煤层气的解吸吸附机理研究综述
[基金项目] 本研究得到国家重大专项“大型气田及煤层气开发”专项支持,课题编号2009Z X05038001。[作者简介] 刘曰武,男,研究员,主要从事渗流力学及油气藏工程方面的研究。
煤层气的解吸 ?吸附机理研究综述
刘曰武1
苏中良1
方虹斌2
张钧峰
1
(1.中国科学院力学研究所 北京100190; 2.同济大学航空航天与力学学院 上海002650)
摘要 通过对国内外制约煤层气开发的因素和能源需求的分析,指出了研究煤层气的解吸吸附机理的意义。通过分析国内外解吸吸附机理的研究历史和现状,将煤层气的解吸吸附机理归纳综合为单分子层吸附和多分子层吸附两大类;将煤层气的解吸吸附机理模型归纳为五类,即Lang-m ui r 等温吸附及其扩展模型、B E T 多分子层吸附模型、吸附势理论模型、吸附溶液模型和实验数据拟合分析模型等。对影响煤层气解吸吸附的因素,如煤层的性质、孔隙性结构、煤层气的组分、压力条件和温度条件等进行了详细的分析说明指出,解吸吸附机理未来研究的重点方向是在考虑目前已认识的复杂因素条件下,以研究煤层气吸附状态和煤层气的解吸动态过程为主,尤其是甲烷与水和煤层中碳分子的结合与分离的方式。
关键词 煤层气 解吸 ?吸附 机理 模型
0 引 言
我国是一个煤炭资源大国,煤层气资源也极为丰富
[1-2]
。但从目前我国绝大多数煤层气井产量
低、产量递减快的状况看,制约我国煤层气开发的主要原因有如下几个方面:
(1)我国煤层气资源条件比较复杂。我国的煤层气资源赋存条件差,虽然煤层含气量较高,但储层特征表现为低压、低渗、低饱和度,解吸速度慢,从而导致煤层气的解吸及运移困难。
(2)适合我国复杂地质特征的钻井、完井、压裂和排采等核心技术还不够完善。如何扩大解吸体积、提高解吸速度,是未来一段时间要克服的关键问题之一。
(3)目前国内还没有成熟的煤层气开采理论。美国开采煤层气的成功经验多适合透气性好、含气量高的饱和煤层气藏,而不适合我国煤层气赋存的特点。
(4)存在制度、管理、资金以及相关配套管网建设等问题。
国外煤层气开发实践证明,钻井技术、煤层气增产技术和储层模拟技术是煤层气开发中的三大关键技术。储层模拟技术是研究煤层气储集、运移和产
出规律,以及确定煤储层特征、煤层气井作业制度与煤层气产量之间关系的有效手段,可为煤层气资源开发潜力的评价和开发方案的优化提供科学依据。
由于煤层气作为一种非常规天然气,其储层特征与常规石油天然气储层特征比较,具有许多独有的特点:储层为煤、气、水三相共存;有微孔隙和天然裂缝组成的双重孔隙系统,微孔隙系统非常发育,吸附能力很强;煤层气的运移包含解吸—扩散—渗流的复杂过程。因此,加快研究适合我国煤层低压、低渗、低饱和度条件下的煤层气开采和注气增产理论及储层模拟研究显得十分重要。而煤层气的解吸 ?扩散机理,直接决定了煤层气的开采方式、打井方式、注水注气增产方式等,直接影响到煤层气田能否产气,能否高产快产,能否具有稳定气流量等。因此,进一步加强对煤层气解吸 ?吸附机理的研究,具有非常重要的实际意义。本文基于大量国内外文献资料的研究,进行了以下几方面的主要工作:
(1)根据制约我国煤层气发展的原因,综合分析了煤层气解吸 ?
吸附的发展历程。(2)讨论了煤层气解吸吸附的一般过程及机理,给出了煤层气吸附五种模式的解释。
(3)简述几种具有代表性的单组分气体的解吸 ?吸附理论模型,并简单介绍了多组份气体的解吸吸
2010年12月油 气 井 测 试第19卷 第6期
附的理论模型,讨论这些模型之间的异同点。
(4)对影响解吸 ?吸附的主要因素,即温度、压力、含水量、煤质、煤阶等进行了分析。
1煤层气的解吸 ?吸附理论的国内外研究现状
煤层中煤层气的含量远远超过其自身孔隙的容积,用溶解态和游离态难以解释这一现象。因此,必定存在其他赋存状态,即吸附态。所谓的吸附,是指气体以凝聚态或累液态被多孔介质所容纳的一个过程,吸附分为物理吸附和化学吸附。理论和实验证实,煤岩对煤层气的吸附主要属于物理吸附;另一方面,当被吸附的煤层气分子在热运动和振动的作用下,拥有足够的动能以克服煤体表面引力场的引力作用时,又重新回到游离状态的煤层气分子群体中,这一过程称为解吸。解吸与吸附在一定条件下是完全可逆的。
对煤层气解吸 ?吸附机理的研究,经历了半个多世纪的发展,目前已经建立了许多理论与模型。但是由于各地煤矿中煤层的压力、渗透性以及饱和度的不同,至今尚没有一种成熟的理论或者模型能够精确地描述所有煤层中煤层气的解吸 ?吸附机理。而国内的煤层气解吸 ?吸附理论的研究又明显滞后于国际,成为影响中国煤层气开发的重要原因之一。
国外煤层气的解吸 ?吸附理论研究分为实验研究与理论研究两部分,两者相互促进,相互验证。早在1966年,R.B.A nderson等人[3]首先利用体积法测得煤层中甲烷、氮气、二氧化碳等气体的解吸 ?吸附等温线,并已经发现了滞后现象。在70年代中期,T.C.R uppel,J.L.Jouber t等人[4]完善了体积法,建立了吸附量与煤岩含水率的关系式。1977年,A.G.Kim等人[5]进一步建立了包含水分、灰度、煤阶以及压力、温度等多因素的吸附关联式,主要用于评价浅层、低压的煤层气吸附。80年代开始,大量煤层气工作者开始使用Lang m u i r吸附模型来描述煤层气的等温吸附过程,但是通过实验也发现了Lang m ui r模型的局限性,如1986年Gr egory,J.Be l l 等人[6]采用体积法,模拟地层温度研究了高压环境下含水煤阶的吸附特征,并用Lang m ui r模型关联了吸附实验数据。结果表明,实验含气量高于实际气田的含气量,所测得的解吸吸附等温线具有明显的滞后现象,表明Lang m ui r模型不适合在高压环境下
拟合等温吸附实验数据。90年代开始,人们开始注意到煤层气中的其他气体也会影响到煤岩对甲烷的吸附,并开始着手研究多组分气体的等温吸附模型,这一阶段,建立了大量的等温吸附模型,如拓展的二元气体Lang m u i r模型、理想气体吸附溶液模型、二维状态方程模型以及大量的曲线拟合方程。但是,所有的这些模型与方程都不同程度地与实际的实验数据发生偏差。国内的煤层气解吸 ?吸附理论研究起步于90年代,并延续了当时国际研究的方向,即主要采用Lang m u i r模型来描述等温吸附过程。1997年,钱凯、赵庆波等人[7]引进了煤吸附等温线的测量装置和体积法测量方法,总结了国外煤岩吸附影响因素研究方面的成果,以及Lang m ui r模型在煤岩吸附数据关联及煤层气含气量评价等方面的应用。1999年,周胜国等人[8]详细分析了煤岩的解吸 ?吸附等温线特征及其影响因素,探讨了解吸 ?吸附能力与储层压力的对应关系,提出体积法测试煤岩吸附需要进一步研究吸附相对体积的影响。2001年,辜敏、陈昌国等人[9]在利用Lang m u i r模型模拟煤层气注气开采过程中的多组分气体吸附方面进行了探讨,表明组分气体间具有竞争吸附,混合气的吸附与组分含量密切相关。2001年,蔺金太等人[10]认为,煤岩中甲烷、二氧化碳和氮气的吸附均为物理吸附,但在煤层条件下的吸附形式不同,甲烷和氮气的吸附可用Lang m ui r模型来描述,二氧化碳的吸附则要用B.E.T吸附模型来表征。
2005年,桑树勋,朱炎铭等人[11]以沁水盆地等煤样品煤孔隙分析和等温吸附试验研究为基础,通过煤吸附气体动力学过程和吸附理论模型分析,从物理化学层面对煤吸附气体的固气作用机理进行了深入探讨认为,煤吸附气体动力学过程包括渗流阶段、表面扩散阶段、体扩散阶段和吸着阶段;煤—煤层气吸附体系的吸附力和吸附能决定了不同煤级煤对不同气体吸附量的大小;扩散对煤吸附气体的动力学过程有重要控制作用;煤—甲烷吸附体系应存在多元化的吸附模型。当压力在8～10M Pa以上时,Lang m u i r单分子层吸附模型的适应性受到限制,孔隙发育和气体凝聚是制约Lang m ui r单分子层吸附模型的主要因素。
总的来说,国内外有关煤层气解吸 ?吸附理论方面所取得的研究成果,在相关的理论模型方面,存在着一定程度的不完善之处,这主要体现在所建立吸
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3油气井测试2010年12月
附模型的单一,以及与现场实验数据的脱节这两方面。
2煤层气的解吸 ?吸附的基本理论煤层气的排采过程一般是一个排水降压、煤层气解吸 ?吸附、扩散、渗流过程。在煤层压力高于煤层气的临界压力时,煤层气的排采只是产水。当煤层压力低于煤层气的临界压力时,煤层气分子开始从煤层上解吸下来。在临界解吸压力时,解吸和吸附是动态平衡的。随着压力的继续降低,解吸-吸附动态平衡被打破。有更多的煤层气分子从煤层上解吸下来,并趋向于建立新的平衡。解吸出的煤层气分子不能立即同时与所有的孔隙、裂隙表面接触,在煤体中形成了煤层气压力梯度和浓度梯度,由此提供了煤层气扩散的基本动力。煤层气分子在其浓度梯度的作用下由高浓度向低浓度扩散,这种过程在煤层中的小孔和微孔系统内占优势。由于抽水排采 ?采气的影响,煤层中存在一定的压力场分布,煤层中的压力梯度引起煤层气的渗流,这种过程在煤层中大裂隙、裂缝孔隙系统(面割理和端割理)内占优势。因此,整个煤层气的排采过程是降压、解吸、扩散、渗流等多种现象发生的一个复杂过程。
2.1煤层气的解吸过程
①由于气、水从裂隙产出,导致煤储层压力下降,煤基质块表面微孔隙系统中吸附的煤层气发生解吸,使得煤基质块表面微孔隙系统中吸附的煤层气含量即煤层气浓度降低。解吸与吸附互为逆过程,遵循相同的规律;
