煤層氣含量測試技術(shù)及影響因素分析

奚相

摘 要 煤層氣測試是目前能夠有效準確的獲得煤層動態(tài)參數(shù)的方法之一，可以定性以及半定量的對待測煤層進行分析，在初步確定煤層氣量等基本參數(shù)方面有著明顯的優(yōu)勢，是確定區(qū)域的煤層氣資源是夠商業(yè)化的先決條件。本文主要介紹了目前國內(nèi)煤層氣含量技術(shù)的主流技術(shù)，結(jié)合實際情況，初步分析了影響測試結(jié)果的影響因素并提出了可能的產(chǎn)生原因，最后針對上述原因提出了如何減少誤差，使得煤層氣含量測試結(jié)果更加精確的措施。

關鍵詞 煤層氣含量;測試;影響因素

中圖分類號：P618 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）22-0127-01

煤層氣，俗稱瓦斯，主要成分是甲烷，分子式CH4，和天然氣不同的是，瓦斯氣通常和煤炭共生，以物理吸附的狀態(tài)吸附并儲存在煤層之中。瓦斯無色無味，難溶于水，特別是其化學性質(zhì)易燃易爆，當瓦斯和空氣以6%-15%的濃度混合時，遇到火源就會爆炸。瓦斯爆炸是煤礦中最常見的重大安全事故，對經(jīng)濟和人身安全都構(gòu)成較大的威脅。如果能夠在開采煤礦前首先進行煤層氣的開采，那么相應的煤礦瓦斯爆炸率將降低75%-80%，同時，煤層氣的開采還能促進一定的經(jīng)濟效應。前面我們提到，煤層氣有別于天然氣，是共生于煤礦之中的，因此，如果想科學合理的對煤層氣進行開發(fā)，首先我們需要深入的了解煤層參數(shù)。而煤層氣的科學測定則可以從側(cè)面反映出煤層參數(shù)，為進一步開采煤層氣提供科學依據(jù)。

從1949年至今，我國一直在不懈的進行煤層氣含量測試方法的相關研究，并取得了長足的進展。從煤層氣測試中，我們能夠獲得的主要參數(shù)包括煤層滲透率，原始壓力，煤層破裂壓力，表皮系數(shù)，探測半徑，閉合壓力等。從宏觀上說，測試方法分為直接法和間接法兩類。直接法就是直接測試煤樣中解吸出的氣體成分、體積等。間歇法為在實驗室利用BET法測試煤礦，推算出相應數(shù)據(jù)。具體到相關測試技術(shù)，我國目前主要采用的測試方法有注入/壓降測試，抽水測試，水罐測試，段塞測試，恢復測試，干擾測試，中途測試（DST）以及水箱測試等。下面我們就其中應用較廣的幾種測試方法分別做一簡述。

1 幾種常見的煤層氣測試方法

1）注入/壓降測試法。注入/壓降測試法是一種單井壓力瞬變測試方法，可適用于高/低儲層，是目前煤層氣開采中最常用的測試方法。這種方法首先向待測煤層中以低于煤層破裂壓力的注入壓力恒定的注入一定體積的水，使井周圍產(chǎn)生一個壓力高于原始儲層的壓力分布區(qū)，然后關井，分別測試注水期和關井后壓力下降階段的井壓隨時間的變化關系，而后通過霍納分析，計算出煤層儲層參數(shù)。注水過程提高了體層的壓力，確保了在測試過程中液體的單向流動性，可以用標準的分析方法分析，分析結(jié)果可靠，實際操作簡單。另外對于低滲透的煤層，必須保持較低的壓力，即保持較低的注水量，因此分析時間會加長。另外這種測試方法還具有探測半徑大以及可用于壓后分析等優(yōu)點。但是這種方法也存在著一定的缺點，如操作費用相對較高，控制穩(wěn)定的水注入量比較困難，存在的一定的壓裂地層的危險。這種方法基本適用于各種地層。

