煤層氣氣質(zhì)成分分析測(cè)試方法概述

摘 要：目前我國(guó)所采用得煤層氣氣質(zhì)成分分析方法，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于絕大部分煤層氣都具有較為良好的適應(yīng)性，這也為后期的煤層氣采集了有利的信息數(shù)據(jù)。本文中就主要分析了煤層氣的氣質(zhì)成分與氣質(zhì)特點(diǎn)，并分析討論了硫化物、水露點(diǎn)等測(cè)試方法的適應(yīng)性。

關(guān)鍵詞：煤層氣;氣質(zhì)成分;測(cè)試方法;硫化物;水露點(diǎn)

從屬性上來(lái)看，煤層氣可歸類為非常規(guī)天然氣資源范疇，目前我國(guó)的煤層氣資源相當(dāng)豐富，2000m以內(nèi)地層預(yù)測(cè)擁有淺層煤層氣資源量達(dá)到37.2×1012m3。我國(guó)山西省、陜西省、新疆省等等地區(qū)都是煤層氣資源的富集區(qū)和重點(diǎn)開采區(qū)，其中山西省2018年煤層氣產(chǎn)量達(dá)到56.3億立方米，利用量約占全國(guó)的90%。在對(duì)煤層氣開發(fā)利用之前，必須對(duì)它的資源成分特點(diǎn)進(jìn)行分析，并利用科學(xué)方法配合適應(yīng)性測(cè)定煤層氣的成分內(nèi)容。

1.煤層氣氣質(zhì)成分組成與特點(diǎn)分析

在分析煤層氣氣質(zhì)成分組成之前，首先要了解煤本身屬于具有分子篩結(jié)構(gòu)的微孔狀固體。這種固體的微孔中就含有煤化作用過(guò)程中所形成的氣態(tài)與液態(tài)流動(dòng)相物質(zhì)，其中包含了大量的內(nèi)在水分與烴類等“小分子”物質(zhì)。整體來(lái)看，這些物質(zhì)是松散吸附于煤炭結(jié)構(gòu)中的，其主要包含了CO2、H2O以及CH4等成分，而其中煤層氣則主要由CH4成分所構(gòu)成，另外還有大量的微量組成分例如SO2、H2S、CO以及Ar等等。根據(jù)國(guó)外典型的煤層氣測(cè)試發(fā)現(xiàn)它其中摩爾分?jǐn)?shù)一般會(huì)達(dá)到最高98%以上，同時(shí)還伴生少量的C2H6出現(xiàn)，其它氣體成分則包括了He、N2以及CO2，這些氣體甚至能達(dá)到影響整個(gè)煤層氣濃度質(zhì)量的程度，成分含量比例較高[1]。

根據(jù)我國(guó)學(xué)者分析，我國(guó)煤層氣中N2的摩爾分?jǐn)?shù)含量小于10%，CO2摩爾分?jǐn)?shù)含量小于2%，其中某些地區(qū)中煤層氣還含有微量的O2成分，比如在山西晉城，其煤層氣中含有0.11～0.88%的O2成分，而鄂爾多斯則含有0.72～1.30%的O2成分成分，含量全國(guó)最高。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，雖然煤層氣是非常規(guī)天然氣，但它的氣質(zhì)組成與常規(guī)天然氣還是有許多類似之處的，因此它就可借鑒天然氣氣質(zhì)分析科學(xué)方法展開分析?？紤]到當(dāng)前我國(guó)在各地的煤層氣賦存條件差異相當(dāng)之大，因此應(yīng)該以多數(shù)地區(qū)煤層氣的低滲透、低壓力與低飽和度為基本參考特征，然后思考提出針對(duì)煤層氣氣質(zhì)成分的正確測(cè)試方法[2]。

2.煤層氣氣質(zhì)成分的測(cè)試方法分析

針對(duì)我國(guó)煤層氣氣質(zhì)成分的測(cè)試方法研究早在2011年就已經(jīng)開始，同年頒布了基于煤層氣氣質(zhì)分析的《車用壓縮煤層氣》以及《民用煤層氣》兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)均建議使用常規(guī)天然氣分析方法標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煤層氣氣質(zhì)成分進(jìn)行分析，其中就包括了氣質(zhì)成分取樣、組成分析以及硫化物測(cè)定和水露點(diǎn)測(cè)定等等多項(xiàng)測(cè)定內(nèi)容。本文中主要對(duì)煤層氣氣質(zhì)成分的硫化物測(cè)試方法與水露點(diǎn)測(cè)試方法展開詳細(xì)分析。

2.1硫化物與水露點(diǎn)的測(cè)試方法基本概述

在針對(duì)煤層氣的氣質(zhì)組成成分進(jìn)行分析時(shí)，就主要采用到了常規(guī)天然氣的組成分析與氣相色譜法，然后就是對(duì)煤層氣氣質(zhì)成分中的硫化物與水露點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定。前者同樣采用到了常規(guī)天然氣測(cè)試方法，利用亞甲藍(lán)法測(cè)定硫化氫含量，并用乙酸鉛反應(yīng)速速率單管路檢測(cè)法檢測(cè)天然氣中的硫化物含量。針對(duì)水露點(diǎn)的測(cè)試方法則主要是根據(jù)常規(guī)天然氣的水露點(diǎn)測(cè)定方法，結(jié)合冷卻鏡面析凝濕度計(jì)法進(jìn)行測(cè)試，可取得準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果[3]。