②随着煤基质块表面微孔隙中煤层气浓度的降低,煤基质块的内部微孔隙系统与表面微孔隙系统之间形成煤层气浓度梯度,即其内部微孔隙系统中煤层气浓度相对较高,而其表面微孔隙中煤层气浓度相对较低。在浓度梯度的作用下,内部微孔隙系统中的煤层气通过微孔隙系统沿着浓度梯度降低方向由内部向表面发生扩散运移,是体积扩散、K nud-son扩散和表面扩散共同作用的结果(见图1)。
当孔隙直径大于气体分子的平均自由程时,扩散以描述分子和分子间的相互作用的体积扩散为主;当孔隙相对于气体分子的平均自由程较小时,扩散以描述分子和孔壁间的相互作用的K nudson扩散为主;表面扩散描述的是吸附的类液体状甲烷薄膜沿微孔隙壁的转移,它在微孔扩散中发挥着重要
的作用。对整个运移过程来说,表面扩散的作用
不是很大。
工程实际中所处理的绝大部分物系都是多元物系,由于各组分之间的交互作用,使得多元传质的特性完全不同于二元传质。在某些情况下,某些组分可能会产生渗透传质、传质障碍、逆向传质等交互作用现象。对于这些现象,用传统Fi ck定律无法解释。以M ax we l l-St efan方程(简称为M S方程)为基础,发展了多元传质过程的程序和计算方法,既可应用于相内传质,又可应用于同时伴有传热过程的相间传质,还可扩展应用于固体颗粒内的扩散、吸附、膜分离等传质过程。
③当煤层气井排水降压时,裂隙系统中的煤层气和水在压力梯度作用下假定以层流形式向井筒流动。这一流动服从Darcy定律,即流体流速与压力梯度成正比。
基质块表面的解吸作用非常快,足以维持自由气和吸附气之间的平衡。在煤基质块内部的吸附气与自由气处于不平衡状态。
2.2煤层气的吸附过程
①渗流过程,是吸附全过程的第一步。在一定甲烷压力梯度下,甲烷气体分子在大孔系统(面割理和端割理)中渗流,在煤基质外表面形成煤层气气膜(见图2)。
②扩散过程,包括外扩散过程和内扩散过程(见图3)。外扩散过程是煤基质外围空间的甲烷气体分子沿图3中1穿过气膜,扩散到煤基质表面的过程;内扩散过程是甲烷气体分子沿图3中2进人煤基质微孔穴中,扩散到煤基质内表面的过程。
③吸附过程。经过“外扩散”、“内扩散”而到达煤基质内表面的甲烷气体分子,如图3中3所示被煤基质吸附的过程。当甲烷分子到达煤岩颗粒外表
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3
第19卷 第6期刘曰武等:煤层气的解吸 ?吸附机理研究综述
面时,一部分为外表面所吸附,被吸附的分子有可能沿着颗粒内的微孔隙壁向深入扩散,即发生表面扩散;另一部分甲烷分子还可能在颗粒内的孔中间向深入扩散,即孔道内的扩散。可见,吸附的传递过程有三部分组成,即外扩散、内扩散和表面扩散。吸附过程的总速率取决于最慢阶段(一般是内扩散阶段
)的速率。
平衡吸附量是吸附量的极限,它是设计和生产中十分重要的数据。在实际应用中,平衡吸附量的数值一般是用吸附等温线来表示的。吸附等温线是描述在一定温度下,被吸附剂吸附的物质的最大量(平衡吸附量)与平衡压力(平衡浓度)之间的关系的,这种等温线是根据实验数据绘出的。对于单一气体(或蒸气)在固体上的吸附已观测到的常见的等温线有五种形式(见图4)。化学吸附只有Ⅰ型等温线,物理吸附则有Ⅰ～Ⅴ型五种。
Ⅰ型等温线表明,低压时,吸附量随组分分压的增大而迅速增大。当分压达到某一点后,增量变小,甚至趋于水平。适用于以微孔为主或无孔均一表面的吸附剂,吸附量有极限值。一般认为,这是单分子
层吸附的特征曲线,也有人认为它是由微孔充填形成的曲线。
Ⅱ型等温线表明,吸附量随组分分压的增大而迅速增大,适用于以中、大孔为主的吸附剂,吸附质和吸附剂作用较强,是多层吸附的表现。
Ⅲ型等温线适用于大孔为主的吸附剂,吸附质和吸附剂之间作用力较弱。
Ⅳ型等温线具有明显的滞后回线,适用于以单分子层吸附为主并发生毛细凝聚现象的吸附。Ⅴ型等温线与Ⅳ型线相似,具有明显的滞后回线,只是吸附质与吸附剂相互作用较弱,适用于发生多分子
层吸附和毛细凝聚现象的吸附。
为了描述这些吸附等温线,人们提出了大量的理论模型与拟合方程。国内外大量研究表明,煤对甲烷等气体吸附的吸附等温线为Ⅰ类。
由于煤对煤层气的吸附属于物理吸附,具有可逆性,即吸附与解吸作用的平衡,所以当煤储层煤层气抽放或开采时,由于压力降低,破坏了原始的平衡
状态,吸附在煤基质微孔隙内表面上的气体就会解吸下来,重新回到微孔隙空间成为气态的自由气体,以达到新的平衡。大体上,煤的等温解吸曲线与其等温吸附曲线是相同的,因此同样可以根据建立的吸附模型来描述等温解吸的过程。
当然,实际情况下,煤储层中的煤层气什么时候开始解吸,还与煤储层的煤层气饱和度密切相关。如果煤储层的煤层气达到饱和,即落在等温吸附曲线的上方时,只要压力一降低,煤层气就开始解吸;如果煤储层的煤层气未达到饱和,即煤层气含气量点在等温吸附曲线的下方,那么尽管开采时压力降低,煤层气也不会马上开始解吸,直到储层压力降到某一压力,即等温吸附曲线上与该气体含量数值大
4 油气井测试 2010年12月
小相同的那一点所对应的储层压力时,才会有煤层气解吸。该压力称为临界解吸压力。临界解吸压力与储层压力的比值直接决定了煤层气排水降压的难易程度,比值越大,煤层气井产气越容易。在煤储层含气处于饱和的情况下,临界解吸压力与储层压力相等。解吸过程快慢可以用解吸时间来度量。所谓解吸时间,是指总的吸附气体的63.2%释放出来所需要的时间。
2.3单组分气体的解吸 ?吸附理论模型
煤层气的解吸 ?吸附理论模型研究是煤层气工程中具有相当难度和较高理论价值与应用价值的前沿性研究课题。但是,目前国内外相关的研究还比较少,在进行煤层气储量计算、渗流规律研究、数值模拟以及实际打井开采时,仍然以使用Lang m u i r模型为主。因此,分析各类解吸 ?吸附模型,讨论选择最合适的模型来描述煤层气等温解吸 ?吸附过程,就显得非常重要。
在解吸 ?吸附理论模型中,单组分气体的解吸 ?吸附理论模型的研究是基础,多元气体的解吸 ?吸附模型是在单组分解吸 ?吸附的基础上,着重研究各组分在吸附相中的混合规则而发展起来的。虽然煤层气藏储层中的煤层气肯定是多组分的,致使其吸附问题只能用多组分模型才能最终得到较精确的解答,但是煤层气的解吸 ?吸附理论模型的建立仍然要以单组分气体解吸 ?吸附模型的研究为基础,只有在获得了适用于储层孔隙介质单组分气体解吸 ?吸附理论模型以后,才能在此基础上进行真正意义上的煤层气解吸 ?吸附理论模型的研究[15]。裂隙系统中的气体是自由气体,基质微孔隙中的气体则主要是吸附气体。在基质中,只有靠近裂隙面的基质微孔隙中的气体,解吸作用足够快,与自由气体处于平衡状态;而远离裂隙的基质微孔隙中气体与裂隙中的自由气体处于非平衡状态。
2.3.1单分子层吸附模型
甲烷分子要与煤表面发生作用必须跨过一个表面势垒,这个势垒就是吸附势阱点。随着距离减小,核间排斥力增加,势能迅速增大。距离增大时,由于核间引力增加,也导致势能逐渐增大,在间距0.55
n m后增加放慢,说明甲烷分子与煤表面发生作用的有效距离在0.55n m左右,吸附势阱距离在0.35
n m左右,而甲烷有效直径在0.2～0.36n m之间,因此也可推测甲烷在煤表面的吸附主要以单分子层
为主。
2.3.1.1Lang m u i r型吸附模型
1916年法国化学家朗格缪尔从动力学观点出发,在研究固体表面吸附特性时,提出了单分子层吸附的状态方程,即Lang m ui r方程。其基本假设条件是:①吸附平衡时,体系中气体的吸附速度与脱附速度相等,吸附是可逆的,吸附和脱附之间没有滞后发生。吸附平衡是动态平衡。②吸附剂表面均匀光洁,固体表面的吸附势能呈均质状态,活化能为零。
③被吸附的气体分子之间没有相互作用力。④固体表面吸附平衡仅形成单分子层。
Lang m ui r等温方程也可以用含气浓度表示,即
C=C L
P
P L+P(1)式中:C L———Lang m u i r浓度,t ?m3。
在Lang m ui r理论模型的基础上,后人相继推出了一系列相似的模型或模型的改进形式。这些模型使用了全部或者部分的Lang m ui r理论模型的假设,因此被称为Lang m ui r型吸附模型。
2.3.1.2Freundl i ch等温吸附方程
Freund l i ch等温吸附方程最初为经验吸附方程,考虑了固体表面的不均一性,因其形式简单,得到了广泛的应用。后来证实,该方程可以通过热力学的方法推导出来。Freundl i ch等温吸附方程描述了多层吸附的特点,即
V=V F P N F(2)其吸附曲线在l g V-lg P双对数坐标系中呈直线,截距为l og V F,斜率为V F。
式中:V F———Fr eund l i ch系数,m3·[(M Pa)N F]-1;
N F———Fr eund l i ch指数,无量纲。
2.3.1.3Lang m ui r-Freundl i ch等温吸附方程(L-F 方程)
吸附温度在临界温度以上时,可以认为不发生多层吸附,实际煤储层一般都是这种情况。考虑到吸附剂表面非均相性,以及被吸附分子之间的作用力等复杂因素时,使用L-F方程来描述超临界吸附的吸附量V。L-F方程形式简单,仅有3个参数且意义明确,因而得到广泛的应用,方程的一般形式如下,即
V=V L
K b P n
1+K b P n
(3)式中:V L———Lang m u i r吸附常数(与Lang m ui r等
1
4
第19卷 第6期刘曰武等:煤层气的解吸 ?吸附机理研究综述
温方程中的V L意义相同),c m3 ?
