淺析煤層氣含量測試技術(shù)及測試質(zhì)量影響因素分析

喬冰

摘 要：本文介紹目前我國的煤層氣含量測試技術(shù)，并結(jié)合實(shí)際的情況來分析影響煤層氣含量測試質(zhì)量的有關(guān)因素以及測試誤差產(chǎn)生的原因，最后提出針對性的措施來減少誤差、保證可以準(zhǔn)確獲取煤層氣含量。

關(guān)鍵詞：煤層氣含量;測試技術(shù);測試質(zhì)量;影響因素

煤層氣，也就是人們?nèi)粘Ｉ钪刑岬降摹巴咚埂?，其主要成分為甲烷，其與天然氣不同，煤層氣主要吸附在煤層之中。甲烷其中一個(gè)值得大家關(guān)注的化學(xué)性質(zhì)就是易燃易爆炸，數(shù)據(jù)資料顯示，當(dāng)甲烷和空氣以6%-15%濃度混合時(shí)，遇到火源就會(huì)發(fā)生爆炸。因此，發(fā)生甲烷爆炸是煤礦開發(fā)過程中最為常見的安全事故之一，會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失以及重大的人員傷亡。但是如果在進(jìn)行煤礦開采之前首先進(jìn)行煤層氣的開采和開發(fā)，就是大幅度降低煤礦中甲烷爆炸這一安全隱患，另外，煤層氣的開采其本身也可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。因此，需要對煤層氣進(jìn)行科學(xué)合理的開發(fā)，為進(jìn)一步開采煤層氣提供科學(xué)的依據(jù)。

1 煤層氣含量測試技術(shù)

從新中國成立至今，我國科研人員以及有關(guān)工作人員就一直堅(jiān)持不懈的進(jìn)行煤層氣含量測試方法、測試技術(shù)的研究，并取得了較為長足的進(jìn)步。目前，我國的煤層氣含量測試方法主要可以分為直接法和間接法這兩大類。簡單來說，直接法就是直接測試樣本中的解吸氣的成分和體積等。間接法主要就是在實(shí)驗(yàn)室來測定樣本煤的等溫吸附常數(shù)等數(shù)據(jù)，然后利用有關(guān)的公式模型來推算煤層氣的含量。本研究選擇其中較為常用方法來進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.1 注入/降壓測試法

注入/降壓測試法是一種單井壓力瞬變的測試方法，其可以用于高/低儲(chǔ)層，是目前煤層氣含量測試中較為常用的測試方法之一。注入/降壓測試法具體的操作流程可以分為注水和降壓這兩個(gè)步驟：①向待檢測的煤層中以低于煤層破裂壓力的注入嚴(yán)厲恒定的注入一定體積的水，使得煤井周圍產(chǎn)生一個(gè)壓力高于原來煤層內(nèi)部的區(qū)域;②關(guān)閉煤井，來進(jìn)一步檢測注水期和煤井內(nèi)部的壓力隨時(shí)間變化而變化的關(guān)系，通過相關(guān)分析來計(jì)算出煤層氣含量參數(shù)。注水的過程提高了待測煤層的壓力，使得在測試過程中水流呈現(xiàn)單向流動(dòng)，這就可以利用相關(guān)的分析方法來進(jìn)行分析，該方法操作較為簡單，且結(jié)果的可靠性也較高，基本可以使用于各種地層的煤層氣含量分析。