2.2對(duì)硫化物成分的測(cè)試方法分析

首先對(duì)煤層氣中的硫化物進(jìn)行測(cè)試。一般來(lái)說(shuō)，可用于檢測(cè)硫化物的常規(guī)天然氣檢測(cè)方法相當(dāng)之多，比如亞甲藍(lán)法、碘量法、乙酸鉛反應(yīng)速率檢測(cè)法、檢測(cè)管著色長(zhǎng)度檢測(cè)法等等。本文中首先利用碘量法對(duì)硫化物中的硫化氫含量進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，然后再采用亞甲藍(lán)法進(jìn)一步精確測(cè)定其硫化氫含量，最后還要運(yùn)用到乙酸鉛反應(yīng)速率雙光路檢測(cè)法。經(jīng)過(guò)3種檢測(cè)方法測(cè)試后就能完全精確確定硫化物中的硫化氫含量。此時(shí)就可以結(jié)合這些數(shù)據(jù)直接檢測(cè)煤層氣中的總硫含量，總硫含量的檢測(cè)方法是亞甲藍(lán)法，它其中就包含了一種比較經(jīng)典的比色檢測(cè)方法，主要是利用到乙酸溶液大量吸收存在于煤層氣氣體樣本中的硫化氫，并通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成硫化鋅，發(fā)現(xiàn)其總硫中是存在酸性介質(zhì)以及Fe3+的，此時(shí)要利用已反應(yīng)析出的硫化鋅配合N、N-二甲基對(duì)苯二胺進(jìn)行反應(yīng)，生成新的亞甲藍(lán)，然后在分光光度計(jì)輔助測(cè)量下測(cè)定生成亞甲藍(lán)溶液吸光度，一般測(cè)定范圍控制在0～25mg/m3為宜[4]。

考慮到常規(guī)天然氣是不存在任何雜質(zhì)絕對(duì)純凈的，無(wú)任何雜質(zhì)干擾，所以在針對(duì)煤層氣進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程中需要考慮到它可能存在的一些干擾雜質(zhì)，此時(shí)可考慮在減少測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度的前提下，減少對(duì)煤層氣中硫化物的取樣量，保證降低雜質(zhì)干擾度，如此操作對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響不大[5]。

2.3對(duì)水露點(diǎn)成分的測(cè)試方法分析

對(duì)水露點(diǎn)成分的測(cè)試方法可采用到冷鏡法，要深度考察煤層氣中水露點(diǎn)的實(shí)際分布情況，例如在夏季與冬季兩個(gè)季節(jié)分別對(duì)至少7個(gè)以上的煤礦點(diǎn)進(jìn)行煤層氣檢測(cè)，檢測(cè)出不同水露點(diǎn)并進(jìn)行管輸氣處理和脫塵脫水處理，除水露點(diǎn)以外其它點(diǎn)就應(yīng)該為井口氣點(diǎn)。在夏季測(cè)試過(guò)程中，如果溫度在28.4℃左右，其冷鏡法的測(cè)試壓力應(yīng)該控制在0.030MPa，水露點(diǎn)的溫度一般會(huì)在0.4～0.6℃左右，其最大溫差值在0.2℃。如果在冬季大約5.9℃的溫度環(huán)境下測(cè)試，其冷鏡法的測(cè)試壓力應(yīng)該控制在0.750MPa左右，水露點(diǎn)的溫度范圍為3.2～3.6℃左右，最大差值可達(dá)到0.4℃?？傮w來(lái)說(shuō)，采用冷鏡法對(duì)煤層氣的水露點(diǎn)測(cè)試效果較好，考慮到存在液態(tài)水及顆粒物，可能會(huì)干擾到冷鏡法的鏡面觀察效果，在測(cè)試值確定方面可能會(huì)存在一定問(wèn)題[6]。

3.結(jié)論

綜上所述，在煤層氣開發(fā)利用前應(yīng)該對(duì)其組成氣質(zhì)成分與特征進(jìn)行分析，并對(duì)它的組成成分、硫化物、總硫以及水露點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，其分析測(cè)試過(guò)程可按照常規(guī)天然氣測(cè)試方法進(jìn)行，可根據(jù)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)測(cè)試流程的有效簡(jiǎn)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱華東，遲永杰，羅勤， 等.淺談煤層氣氣質(zhì)分析測(cè)試技術(shù)[J].石油與天然氣化工，2014（5）：547-552.

[2]毛得雷，陳東，康永尚， 等.阜康白楊河礦區(qū)高傾角煤層氣成藏主控因素分析[J].地球科學(xué)前沿，2018，8（3）：599-607.

[3]馬東民，慕甜，戴楠， 等.煤層氣等壓吸附實(shí)驗(yàn)研究[J].地球科學(xué)前沿，2018，8（1）：19-31.

[4]詹冉.煤層氣開采井布置方案優(yōu)化設(shè)計(jì)分析[J].能源與節(jié)能，2018（11）：190-192.

[5]朱芳林.提高煤層氣輸氣場(chǎng)站運(yùn)行安全的管理措施[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2018，44（11）：190.

[6]溫兆翠，劉明銀.煤層氣分布賦存主控地質(zhì)因素與富集模式解析[J].山西能源學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，31（4）：55-56.

作者簡(jiǎn)介：

張?jiān)；ⅲ?986-）男，工程師， ，2009年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)， 現(xiàn)從事地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，非常規(guī)氣試井、錄井工作.