g;
K b———Lang m u i r结合常数(反映了吸附速率
与脱附速率的比值),无量纲;
K b———很小或者组分分压很低时,相当于
H enry系数V H。
其中V H=V L b(4)温度越高,V H值越小;
n为与温度和煤孔隙分布有关的模型参数,用来校正吸附位与吸附分子。当一个活性中心吸附一个吸附分子时,n=1;一个吸附中心吸附两个吸附分子时,n=1 ?2。
2.3.2B E T多分子层模型
B E T多分子层理论模型是由Brunauer、E m-m et t、Tel l e r于1938年在Lang m u i r等温吸附方程的基础上提出来的,它除了保留Lang m ui r等温方程中吸附是动态平衡、固体表面是均匀的、被吸附分子间无作用力外,还补充了以下假设:①被吸附分子和碰撞到其上面的气体分子之间存在范德华力,会发生多层吸附;②第一层的吸附热和以后各层的吸附热不同,第二层以上各层吸附热为相同值(吸附质液化热);③不一定要上一层吸附满了才能开始下一层的吸附,所以表面不同位置吸附的分子不一定相同;④吸附质的吸附和脱附只发生在直接暴露于气相的表面上。
B E T二常数表达式为
P
V(P0-P)=
1
V m C
+
C-1
V m C
×
P
P0
或V=
V m C P
(P0-P)[1+(C-1)P ?P0]
(5)
C=e
E1-E L
R T(6)
式中:P0———实验温度下吸附质的饱和蒸汽压, M Pa;
V m———B E T方程单分子层吸附量,c m3 ?
g;
C———和吸附热及被吸附气体液化有关的常
数;
E1———第一吸附层的吸附热;
E L———气体的液化热。
当E1>E L,也就是被吸附气体与吸附剂间的引力大于液化状态时气体分子间的引力时,等温线为Ⅱ型;当E1 的引力小时,等温线为Ⅲ型。 B E T吸附模型是目前采用很频繁的方程之一,可以用来描述Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型吸附等温线,其中一个重要用途是测试固体的比表面积。 2.3.3吸附势理论模型 吸附势理论是从固体存在着吸附势能场出发,描述多分子层吸附的理论模型。它和Lang m ui r型吸附模型、B E T多分子层吸附理论的最大差别在于,它认为在固体表面上有一个吸附势场,距离固体表面越远,吸附势能越低。因此,吸附层的密度也和距离表面的远近有关。早在1914年,Pol anyi就对吸附势进行了定性描述。因此,这种理论有时候也被称为Po l anyi吸附势理论。但是,对等温吸附进行了定量描述的,则是著名的D ubinin-Radushkevi ch (D-R)方程和D ubinin-As takho w(D-A)方程。 D ubini n-R adushkevi ch(D-R)方程为 V=V0exp- R T βE ln P0 P 2 (7) D ubini n-A s takho w(D-A)方程为 V=V0exp-R T βE ln P0 P n (8)式中:V0———微孔体积,cm3; β———吸附质和吸附剂的亲和系数。 2.4多组分气体的解吸 ?吸附理论模型 煤层气中除了甲烷以外还有其它气体,如C O 2 、 N 2 等,虽然含量相对很小,但它们对煤层气的吸附和解吸产生比较明显的影响。这是因为对于多组分混合物吸附质的吸附,除了各组分吸附亲和力大小各异外,各组分间还有相互作用以及竞争效应,因此会产生组分干涉影响。 多元气体吸附的研究与单组分气体有所不同。单组分气体吸附时,成分不发生变化;而混合气体吸附时,由于混合气体中各组分的吸附能力各不相同,每种气体也不是独立吸附的,而是互相竞争相同的吸附位。这是由于吸附平衡是动态平衡,气体在煤中的吸附和解吸一直在进行着,而分子间范德华力较大的气体会优先占据煤表面的吸附位,分子间范德华力较小的气体会被从煤表面置换下来,其中一部分可能又被吸附到新的吸附位。因此,在吸附实验过程中,从吸附实验开始到结束,吸附能力不同的气体,在游离相中的浓度在不断发生着变化。吸附能力强的气体在气相中的浓度下降;相反,吸附能力 2 4油气井测试2010年12月 弱的气体在气相中的浓度会上升。 混合气体的吸附性不仅与混合气体中各组分的吸附能力有关,而且还与各组分的分压有关。分压越大,气体的吸附量越大。混合气体吸附时,各组分间相互影响,竞争吸附。 目前,广泛采用纯甲烷进行煤的等温吸附试验,所得到的煤储层的解吸 ?吸附特性不能代表煤储层的真实情况。以此为依据来评估煤层气的开发潜力,可能会产生夸大的结论,以至于误导投资者,或造成不必要的损失。 煤吸附气体属于物理吸附,无选择性,表明吸附剂可吸附不同种类的气体。 多组分气体吸附的一个重要研究内容是建立多组分气体解吸 ?吸附的理论模型,然后利用单组分吸附实验结果预测多组分吸附。目前,应用较多的预测模型有:扩展的Lang m u i r等温吸附方程(Extend-ed Lang m ui r E quat i on,简称E-L方程)、IA S理论(Idea l A dsorded So lut i on,理想吸附溶液理论)、B E T 多组分气体吸附模型、扩展的吸附势理论,以及其它吸附模型,如空位溶液模型、格子模型等。在煤层气的多组分吸附领域,应用较多的是E-L方程和I A S 理论。接下去讨论以E-L、I A S和N-A(N u m er i ca l A na lys i s,数值分析)三种模型为重点的多组分气体的解吸 ?吸附理论模型。 3煤层气解吸 ?吸附的影响因素 3.1压力 吸附是气体与固体表面之间未达到热力学平衡时发生的,达到平衡是“吸附质”的气体分子在“吸附剂”的固体表面上的积累实现的。吸附的结果在固体表面上形成了吸附层。由于范德华力的作用,在临界温度以下,所有气体都具有吸附势,并会形成多层吸附,甚至产生凝结现象。在高于临界温度条件下,只会产生单层吸附,在地层条件下,煤对气体的吸附就是这种现象。随着压力的增加,吸附气量增加,极限条件下,孔隙内表面已被气体分子完全覆盖。由于不会产生多层吸附,故在此时达到极限吸附量。在适中的煤阶、较好的储层物性封盖性条件下,压力越大,煤层气含量越大。而在解吸开采过程中,只有当储层压力低于临界解吸压力时,气体才开始解吸。临界解吸压力越接近于储层压力,气体越容易解吸,储层压力降低幅度越大,解吸量越大。 当温度一定时,煤对甲烷的吸附能力随压力升高而增大。当压力升到一定值时,煤的吸附能力达到饱和,往后再增加压力吸附量也不再增加,这一点已得到共识。但由于不同变质程度,煤的吸附能力不同,达到饱和吸附需要的压力也不同,不同煤级的煤吸附达到饱和需要多高压力,对这方面的研究,国内外未见报道。张庆玲,崔永君,曹利戈通过对不同种煤的等温吸附实验,发现如果实验的最高压力没有使煤吸附达到饱和,得到的Lang m ui r吸附常数有很大误差,并发现不同变质程度的煤,达到饱和吸附所需压力的变化规律。据4种不同变质程度煤进行的等温吸附实验,在不同压力下,不同变质程度煤达到饱和吸附所需压力大小顺序是:气煤>焦煤>贫煤>无烟煤。 3.2温度 一般地,温度总是对脱附起活化作用,温度越高,游离气越多,吸附气越少。实验研究表明,温度每升高1℃,煤吸附甲烷的能力降低约为8%,其原因是温度升高时,加快了气体分子的热运动速度,降低了气体分子的粘度,气体分子获得的动能增加,更加容易从煤体表面脱逸出来。 3.3水分含量 水分子和气体分子与煤之间具有相似的特性,水与甲烷之间都不存在共价键,都是以较弱的范德华力吸附在煤中。水为极性分子,而甲烷是非极性分子,水分子更加容易取代甲烷的位置吸附于煤中。水分在煤的吸附过程中起着极为重要的作用。水的存在,降低了煤对甲烷的吸附量。然而,从宏观上看,没有水的封堵,也难以形成较大的煤层甲烷吸附气气藏。有研究发现,只有在未达到临界水分含量时,水分的增加才使甲烷的吸附量降低,超过临界水分含量的部分之覆盖在煤颗粒表面,不影响吸附过程。 3.4煤阶 气体吸附能力与煤的孔吸附密切相关。煤阶用于表示煤层所经历的煤化作用的程度,它是根据煤的镜质体反射率R0、碳含量和挥发含量来划分的。在煤化过程中,煤结构的总孔隙度逐渐从碳含量82%时的20%降低到碳含量89%(也有研究表明是85%)时的3%这一最小值,然后随煤阶增强而在此增加。因此,甲烷的吸附量也呈“U”字型发展,在高挥发烟煤或含碳量89%附近(气煤)出现最低值。 3 4 第19卷 第6期刘曰武等:煤层气的解吸 ?吸附机理研究综述 (1)不同煤阶煤层气吸附/解吸特征有显著差异。高煤阶气藏含气性好,但相对解吸速率低,解吸效率不高,开发难度加大;低煤阶气藏相对解吸速率大,解吸效率较高,开发难度较低。 (2)煤分子化学、物理结构差异是导致不同煤阶煤层气吸附/解吸特征存在显著差异的根本原因。