缩短煤样暴露时间。应尽量缩短煤样暴露时间。尤其在测定构造煤的尤其在测定构造煤的煤层气含量时,更应设法减少煤样暴露时间,否则会造成比较大的误差煤层气含量时,更应设法减少煤样暴露时间,否则会造成比较大的误差 (2)不同结构类型煤样采用不同解吸时间段对计算损失量的影响)不同结构类型煤样采用不同解吸时间段对计算损失量的影响 不同结构类型煤样,采用不同的解吸时间段计算煤层气损失不同结构类型煤样,采用不同的解吸时间段计算煤层气损失量,有不同结果。对于煤层气解吸速率快的煤样,量,有不同结果。对
10、于煤层气解吸速率快的煤样,在计算损失在计算损失量时采用的解吸时间段应该短一些;而对于煤层气解吸速率慢量时采用的解吸时间段应该短一些;而对于煤层气解吸速率慢的煤样,在计算损失量时解吸时间段可以适当取长一些。的煤样,在计算损失量时解吸时间段可以适当取长一些。原生原生结结构煤解吸构煤解吸时间时间段段/s2160180015001200900600300240原生原生结结构煤瓦斯构煤瓦斯损损失量失量/mL72.3183.6990.3194.68101.35114.43119.65124.56构造煤解吸构造煤解吸时间时间/s618.5558.5498.5438.5378.5318.5258.5198.5
11、构造煤瓦斯构造煤瓦斯损损失量失量/mL14.7233.6355.1380.609112.16148.69194.69247.79表表2 不同结构类型煤样采用不同解吸时间段计算的瓦斯损失量不同结构类型煤样采用不同解吸时间段计算的瓦斯损失量(3)不同损失量计算方法下的数据对比)不同损失量计算方法下的数据对比不同计算方法下构造煤煤样煤不同计算方法下构造煤煤样煤层气解吸速率变化曲线层气解吸速率变化曲线 对于煤层气初期解吸速率较快的构造煤煤样,对于煤层气初期解吸速率较快的构造煤煤样,采用负指数函数法计算煤样损失量,比采用采用负指数函数法计算煤样损失量,比采用 法计算煤样损失量的结果更符合实际情况法计算煤
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