1.2 水罐測試法

水罐測試法其實(shí)本質(zhì)來說是注入/降壓測試法的一種優(yōu)化版本，其適用于高滲透水飽和的煤層。和標(biāo)準(zhǔn)的注入/降壓測試法，水罐測試法用價(jià)格低廉的水罐來代替造價(jià)較高的水泵，降低了測試過程中費(fèi)用;其次，水罐測試法是需要確定水罐的大小就可以，不需要準(zhǔn)確的計(jì)算向煤井中注入的水的含量，操作相對更為簡單。水罐測試法主要是依靠水罐內(nèi)部的液體在重力作用下，將水罐中的水持續(xù)的注入待測煤井中，使得煤井的周圍產(chǎn)生一種水飽和的狀態(tài)，用壓力作用強(qiáng)迫產(chǎn)生從水罐到待測煤井的單向流向。同樣也是對注水和降壓這兩個(gè)階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集分析，通過相關(guān)公式計(jì)算來獲得所需要的數(shù)據(jù)。水罐測試法主要的優(yōu)勢在于成本更為低廉、操作很簡單，測試的成功率較高，同時(shí)還會(huì)避免注入/降壓測試法可能產(chǎn)生的地裂的危險(xiǎn)。但是該方法的適用范圍相對有效，只適用于高滲透的煤層。

1.3 段塞測試法

段塞測試法就是快速的向待測煤井內(nèi)注入流通或者從煤井中瞬間抽出一定的流體，觀測整個(gè)煤井在動(dòng)高壓（低壓）中恢復(fù)到原來正常壓力這一過程中壓力隨時(shí)間變化的關(guān)系，通過相關(guān)的計(jì)算方法來計(jì)算滲透率等相關(guān)參數(shù)。段塞測試法主要常見于原始地層壓力較低的環(huán)境中。該方法成本較為低廉、實(shí)際設(shè)計(jì)和操作設(shè)備都較為簡單，易于操作、而且收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析也相對簡單，但是段塞測試法的缺點(diǎn)也較為明顯，例如，檢測的時(shí)間較長、對于環(huán)境要求較高、可以檢測的半徑較小。

1.4 氣相色譜測試技術(shù)

氣相色譜測試技術(shù)是間接測量煤層氣含量的技術(shù)手段之一，氣相色譜法的原理就是利用不同物質(zhì)的吸附能力、溶解能力等物理性質(zhì)的不同，對混合物中各個(gè)成分進(jìn)行分離的方法。因此，可以利用氣相色譜法，根據(jù)不同氣體的分離溫度不同來分離出煤層氣中的氧、氮、甲烷等成分，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對于煤層氣的含量測定。其在測量過程中需要借助氣相色譜儀、色譜工作站以及熱導(dǎo)檢測器等。其優(yōu)勢在于操作簡單、結(jié)果準(zhǔn)確、且對環(huán)境污染較小，但是該方法對于測量設(shè)備的要求較高、增加測量成本。

2 煤層氣測試質(zhì)量的影響因素分析

2.1 測試環(huán)境溫度的影響

自然解吸氣都是在恒溫的環(huán)境中進(jìn)行的，所有觀測氣體的體積都是需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的更正。但是在實(shí)際的煤層氣測試中，由于觀測氣體的時(shí)間較短，通常只有數(shù)秒鐘就可以完成，在進(jìn)行后續(xù)的分析和計(jì)算的過程中都會(huì)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度下進(jìn)行。但是，我國基本都是在室外進(jìn)行煤層氣的檢測工作，這樣受到環(huán)境溫度的影響就會(huì)較大，室外環(huán)境溫度下測試出的結(jié)果會(huì)與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度的公式計(jì)算出的結(jié)果存在一定的誤差。之前的研究也表明，溫度越高，解析速度越快;溫度越低，解析的速度就越慢，因此當(dāng)室外環(huán)境溫度與儲(chǔ)層的標(biāo)準(zhǔn)溫度的差異越大，產(chǎn)生的誤差也就越大。例如，在東北的冬季進(jìn)行解吸氣測試時(shí)，其室外溫度與儲(chǔ)層溫度之間的溫度差甚至可以高達(dá)幾十度之上，這就容易產(chǎn)生非常大的測量誤差。