随着煤演化程度加强,煤分子排列有序性增加,分子片层距离减小,原生孔隙减少,孔隙结构和显微组分不同直接导致了不同煤阶煤层气吸附/解吸特征的差异。 3.5煤岩组成 煤对甲烷的吸附能力除了与煤阶有关外,还与煤岩组成有密切关系。煤主要有三种有机组分组成:镜质组、壳质组和惰质组。煤的热模拟试验和吸附试验表明,壳质组生烃能力最高,但因为在煤中含量很少,对煤层气的贡献较小;镜质组是煤中主要成分,其生烃能力和吸附能力均大于惰质组,而惰质组的孔隙度明显大于镜质组。比表面及测试发现,镜质组的微孔发育,比表面积大,而惰质组以大中孔为主,孔容大。Crosda l e等对以镜质组为主的光亮煤和以惰质组为主的暗淡煤进行吸附—解吸试验,发现镜质组有很强的吸附能力,而惰质组有较大的逸散率。然而,也有部分试验表明,惰质组的含量增加,吸附量也会有所增加。 4结论 (1)煤层是煤层气的源岩,又是煤层气的储集层,与常规的油气储层不同,其解吸 ?吸附具有许多独有的特点。阐述了煤层气解吸 ?吸附的一般机理。 (2)煤层气的解吸 ?吸附与煤本身的结构、变质程度,被吸附气体的性质以及煤层所处的环境密切相关。分析了压力、温度、水分含量、煤岩组成等因素对煤层气吸附的影响。 (3)储层孔隙介质单组分气体的解吸 ?吸附理论模型是研究多组分气体解吸 ?吸附理论的基础,也是研究煤层气解吸 ?吸附机理的重点。分别对Gibbs 吸附理论、Lang m ui r型吸附模型、B E T多分子层模型和位势理论模型进行了分析讨论,为建立适合于煤储层特点和煤层甲烷运移特征的煤层气储层模拟流固耦合理论和方法奠定了基础。 (4)结合各个煤层的实际情况,包括压力分布、煤岩质量等,比较各个模型之间的区别,并选择最为合适的模型。模型或方程中的参数越多,拟合程度越高。D-A模型拟合度最高,而目前被广泛使用的Lang m ui r等温吸附方程拟合度较差。 致 谢 本项目得到国家重大专项“大型油气田及煤层气开发”专项的支持,课题编号2009Z X05038001,感谢中石油煤层气有限责任公司允许本论文的发表。 参 考 文 献 [1]朱志敏,杨春,沈冰,崔洪庆.煤层气及煤层气系统的概 念和特征.新疆石油地质,2006,27(6):1. 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[15]欧成华,李士伦,等.煤层气吸附机理研究的发展与展 望.西南石油学院学报,2003,25(5). 本文收稿日期:2010-12-04编辑:穆立婷 4 4油气井测试2010年12月 煤层气的开采与利用 （包括不限于新旧技术的介绍与对比、国内外技术对比，目的是搞清楚煤层气作为一种自然资源是如何实现经济效益的）； 一.煤层气背景介绍 1.我国煤层气资源分布 我国大型煤矿区煤层气资源丰富,13个大型煤炭基地煤矿区埋藏深度1500m以浅,煤 ,煤 2. 12起,。3. 程等。 地质载体特殊性 煤层气的地质载体为煤层,煤炭本身就是能源开发的重要对象,这一自然属性更是有别于其他所有的化石能源矿产。煤层气与煤炭资源的同源同体的伴生性决定了这2种资源的开发必然有密不可分的内在关联。煤矿区煤炭资源的开采引起矿区岩层移 动的时空关系,影响着煤层气资源开发的钻井(孔)的布设、采气方法的选择和抽采效果等多个方面。 鉴于上述特殊性,煤层气勘探开发技术既有常规天然气勘探开发技术的来源、借鉴甚至直接移植,又有自己的独特性,还有与采煤技术交叉融合的耦合特性,是一个与常规天然气和煤炭开发技术既有联系又有区别的复杂技术系统。 1. 三(多) , 2. 创新, 3. 前提下，协同开采技术得以发展和进步。如解放层开采、井上下联合抽采、煤炭与煤层气共同开采等就是其典型实例。 4.煤层卸压增透技术 对于煤层渗透率低和含气饱和度低的矿区须探索应用煤层卸压增透技术,提高煤层气 抽采率。此类技术主要包括保护层开采卸压增透技术、深孔预裂爆破技术、深穿透 射孔技术、高能气体压裂技术和高压水力增透技术等。 三.近年来我国煤层气开采技术发展 1.勘探技术手段深化 （eg 2~3倍； 管、。）2. 活性 变排量控制缝高技术、前置液粉砂多级段塞降滤失技术、前置液阶段停泵测试技术、大粒径/高强度支撑剂尾追技术、压后合理放喷控制技术等。 针对多煤层地区,采用煤层和岩层组合分段压裂技术,可以有效提高单井产量和资源 利用效率。 高压细水雾技术在煤层气抽采利用 和控制煤矿瓦斯粉尘危害的应用概述 一、中国煤层气（瓦斯）的现状 煤层气俗称“瓦斯”，是储存在煤层中的自生自储式的非常规天然气，是一种清洁高效的能源资源。它的甲烷浓度最高可达98%，而石油天然气则只有80%左右。但是煤层气的危害极大，70～80%的煤矿事故均与煤层气（瓦斯）爆炸有关，给人民的生命财产造成巨大损失，而未经处理或回收的煤层气直接排放到大气中会造成严重的环境污染，而且浪费了宝贵的能源资源。 甲烷是一种比二氧化碳威力更强的温室气体，温室效应是二氧化碳的21～23倍，同时甲烷也是一种洁净高效的能源，热值与常规天然气相当。 我国煤层气（瓦斯）资源丰富，分布区域广，位居世界第三，储量与我国陆上30万亿立方米的天然气资源储量基本相当，相当于450亿吨标准煤。但我国每年瓦斯的实际利用率不到2%，过去因为没有找到合理的利用手段，我国在煤矿开采中所抽放的瓦斯大多排放到大气中，即浪费了资源，又污染了环境。 瓦斯被称为煤矿的第一杀手。因此，开发利用煤层气不仅可以从根本上防止煤矿瓦斯事故的发生，改善煤矿安全生产，还可变害为宝。 我国煤层气资源丰富，可是煤层气钻井施工难度大，开采困难，我国煤层气单井产量不高，必须采用特殊技术工艺，才能提高产量，实现商业开采。 二、中央、省政府的高度重视及政策 大型煤层气和大型油气田的开发是《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中确定的16个重大专项之一。 国务院副总理张德江在《大力推进煤矿瓦斯抽采利用》中详细分析了煤矿瓦斯抽采的重大意义。重大煤矿安全事故时有发生，瓦斯、煤尘灾害形势不容乐观。 张德江指出：增强瓦斯抽采利用科技保障能力。搞好瓦斯抽采利用，必须立足科技创新和技术进步，要进一步加大以煤矿瓦斯抽采和利用为重点的安全技改国债支持力度，地方和企业也要增加配套资金。要大力推进煤层气开发国家科技重大专项的实施，加强瓦斯抽采利用重大问题的科技攻关，加大瓦斯抽采和煤层 页岩气是一种非常规天然气，它与常规天然气的理化性质完全一样，只不过赋存于渗透率极低的泥页岩之中，开采难度更大，因此被业界归为非常规油气资源。但是随着技术的突破，页岩气开发逐渐进入我们的视野，并以其巨大的资源储量引得各国油气公司纷纷将眼光投向这块未来能源新领域[1]。 在中国开发页岩气资源的前景十分广阔，近年来,我国的油气勘探专家、学者也积极开展了泥页岩气的探索,初步研究表明,我国泥页岩气资源十分丰富,估算资源量为23.5×1012～100×1012,中国的泥页岩气资源主要分布在松辽盆地白垩系、渤海湾盆地及江汉盆地的古近系和新近系、四川盆地中生界、扬子准地台、华南褶皱带和南秦岭褶皱带等,其勘探潜力巨大。泥页岩气的勘探开发将成为未来我国天然气能源新的增长点[2]。 尽管如此我国的页岩气资源的开发却也只是处在勘探阶段，开发技术十分不成熟，为了为我国的页岩气的开发提出建议，做出指导，对开发页岩气所需要的各方面技术进行调研与分析是不可或缺的工作。美国作为开发页岩气的先驱也指出技术进步是推动美国页岩气快速发展的关键[3]。 1988年到2007年Barnett页岩气产量与技术的关系如下[4]： 图1 产量与技术关系 由图中我们可以看出每一次技术的进步都带来了页岩气产量的飞速增长，特别是在重复压裂以及水平井分段压裂技术的引入之后产量的增长更为显著。因此我们进行页岩气调研，不仅可以对我国页岩气开发中的增产作业做出指导，也可以为日后的工程研究提供一些基本的理论知识，推动我国页岩气压裂增产技术的进步。 对于页岩气储层的评价与常规储层应该有所不同，常规储层首先想到的都是储量，孔、渗、饱等储层物性参数，而对于页岩气我们应该首先考虑的则是，该处的页岩是否有能够适应压裂的一些特性。因为不能通过压裂增产的页岩是没有开采价值的。从这个考虑出发，我们跟据美国开发的经验初步拟定了如下的一些特性评价标准： 天然裂缝存在并可以在压后维持一定的导流能力对于页岩气的生产是十分 纳米二氧化钛的现状与发展 作者：未知时间：2007-11-24 15:17:00 国外纳米TiO2的生产现状 20世纪80年代以前，纳米TiO2的研究开发目的主要是作为精细陶瓷原料、催化剂、传感器等，需求量不大，没有形成大的生产规模。80年代以后，开发的纳米TiO2用作透明效应和紫外线屏蔽剂，为纳米TiO2打开了市场，使纳米TiO2的生产和需求大大增加，成为钛白工业和涂料工业的一个新的增长点。 