2）水罐測試法。水罐測試法是注入/壓降測試法的一種簡化形式，主要應用于高滲透水飽和的煤層。和上述的注入/壓降測試法相比，這種測試法用價格低廉的水管來取代注水泵，無須在計算水注入量的大小，只需要確定水罐的大小。這種測試主要是依靠水管內(nèi)的液面在重力作用下產(chǎn)生的重力壓，通過靜水柱的壓力作用持續(xù)的向待測煤層中注水，在井的周圍產(chǎn)生一種水飽和態(tài)，強迫產(chǎn)生向煤層流動的單相流體。對注水以及壓降兩個階段的數(shù)據(jù)，通過儲集層單向流理論進行分析，獲得所需的儲層參數(shù)。該方法的主要優(yōu)點是成本低廉，方法簡單，測試的成功率比較高，能夠準確的測試有效滲透率，并且避免了可能的地層壓裂。但是本方法應用范圍有限，基本不能用于低滲透的底層，測試所需的時間也比較長。

3）段塞測試法。段塞測試法是快速的向井筒內(nèi)注入流體或者瞬間從井筒中抽出一定體積的流體，測量在整個恢復過程中井筒壓力隨時間的變化，直到井筒壓力恢復到底層的初始壓力為止，通過相關的計算方法計算得出表皮系數(shù)、井筒儲集系數(shù)以及滲透率等參數(shù)。這一方法常見于評價原始地層壓力較低，低于靜水柱壓力的低壓高滲透煤層。段塞測試法成本低廉，設計簡單，實施起來較為便捷并且數(shù)據(jù)分析較為簡單。但是其缺點還是較多的，如可探測的半徑比較小，檢測的時間比較長，不適用于兩相流以及非均質(zhì)儲層。

4）DST測試法。DST測試也叫做鉆桿測試。顧名思義，這種測試方法要利用鉆桿地層測試器進行。用鉆桿將測試工具下放到井筒內(nèi)，通過遠程控制在井筒下進行開關井的操作，能夠直接獲取一系列井筒壓力和時間的關系曲線，通過進一步的數(shù)學模擬分析關系曲線，來獲得相應的煤層參數(shù)。這也是直接認識測試煤層流體性質(zhì)，產(chǎn)能大小，有效滲透率以及層段污染情況的有效手段。DST法適用于滲透率比較好的高壓地層。其費用相對較低，施工簡便，并且可以獲得的底層數(shù)據(jù)比較多。但是DST法的探測半徑比較小，開關井的時間分配比較難，并且容易出現(xiàn)兩相流，使得分析更加復雜。

2 煤層氣測試影響因素分析

從上述的方法可以看出，煤層氣含量測試的主要影響因素有損失時間，損失量推算方法，解吸時間，溫度，人為分析操作等幾個方面。

損失時間直接和損失的煤氣量相關，損失的時間越長，損失的煤氣量也越多，推算得到的損失誤差也越大。如果采樣時間過長，很有可能導致?lián)p失氣量過多，解吸氣量太少，無法推測損失氣量?，F(xiàn)在我國普遍試行的推算方法是基于煤在空氣中的解吸性質(zhì)去推算煤在鉆井中的解析性質(zhì)，這勢必存在著誤差。另外，不同煤樣的體相結(jié)構(gòu)不同，尤其是孔結(jié)構(gòu)差異較大，初期的解吸速度相差較大，用同一種方法去推算不同的樣品顯然是不合適的。解吸溫度對測試也存在著一定的影響。溫度越高，解析速率越大，溫度越低，解析速率越小，我國基本都是野外進行煤田勘測分析，結(jié)果受環(huán)境影響較大。最后是人為操作原因。基本上所有的測試方法都需要人工讀數(shù)，人工模擬，由于人肉眼的不可避免的偏差以及在分析過程中個人水平的差異，人為因素也會造成結(jié)果的不準確。

3 小結(jié)

煤層氣的準確測試在煤層氣的開采應用中十分重要。本文對目前常見的幾種煤層氣測試方法以及工藝做了一個簡單的分析評價，指出了各自的優(yōu)缺點以及使用的煤層類型。通過測試的原因，進一步分析了影響煤層氣測試結(jié)果準確度的因素。針對影響測試結(jié)果的因素，逼著有以下幾點建議：1）嚴格按照國家標準來進行煤層氣的測試，保證流程上最小的誤差。2）將測試過程中的水浴調(diào)到煤層的溫度，保證溫度校正。3）加強相關人員的培訓學習，規(guī)范操作。

參考文獻

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