2.2 損吸氣時(shí)間對吸附時(shí)間的影響

煤層氣一般是與煤層共生，主要吸附在煤層之上。吸附時(shí)間指的就是煤層氣從煤層之上解吸出來的快慢的定量指標(biāo)數(shù)據(jù)。根據(jù)吸附時(shí)間的相關(guān)概念，煤層氣解吸的速度越快，吸附時(shí)間就越短;解吸速度越慢，吸附的時(shí)間也就越長。根據(jù)前人的相關(guān)研究可以知道，煤芯樣品在自然解吸的過程中，其解吸速度是呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，初始時(shí)段的解吸速度最快，末期的解吸速度最快。

對于同一待測樣品來說，損吸氣的時(shí)間會(huì)影響自然解吸的初始階段的解吸速度，損吸氣時(shí)間越長造成的吸附時(shí)間也會(huì)相應(yīng)增加，損吸氣時(shí)間越短計(jì)算得到的吸附時(shí)間也就相應(yīng)減少。另外，對于不同的煤層待測樣品來說，其內(nèi)部的空隙結(jié)構(gòu)等等都會(huì)有所不同，其初始的解吸氣時(shí)間也會(huì)不同，這也會(huì)影響煤層氣的吸附時(shí)間。當(dāng)待測煤層樣品中煤層氣的含量相對較低時(shí)，這時(shí)候損吸氣時(shí)間對于吸附時(shí)間的影響更為顯著。

2.3 人工觀測的影響

上述的四種方法都是通過監(jiān)測壓力來排除煤井內(nèi)部的氣體或者煤井內(nèi)部的壓力隨時(shí)間的變化情況來計(jì)算煤層氣的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，這些所有的檢測結(jié)果都是需要人工來進(jìn)行觀測記錄。觀測氣體體積的量筒的刻度最小的規(guī)格為每格代表5mL，由于環(huán)境以及人眼觀測能力的存在一定的現(xiàn)值，所以會(huì)存在一定程度的讀數(shù)和測量誤差。同時(shí)壓力隨時(shí)間的變化關(guān)系也會(huì)因?yàn)椴僮魅藛T的原因產(chǎn)生一定的誤差，這些都會(huì)影響最后的觀測和計(jì)算結(jié)果。另外，觀測人員以及操作人員的工作態(tài)度、疲勞程度和專業(yè)技術(shù)水平的高低也會(huì)對觀測值產(chǎn)生一定程度上的影響。

3 相關(guān)建議分析

在進(jìn)行煤層氣含量測試的時(shí)候一定要按照相關(guān)的國家規(guī)定和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行，由于環(huán)境溫度、解吸氣時(shí)間和觀測人員自身等多種因素都會(huì)對煤層氣的含量測試結(jié)果產(chǎn)生影響，因此在進(jìn)行煤層氣含量測試的時(shí)候一定要嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來進(jìn)行。其次，建議將解吸場所的環(huán)境溫度控制為儲(chǔ)層的溫度，避免溫差等因素對煤層氣含量的測試結(jié)果產(chǎn)生相關(guān)的影響作用;最后應(yīng)該加強(qiáng)對于檢測分析人員的技術(shù)培訓(xùn)，提高相關(guān)工作人員的積極性，端正其工作態(tài)度，另外有關(guān)部門應(yīng)該加快研發(fā)精準(zhǔn)度更高的測量儀器設(shè)備，從儀器本身來降低誤差產(chǎn)生的概率。

4 結(jié)束語

綜上所述，煤層氣含量測試的準(zhǔn)確性對于煤層的開采工作有著非常重要的意義和作用。本文主要分析了四種常見的煤層氣含量測試的技術(shù)，簡單分析各種方法的優(yōu)劣，緊接著提出了當(dāng)前煤層氣含量測試中影響測試質(zhì)量三個(gè)因素，最后提出了相應(yīng)改進(jìn)措施和建議，希望可以為煤層氣含量的測試工作提供理論指導(dǎo)，提高煤層氣含量測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

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