由于纳米TiO2在催化及环境保护等方面具有广阔的应用前景，并可用于日用产品、涂料、电子、电力等工业部门，因此，纳米TiO2展现出巨大的市场前景。日本、美国、英国、德国和意大利等国对纳米TiO2进行了深入的研究，并已实现纳米TiO2的工业化生产。目前全世界已经有十几家公司生产纳米TiO2，总生产能力估计在(6000～10000)t/a，单线生产能力一般为(400～500)t/a。 根据莎哈里本公司统计，2003年全球纳米TiO2销售量仅为1800t左右，其消费量与产品应用见表1。 表1 2003年全球纳米TiO2消费量与产品应用 近几年，有关纳米TiO2的新建装置已很少报道，主要是已建成装置的生产能力已远远超出市场的实际消费量，多数厂家处于开工不足或停产的状态。主要原因是目前国际上公认的纳米TiO2制备和应用技术还有待于提高，技术要点和难点主要表现在以下几个方面：①国际上纳米TiO2的价格为(30～40)万元/t，其成本大致是销售价格的2/5，原料和工艺路线的选择是降低生产成本的关键因素；②纳米TiO2的晶型和粒度控制技术；③金红石型纳米TiO2的表面处理技术；④纳米TiO2应用分散技术；⑤纳米TiO2应用功能的提升技 内部编号：AN-QP-HT329 版本/ 修改状态：01 / 00 When Carrying Out Various Production T asks, We Should Constantly Improve Product Quality, Ensure Safe Production, Conduct Economic Accounting At The Same Time, And Win More Business Opportunities By Reducing Product Cost, So As T o Realize The Overall Management Of Safe Production. 编辑：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 煤层气开采模式探讨通用范本 煤层气开采模式探讨通用范本 使用指引：本安全管理文件可用于贯彻执行各项生产任务时，不断提高产品质量，保证安全生产，同时进行经济核算，通过降低产品成本来赢得更多商业机会，最终实现对安全生产工作全面管理。资料下载后可以进行自定义修改，可按照所需进行删减和使用。 20xx年国家煤矿安全监察局制定了“先抽后采，以风定产，监测监控”的煤矿瓦斯防治方针，强化了瓦斯抽采在治理瓦斯灾害中的地位。但目前的井下瓦斯抽采远远不能满足瓦斯治理的要求，“地面钻采”煤层瓦斯日益提上日程。如何将“地面钻采+井下抽采”有机结合，则是摆在我们面前的难题。本文在分析了两种开采模式差异基础上，利用“系统工程事故树分析法+多层模糊数学综合评价法”，最后提出了不同类型矿井的煤层气开采模式。 1 两种开采模式的异同 1.1 开采机理的差异 国外视煤层气为重要能源, 并把煤层气作为新的勘探目标。美国有较丰富的煤层气资源, 估计资源量为11.3*1012m3，占世界第三位,1977年2月, Amcoc公司首先在圣胡安盆地CeDARHill地区完钻第一口煤层气井, 90年代美国煤层气已逐渐形成一门新兴的能源工业.目前美国煤层气生产井有7000口以上, 预计到2000年煤层气产量可达8495*104m3/d 。美国煤层气勘探开发的成功很快引起的世界各国的重视与兴趣。加拿大把煤层气作为该国90年代的能源资源, 加紧开展评价和研究。英国也于1991年引进美国技术进行煤层气勘探开发。前苏联等国通过煤层资源的评价, 已肯定它是重要的第二动力资源 ----------《煤层气开采技术与发展趋势》p24 全球的煤层气总资源量大约达260 万亿m 3。根据国际能源机构( IEA ) 的统计数据显示, 全球90%的煤层气资源量分布在12 个主要产煤国。按资源量从大到小依次是: 俄罗斯、乌克兰、加拿大、中国、澳大利亚、美国、德国、波兰、英国、哈萨克斯坦、印度和南非〔1〕。 ------------<国外煤层气开发现状及对中国煤层气产业发展的思考>p46~p47 据美国国家石油委员会(NPC) 的报告，2006 年世界煤层气资源分布情况见表1。 表1 2006 年世界煤层气资源分布 根据美国能源部能源信息局(EIA)的报告，2007年全世界探明煤炭储量分布情况见表2。由表2 可见，世界煤炭探明储量合计9088.64×108t，其中亚太地区居第一位，欧洲和欧亚大陆地区居第二位，北美地区居第三位。 国煤层气勘探、开发、利用最为成功，居世界领先地位，加拿大和澳大利亚也初见成效[4]。 -----------<国外煤层气生产概况及对加速我国煤层气产业发展的思考>p26~p28 【原创】纳米二氧化钛的现状与发展 纳米二氧化钛的现状与发展（上） 魏绍东1，夏林胜2 (1.东华工程科技股份有限公司，安徽合肥230024；2.中国科学技术大学材料 科学与工程系，安徽合肥230026) 摘要：介绍了纳米二氧化钛生产的原料和几种制备方法。通过对国内外生产现状和特点的比较，提出了以硫酸氧钛为原料制备纳米二氧化钛的工艺路线，并对工业化装置的规模、工艺方案以及存在的问题进行了介绍。 关键词：纳米二氧化钛；制备工艺；硫酸氧钛；工艺路线；均匀沉淀法 Current Situtation and Development of Nanometer TiO2 WEI Shao-dong1, XIA Lin-sheng2 (1.East China Engineering Science & Technology Co., Ltd., Hefei 230024,China; 2.Department of Material Science and Engineering,University of Science and Technology of China, Hefei 230026,China) Abstract: This paper summarizes several manufacture methods and the raw material production of nanometer TiO2.Through the comparison of the characteristics and the present situation of the domestic and international production of nanometer TiO2,the technological route for the manufacture of nanometer TiO2 with TiOSO4 as the raw material is presented,process scheme the scale of commercial plant as well as existent problems are introduced. Key words: nanometer TiO2; manufacture technology; titanyl sulfate; technological route; homogeneous precipitation method 引言 自1990年7月在美国巴尔的摩召开了第一届纳米科学技术国际会议以来，纳米材料科学作为一个相对独立的学科诞生了，此后，纳米材料引起了世界各国材料学界、物理学界和化学界的极大兴趣和广泛重视，很快形成了世界范围的“纳米热”。我国政府和有关部门也较早认识到纳米科技的重要性，并于积极地推动和财政支持。国家科委出台的“攀登计划”(1990～1999)中，就有纳米科技项目，并给予连续10年的专项支持；1999年，国家科技部又制定了“国家重点基础研究发展规划”(“973”计划)，其中安排了“纳米材料与纳米结构”项目；在国家“863”高技术计划中，也列有不少纳米材料的应用研究项目。 二氧化钛(TiO2)，俗称钛白，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、 煤层气井出水 截至2010年底，全国累计完成煤层气（煤矿瓦斯）抽采量为88亿立方米，但利用量仅为36亿立方米（地面14.5亿立方米和井下73.5亿立方米），抽采和利用率均较"十一五"规划目标差距较大。而按照规划，到2010年底，全国煤层气抽采量应达100亿立方米，利用量达80亿立方米。 2011年，煤层气（煤矿瓦斯）抽采量115亿立方米，利用量53亿立方米，同比分别增加36.7%和51.4%。其中，井下瓦斯抽采量92亿立方米，利用量35亿立方米，同比增加22.7%和52.2%；地面煤层气产量23亿立方米，利用量18亿立方米，同比增加54.7%和47.5%。2012年全国煤层气产量125亿立方米，利用总量52亿立方米，不足国内天然气利用量的4%，且未完成产量155亿、利用量80亿的年度目标. 1根据国外煤层气长期开发的成功经验，煤层气的排采生产过程一般分为3 个阶段a. 排水降压阶段生产初期阶段，需进行大量排水，使煤储层压力下降。当储层压力下降到临界解吸压力以下，气体才能开始产出。这一阶段所需的时间，取决于煤层气地质条件和储层特征等因，当地质储层条件相同时，则取决于排水速度。 b. 稳产阶段随着排水的继续，气产量逐渐上升并趋于稳定，出现产气高峰，水产量则逐渐下降。该阶段持续时间长短取决于煤层气资源丰度和储层的渗透性特征。 c. 产量递减阶段当大量气体已经产出，煤基质中解吸的气体开始逐渐减少，尽管排水作业仍在继续，气产量和水产量都在不断下降，该阶段延长的时间较长，可达10 a 之久。 2.压裂工程对地下含水层的影响 煤层气井增产强化工程主要包括射孔和水力压裂两部分，压裂作业是最有可能对地下水造成影响的环节。由煤层气产出机理和开发工程分析可知，压裂在近井地带形成一条高导流能力的裂缝，为煤层水和煤层气提供一条顺畅的通道，加速排水降压及煤层气的产出。煤层气压裂主要是使裂缝沿煤层延伸，以保证最大泄流面积及最大产气效果。垂向上，煤层气井压裂缝在目标煤层附近的区域产生一定的高度，从而造成煤层顶板含水层的破坏；横向上，由于煤层气井的服务年限一般较长，长期排采会导致目标煤层中的水大量产出。在构造或水文地质条件较复杂的地区，压裂作业可能会以各种方式影响目标煤层附近的地层，导致煤层气井排采时对邻近地层的含水性造成一定程度的影响。 3 山西沁水盆地南部太原组煤储层产出水氢氧同位素特征 所采集的地表水15号煤层顶板灰岩水、煤层气井排出水和15号煤层水的氢氧同位素数据均分布在我国大气降水线附近, 氢氧同位素组成也均在我国大气降水的氢氧同位素组成范围内。说明地表水、煤层顶板灰岩水、煤层气井排出水和15号煤层水的原始来源均为大气降水, 受大气降水补给。排采15号煤的煤层气井排出水是煤层水和煤层顶板灰岩水的混合水。15号煤储层和顶板灰岩之间存在较强的水力联系,煤层在排水过程中接受灰岩水的大量补给。 目录 1概述 2资源：煤层气（矿井瓦斯） 3厂址条件 4工程方案 5环境保护 6劳动安全与工业卫生 7节约及合理利用能源 8工程项目实施条件、轮廓进度9劳动定员 10投资估算与经济分析 11结论 1 概述 1.1 编制依据 1.1.1 项目名称 平顶山煤业集团煤层气（矿井瓦斯）综合利用工程。 1.1.2 编制依据 根据平煤集团公司的委托公函，依据现行的有关瓦斯及燃气等方面规范规程，并重点根据下述有关规范规程进行编制。 1.1. 2.1《煤矿安全规程》 1.1. 2.2《煤炭工业矿井设计规范》 1.1. 2.3《矿井瓦斯抽放管理条例规范》 1.1. 2.4《瓦斯综合治理方案的通知》 1.1. 2.5《城镇燃气设计规范》 1.1. 2.6《石油化工企业设计防火规定》 1.1. 2.7《建筑防火规范》 1.1. 2.8《工业企业煤气安全规程》 1.2 研究范围 平煤集团四、五、六、八、十、十一、十二、十三、首山一矿的煤层气（矿井瓦斯）综合利用，通过瓦斯发动机驱动发电机进行发电，对其进行可行性分析。 主要技术原则：①机组选型为低浓度瓦斯发电机组500GF－RW型②十矿设5000m3储气罐③主厂房采用封闭式④设备年运行小时数：7200h。 1.3 平煤集团概况 平顶山市位于河南省中南部，西依蜿蜒起伏的伏牛山脉，东接宽阔平坦的黄淮平原，南临南北要冲的宛襄盆地，北连逶迤磅礴的嵩箕山系。 地理坐标：北纬33°08′～34°20′，东经112°14′～113°45′之间，总面积7882平方公里。中心市区位于北纬33°40′～33°49′，东经113°04′～113°26′，东西长40公里，南北宽17公里，面积453平方公里，以建在"山顶平坦如削"的平顶山下而得名。市区距省会郑州铁路里程218公里，公路里程135公里。市党政机关驻中心市区。1957年经国务院批准建市，是河南省省辖市之一。 平顶山市是河南省工业基地之一，工业基础雄厚，全市有大中型企业50家。其中平顶山煤业（集团）有限责任公司，年产原煤2000万吨，是全国第二大统配煤矿；中国神马集团有限责任公司年产尼龙六六盐两万吨，锦纶帘子布五万吨，是世界三大帘子布生产企业之一；姚孟发电有限责任公司，装机容量120万千瓦，是华中电网大型骨干火电厂之一；舞阳钢铁公司是我国第一家生产特宽特后钢板的重点企业；天鹰集团有限责任公司是全国生产高压电器的三大主导厂家之一，产品国内市场占有率达80%。平顶山市现已形成了以煤炭、电力、钢铁、纺织、机械、化工、建材、食品等门类为主体产业的工业体系。 平顶山地处京广和焦枝两大铁路干线之间，横贯市区的漯宝铁路把两条大动脉相连接，货物年吞吐量 3000 余万吨，客运量 4000 余万人。全市境内公路通车里程 4175 公里，铁路 409 公里。周边三个航空港，其中新郑国际机场距平顶山只有 100 公里，并有高速公路相通，可直达日本、香港和国内30多个大中城市，形成空中和地上便利的交通条件。 平顶山市属暖温带大陆性季风气候，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季炎热，秋季晴朗，日照充足。 煤层气测定方法(解吸法) 四川省煤田地质工程勘察设计研究院 中华人民共和国煤炭工业部 煤层气测定方法（解吸法） 一、主题内容与适用范围 本标准规定了在煤田地质勘探阶段利用煤芯煤样采用解吸法测定煤层气的方法。 本标准适用于正常钻进的钻孔和井下煤芯中气体的测定。 本标准不适用于严重漏水钻孔、煤层气喷出钻孔和井下倾斜钻孔煤芯中气体的测定，也不适用于岩芯中气体的测定。 二、引用标准 GB 474 煤样的制备方法 三、煤样的采取和野外煤层气解吸速度的测定 （一）采取煤样前的准备工作 1、密封罐使用前应洗净、干燥。检查压垫和密封垫是否可用，必要时予以更换。检查密封罐的气密性，在300～400kPa下应没有漏气现象。严禁使用润滑油。 2、解吸仪使用前，应用吸气球提升量管内的水面至零点，关闭螺旋夹放置10min 后，量管内的水面应不下降。 （二）煤样的采取 1、使用煤芯采取器（简称煤芯管）提取煤芯，一次取芯长度应不小于0.4m。在钻具提升过程中，应向钻孔中灌注泥浆，保持充满状态，并应尽量连续进行。如果因故中途停机，孔深不大于200m时，停顿时间不得超过5min；孔深超过200m时，停顿时间不得超过10min。 2、煤芯提出孔口后，应尽快拆开煤芯管，把采取的煤样装进密封罐。煤芯在空气中的暴露时间不得超过10min。 3、取出煤芯后，对于柱状煤芯，应采取中间含矸少的完整部分；对于粉状和块状煤芯，应剔出矸石、泥皮和研磨烧焦部分。不得用水清洗煤样，保持自然状态将其装入密封罐内，装入时不得压实，煤样距罐口约10mm。 4、先将穿刺针头插入罐盖上部的压垫，拧紧罐盖的同时记录煤样装罐的时间。再将解吸仪排气管与穿刺针头连接，立即打开弹簧夹，同时记录开始解吸时间。从拧紧罐盖到打开弹簧夹的时间间隔不得超过2min. 5、采样时应将有关事项填入附录A表中。 （三）野外煤层气解吸速度的测定 1、密封罐1通过排气管与解吸仪相连接后，立即打开弹簧夹，随即有从煤样中泄出的气体进入量管，打开水槽的排水管，用排水集气法将气体收集在量管内。 75 第13卷第2期重庆科技学院学报（自然科学版）2011年4月 收稿日期：2010-11-29 基金项目：国家重大专项（2008ZX05022-005） 作者简介：胡进科（1985-），男，四川合江人，西南石油大学在读硕士研究生，研究方向为页岩气储层保护理论与技术、欠平衡钻 完井。 页岩是一种渗透率极低的沉积岩，通常被认为是油气运移的天然遮挡。在含气油页岩中，天然气产自其中，页岩既是气源岩，又是储层。天然气可以储存在页岩岩石颗粒之间的孔隙空间或裂缝中，也可以吸附在页岩中有机物的表面上。我国页岩气勘探开发起步较晚，尚有待进一步发展完善。美国是世界上勘探开发页岩气最成功的国家。在此我们对国外页岩气勘探开发现状进行分析，以资借鉴。 1资源量概况 从全球范围来看，页岩气拥有巨大的资源量。 据统计，全世界的页岩气资源量约为456.24× 1012m 3，相当于致密砂岩气和煤层气资源量的总 和，具有很大的开发潜力，是一种非常重要的非常规资源[1]。页岩气资源量占3种非常规天然气（煤层气、致密砂岩气、页岩气）总资源量的50%左右，主要分布在北美、中亚和中国、中东和北非、拉丁美洲、前苏联等地区，与常规天然气相当。页岩气的资源潜力甚至还可能明显大于常规天然气。世界各地区非常规天然气分布和资源量情况如表1和图1所示，图1中1tcf=2.8317×1010m 3。 2 勘探开发情况 2.1 勘探 勘探方面主要采用地震勘探技术。高分辨率三 维地震技术有助于准确认识复杂构造、储层非均质 国外页岩气勘探开发综述 胡进科 李 皋1 陈文可2 姚 远3 蒋延娜4 （1.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都610500； 2.中石化江苏油田钻井处泥浆公司，扬州225263； 3.中石化胜利油田钻井泥浆公司，东营257064； 4.中石化西南石油局地质录井公司，绵阳621605) 摘要：美国是世界上勘探开发页岩气最成功的国家，主要采用水平井+水力压裂进行开发。调研表明，页岩气资源 量约占全球非常规天然气资源量的一半。国外页岩气勘探主要采用三维地震和微地震技术优化设计，已形成一套资源评价系统。国外钻井选择直井和水平井两种方式。完井储层改造多采用裸眼、筛管等完井方式，配合大型水力压裂改善页岩的超低渗透率。 关键词：页岩气；钻井；完井；储层改造中图分类号：TE132 文献标识码：A 文章编号：1673-1980（2011）02-0072-04表1 世界各地区非常规天然气资源量分布情况 m 3 地区页岩气 煤层气致密砂岩气合计 北 美 108.7×10 12 85.4×10 12 38.8×1012 232.9×1012拉丁美洲59.9×1012 1.1×101236.6×101297.6×1012中欧+西欧15.5×10127.7×101212.2×101235.4×1012前苏联17.7×1012112.0×101225.5×1012155.2×1012中东+非洲79.9×1012 1.1×101245.5×1012126.5×1012中亚+中国99.8×101234.4×101210.0×1012144.2×1012太平洋地区65.5×101213.3×101220.0×101298.8×1012其他亚太地区8.9×1012 1.1×101221.0×101231.0×1012全世界456.0×1012256.1×1012 209.6×1012 921.7×10 12 图1 页岩气全球资源分布情况 第五章煤层气产出过程 煤层气井的排采过程与常规天然气井显然不同，通常具有一个产气高峰期。这种差异，起源于煤层气主要以吸附状态赋存。 第一节主要内容： 在煤层气开采初期一般要进行“脱水”处理，即所谓的“排水降压”过程，目的是诱导煤层气的解吸、扩散、渗流作用由高势能方向往低势能方向连续进行。 一、煤层气流动机理 煤层气产出包括三个相互联系的过程，即解吸、扩散与渗流。 地下水的采出使煤层气压力降低。当煤层压力降低到一定程度时，煤中被吸附的气体开始从微孔隙表面分离，即解吸。解析气浓度在解吸面附近较高，在裂隙空间中较低。因此，煤层气会在浓度梯度的驱动下，通过孔隙—微裂隙系统向裂隙空间扩散。在煤层中，可能有三种扩散机理：以分子之间相互作用为主的体积扩散，以分子—表面相互作用为主的Knudsen扩散，基质表面的吸附气层表面扩散。 按照煤层中发生的物理过程，煤层气产出相继经历了三个阶段： 第一阶段，水的单相流。在此阶段，煤层裂隙空间被水所充满，为地下水单相流动阶段。 第二阶段，非饱和单相流。这一阶段，裂隙中为地下水的非饱和单相流阶段，虽然出现气—水两项阶段，单只有水相才能够连续流动。 第三阶段，气—水两相流。随着储层压力下降和水饱和度降低，水的相对渗透率不断下降，气的相对渗透率逐渐升高。最终，在煤层裂隙系统中形成了气—水两相达西流，煤层气连续产出。 上述三个阶段在时间和空间上都是一个连续的过程。随着排采时间的延长，第三阶段从井筒沿径向逐渐向周围的煤层中推进，形成一个足以使煤层气连续产出的降压漏斗。 二、煤层气开采过程 原始地层条件下，煤层及其围岩中地下水一般较多，储层压力大致等同于水 纳米二氧化钛研究现状【摘要】 本文简述了纳米TiO 2的常见应用，纳米级TiO 2 的优良性能，特备是化学稳定性 及热稳定性等方面性质。重点综述了纳米TiO 2 常见制备方法，例如溶胶—凝胶法、气相法、液相法等。并阐述纳米TiO2的光催化性质及应用前景。 【关键词】 纳米TiO 2 ；溶胶—凝胶法；气相法；液相法；光催化 【正文】 一、前言 二十世纪纳米技术兴起并迅速发展，由于纳米材料的独特性质使它在科学技术领域占据重要地位。我们把粉体粒径小100nm 的粉体称作纳米粉体。纳米粉体具有宏观块材所没有的奇特性质，如量尺寸效应，宏观隧道效应等。这些奇 特的性质决定了纳米粉体的广阔运用前景。纳米粉体中纳米TiO 2 粉体目前在能源、化工、冶金、半导体材料、光催化材料、太阳能的储存与利用、光化学转换、 精细瓷等方面得到广泛应用，所以合成纳米TiO 2 已经成为人们广泛关注的热点。 纳米TiO 2 的制备方法有气相法、液相法。此两种方法各有其优缺点。气相法制 备的TiO 2 纳米粒径小，单分散性好但能耗大，成本较高。与气相法相比液相法 制备纳米TiO 2方法简单、易操作、成本低，但制备的TiO 2 纳米形貌不易控制。 本文综述了近年来制备纳米TiO 2 的常见方法，客观的分析和评价了各种方法的优缺点。 二、纳米TiO 2 的性能 纳米TiO 2有白色和透明状的两种颗粒，常见的TiO 2 粉体有金红石、锐钛矿、 板钛矿等3 种晶型。其中金红石和锐钛矿是四方晶系，板钛矿是正交晶系。纳米TiO 2 化学性能稳定，常温下几乎不与其它化合物反应，不溶于水和稀酸，在一定 条件下微溶于碱和热硝酸，纳TiO 2热稳定性也比较好。纳米TiO 2 的一个显著特点 是他具有半导体性质，它的禁带宽度较宽，其中锐钛矿为3.2eV，金红石为3.0eV， 当吸收一定波长的光子后价带中的电子就会被激发到导带，形成带负电的高活性电子e-，同时在价带上产生带正电的空穴h+ 三、纳米二氧化钛的制备 制备纳米TiO2的方法很多。根据物质的原始状态可分为：固相法、液相法、气相法；根据研究纳米粒子的学科可分为：物理方法、化学方法、物理化学方法；根据制备技术可分为：机械粉碎法、气体蒸发法、溶液法、激光合成法、等离子体合成法、射线辐照合成法、溶胶—凝胶法等。 3.1等离子体法 等离子体法是通过激活载气携带的原料形成等离子体，再加热反应生成超微粒子的方法。以TiCl 4 为原料，氢气为载气，氧气为反应气体，应用频率为2450MHz 的微波诱导可合成有机膜包裹的TiO 2 。1992年，日本东北大学采用等离子体（ICP）喷雾热解法以Ti的氯化物为原料制得了Ti的氧化物的超微粉。等离子体喷雾法是利用等离子体喷枪能产生50000K高温的特点，将这种喷枪的喷出物急骤冷却而生成纳米级的超微粒子。 编订：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 煤层气开采模式探讨 Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑 文件编号：KG-AO-2143-96 煤层气开采模式探讨 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 20xx年国家煤矿安全监察局制定了“先抽后采，以风定产，监测监控”的煤矿瓦斯防治方针，强化了瓦斯抽采在治理瓦斯灾害中的地位。但目前的井下瓦斯抽采远远不能满足瓦斯治理的要求，“地面钻采”煤层瓦斯日益提上日程。如何将“地面钻采+井下抽采”有机结合，则是摆在我们面前的难题。本文在分析了两种开采模式差异基础上，利用“系统工程事故树分析法+多层模糊数学综合评价法”，最后提出了不同类型矿井的煤层气开采模式。 1 两种开采模式的异同 1.1 开采机理的差异 (1)井下煤层气抽采机理。所谓井下煤层气抽采就是借助煤炭开采工作面和巷道，通过煤矿井下抽采、采动区抽采、废弃矿井抽采等方法来开采煤层气资源。 井下煤层气抽采机理是：当煤层采动以后，破坏了原岩石力学平衡，造成了煤层的卸压，由于瓦斯气体90%以上以物理吸附状态存在于煤层中，为了继续保持平衡，煤层中的瓦斯涌出，通过人工改造使其成为密闭系统，从而持续维持卸压区域．这样，煤层瓦斯将源源不断被抽出。由此可见：使井下煤层气得以抽采的2个基本条件是：在小范围内有足够的煤层气资源及使煤层瓦斯得以释放的煤层透气性大小。 (2)地面钻采煤层气机理。地面钻采煤层气就是利用垂直井或定向井技术来开采原始储层中的煤层气资源。地面钻采煤层气的机理是：当储层压力降低到临界解吸压力以下时，甲烷气体从煤基质微孔隙内表面解吸出来；由于瓦斯浓度差异而发生扩散到煤的裂隙系统，最后以达西流形式流到井筒。解吸是煤层气进行地面钻采的前提，降压是解吸的前提。由此可见：地面钻采煤层气能否发生的根本在于煤层气是否能降压解吸。 1.2 实施方法的不同 1.煤层气勘探开发的意义 a.能源意义：煤层气是一种新型的洁净能源，其勘探开发可以弥补常规能源的不足。 b.安全与减灾的意义：煤层气严重影响着我国的煤矿生产安全。在煤炭开采前预先进行煤层气的抽采，有利于降低煤矿生产过程中的瓦斯灾害事故。 c.环境意义：煤层气开发降低了煤炭开采中的瓦斯排放，从而降低了由其产生的温室效应。 d.形成的支柱产业：煤层气的利用不仅仅在民用方面，已广泛用于各个领域，如煤层气发电、汽车燃料、锅炉改造、工业用气、煤化工项目等。可以有利于衰老煤矿区专业，发展新型的相关产业，缓解转岗就业困难，成为新的经济增长点。 e．巨大的经济意义：低敏啊煤层气开发预先抽放了瓦斯，可大大降低采煤过程中的瓦斯治理费用。欲抽瓦斯，降低了煤矿瓦斯事故，由此产生显著的社会效益。 2.煤层气的形成过程 a．泥炭话作用和成岩作用阶段：在微生物通过微生物的作用，有机质泥炭煤等部分转化为煤层气。按形成阶段可以分为原始生物成因气和次生生物成因气。气体成因：生物成因气 b．变质作用阶段：气体成因：热成因气。摆阔原生热成因气和次生热成因气。原生热成气指由煤生成并就地储存的热成因气，保持了煤层气的原始祖坟和同位素组成，从烃源岩角度，主要包括热降解气（0.5% I If 编号：SM-ZD-16333 煤层气开米模式探讨 Orga nize enterp rise safety man ageme nt planning, guida nee, inspection and decisi on-mak ing. en sure the safety status, and unify the overall plan objectives 编制: 审核: 时间: 本文档下载后可任意修改 煤层气开采模式探讨 简介：该安全管理资料适用于安全管理工作中组织实施企业安全管理规划、指导、检查和决策等事项，保证生产中的人、物、环境因素处于最佳安全状态，从而使整体计划目标统一，行动协调，过程有条不紊。文档可直接下载或修改，使用时请详细阅读内容。 20xx年国家煤矿安全监察局制定了“先抽后采，以风定 产，监测监控”的煤矿瓦斯防治方针，强化了瓦斯抽采在治理瓦斯灾害中的地位。但目前的井下瓦斯抽采远远不能满足瓦斯治理的要求，“地面钻采”煤层瓦斯日益提上日程。如何将“地面钻采+井下抽采”有机结合，则是摆在我们面前的难题。本文在分析了两种开采模式差异基础上，利用“系统工程事故树分析法+多层模糊数学综合评价法”，最后提出了不同类型矿井的煤层气开采模式。 1两种开采模式的异同 1.1开采机理的差异(1)井下煤层气抽采机理。所谓井下煤层气抽采就是借助 煤炭开采工作面和巷道，通过煤矿井下抽采、采动区抽采、废弃矿井抽采等方法来开采煤层气资源。井下煤层气抽采机理是：当煤层采动以后，破坏了原岩石力学平衡，造成了煤层的卸压，由于瓦斯气体90%以上以物理吸附状态存在于煤层中，为了继续保持平衡，煤层中的瓦斯涌出，通过人工改造使其成为密闭系统，从而持续维持卸压区域.这样，煤层瓦斯将源源不断被抽出。由此可见：使井下煤层气得以抽采的2个基本条件是：在小范围内有足够的煤层气资源及使煤层瓦斯得以释放的煤层透气性大小。 (2)地面钻采煤层气机理。地面钻采煤层气就是利用垂直 井或定向井技术来开采原始储层中的煤层气资源。地面钻采煤层气的机理是：当储层压力降低到临界解吸压力以下时，甲烷气体从煤基质微孔隙内表面解吸出来；由于瓦斯浓度差异而发生扩散到煤的裂隙系统，最后以达西流形式流到井筒。 解吸是煤层气进行地面钻采的前提，降压是解吸的前提。由此可见：地面钻采煤层气能否发生的根本在于煤层气是否能降压解吸。 煤层气井的生产管理 摘要：文章主要结合西区40口井排采经验和教训参照国内外煤层气井排采的成功经验，对煤层气井的生产管理进行总结。 关键词：煤层气；排采技术；生产管理 煤层气是一种储存于煤层及其邻近岩层中的自生自储式为主的非常规天然气，热值与天然气相当，因此，煤层气是一种热值高、污染少、安全性好的洁净能源，是上好的民用、商用、发电燃料和化工原料。煤层气的储集性能及力学特征与常规天然气的储层有明显的区别，煤层气在煤层中的储集主要是以吸附状态存在于煤层表面的，从而造成开发煤层气的钻井、完井、排采等技术有着一系列的特殊性，特别是煤层气井的排采与油气的排采有着本质的区别。所以排采设备与地面流程设施有着与油气井的不同之处。 1 煤层气井排采 煤层气主要是吸附在煤层表面的，少部分游离在煤层中的裂隙中。在排水降压阶段煤层气通过微孔隙扩散到裂隙中，煤层流体的运移规律决定了煤层气的产出特点，煤层气井产出的煤层气和水量的变化可分为三个阶段，即：排水降压阶段、稳定生产阶段、气产量下降阶段。 煤层气的产出机理决定了煤层气排采时必须进行排水工作，这不仅降低了储层压力，同时也降低储层含水饱和度，使储层裂隙更好的沟通，形成煤层气产出通道，从而增强解吸气体通过煤层裂隙向井桶内运移的能力，最终达到提高产气量的目的。目前，西区40口井已连续排采8 a，仍处于稳定产气阶段，平均单井日产气量达到2 200 m3。 1.1 煤层气井排采设备 常规的煤层气单井地面排采设备包括了供电系统、游梁式抽油机（抽油机型号和电机功率视井深而定）、电力控制柜、井口装置、气水分离器、煤层气管输设备、污水处理系统。 煤层气排采井所采用的井下设备包括：丝堵、筛管、尾管、冲程为3.0 m的Φ38或Φ44 mm的防砂防卡活塞式抽油泵、2.5寸油管，以上各部件按从下至上的顺序依次连接下入煤层气井内，最后将油管连接到油管悬挂器上并悬挂在井口大四通上。再依次下活塞、抽油杆组合、光杆等设备，安装井口，按泵挂深度调整防冲距，将光杆通过方卡子悬挂在抽油机悬绳器上。 煤层气井排采的整套设备在国内主要采用的是在游梁式抽油机的往复运转下，通过抽油杆带动井底活塞在泵筒内上下抽吸，而其中的游动凡尔和固定反尔的分别开合，控制液体只能向井筒上方运动，从油管抽出的水通过水管线进入污水处理系统。 国外煤层气开发技术新进展改善勘探开发 2011-11-14 13:36:39 全球石油网 内容摘要：当前国际能源供需矛盾突出，能源安全日益成为各国关注的焦点，煤层气勘探开发聚焦了世界的目光。Big Cat 目前正和澳大利亚的一个业务供应商进行商讨评价，将ARID 井内含水层回注系统用于澳大利亚的煤层气产出水处理。 当前国际能源供需矛盾突出，能源安全日益成为各国关注的焦点，煤层气勘探开发聚焦了世界的目光。主要大国出于经济和政治利益的考虑，加大了对煤层气的投入。煤层气在采矿业被看作是危险的因素，但作为一种储量丰富的清洁能源，煤层气有巨大的发展潜力。发达国家煤层气勘探开发技术日趋成熟，通过对世界煤层气资源勘探开发现状的研究，实现煤层气资源的优化利用，改善勘探开发效果。最近的一些技术新进展正在成为我们开发这一非常规资源的得力助手。其中有些方法源于对常规油气作业中所使用的技术方法的改进，有些则是针对煤炭的独有特征而专门设计的新型技术方法。 1. 煤层气新型压裂液技术 水力压裂是煤层气增产的首选方法，美国2/3 以上的煤层气井采取水力压裂技术进行改造，以提高产量。传统压裂液能够改变煤层基质的润湿性，不利于煤层脱水。斯伦贝谢公司新型CoalFRAC 压裂液技术，添加专为煤层气生产开发的CBMA 添加剂，能够加强煤层脱水。这种添加剂不仅能够保持煤层表面的润湿性，还能减少微粒运移。添加到常规增产液的表面活性剂会改变地层流体性质，并影响对启动煤层气生产至关重要的脱水过程。斯伦贝谢公司针对煤层气储层开发的CBMA 添加剂可以优化脱水，并有助于控制生产过程中的微粒。微粒会降低产液量，堵塞井筒，损坏生产设备。黑勇士（Black Warrior）盆地的煤层气井在开始脱水后不久就显示出CoalFRAC压裂液的增产效果—比周围那些用其他压裂液处理的井产量高38%。 2. 注CO2 提高煤层气产量技术 注气开采煤层气就是向储层注入N2、CO2、烟道气等气体，其实质是向煤层注入能量,改变压力传导特性和增大或保持扩散速率不变,从而达到提高产量和采收率的目的。煤基质表面对气体分子的吸附能力是一定的,向煤层中注入氮气、二氧化碳气,其气体分子会在一定程度上置换甲烷分子,使甲烷分子脱离煤基质束缚而进入游离状态,混入流动的气流中,从而达到提高煤层气产量的目的。 西南地区碳封存合作伙伴（SWP）在美国新墨西哥州北部圣胡安盆地Pump Canyon地区进行先导试验，将CO2注入到难以采掘的深煤层进行埋存，同时提高煤层气的产量（ECBM），目的是为了测试CO2 提高煤层气产量以及埋存的效果。试验由康菲石油公司实施，在一个现有的煤层气开采井网中，新钻了一口CO2 注入井，深度达到白垩纪晚期Fruitland 煤层。康菲公司在井中部署了各种监测、验证和计算（MVA）设备，用来跟踪CO2 的运移轨迹，并实施了一个详细的地质描述和油藏模拟方案，用来再现和理解地层煤层气的开采与利用
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