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煤層气是一种由煤层生成并主要以吸附状态储集于煤层中的非常规天然气
煤层气是一种由煤层生成并主要以吸附状态储集于煤层中的非常规天然气,它的主要成分是甲烷,甲烷一般占95%~98%,故称之为煤层甲烷,在煤矿中又俗称为瓦斯,它是近一、二十年来崛起的优质洁净新能源,逐渐从研究走向开发利用阶段[1]。我国煤层气资源极为丰富,据测算,其资源量约43万亿m3,与天然气的资源量大约相等,依据迄今为止最完整的煤炭资源勘探成果和煤层含气量实测资料,含气量4m3/t以上、埋深小于2000m的煤层气资源总量14.34万亿m3,其中:含气量大于8m3/t的富甲烷煤层气资源量12.44万亿m3,含气量介于4~8 m3/t之间的含甲烷的资源量1.90万亿m3;埋藏深度小于1500m的浅层的煤层气资源量9.26万亿m3,深度为1500~2000m的较深层煤层气资源量5.08万亿m3,且大部分分布于西气东输管运沿线,开发利用前景巨大。我国把煤层气作为一种独立的能源进行研究是从国家“六五”煤成气科技公关项目开始的,经历“七五”、“八五”、“九五”等一系列国家重大科技项目,直到现在。相比美国,我国的煤层气勘探开发是明显落后的,真正意义上进行煤层气的技术研究与开发实验是从20世纪80年代开始的,也就是从80年代开始,我们开始积极引进美国的煤层气开采技术,进行勘探开发试验。2006年,中国将煤层气开发列入了“十一五”能源发展规划,并制定了具体的实施措施,煤层气产业化发展迎来了利好的发展契机。2007年,政府又相继出台了多项扶持政策,鼓励煤层气的开发利用,使得我国煤层气产业迅速发展。据相关文献,全国瓦斯抽采47.35亿立方米,利用14.46亿立方米。其中井下煤矿瓦斯抽采量44亿立方米,完成规划目标的127%。形成地面煤层气产能10亿立方米,是2006年的2倍。地面煤层气产量3.3亿立方米,比2006年增加1倍多。2005~2007年,全国共钻井约1700口,占历年累计钻井总数的85%。截至2007年底,国内探明煤层气地质储量1340亿立方米,煤层气年商业产量不足4亿立方米。根据《煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十一五”规划》,到2010年,预计新增煤层气探明地质储量3000亿立方米;煤层气、煤矿瓦斯抽采量100亿立方米。重点建设沁水盆地、鄂尔多斯盆地东源两大煤层气产业化基地[3]。目前,中国煤层气可采资源量约10万亿立方米,累计探明煤层气地质储量1023亿立方米,可采储量约470亿立方米。全国95%的煤层气资源分布在晋陕内蒙古、新疆、冀豫皖和云贵川渝等四个含气区,其中晋陕内蒙古含气区煤层气资源量最大,为17.25万亿立方米,占全国煤层气总资源量的50%左右[4]2在研究煤的物质组成和煤储层的物性方面,我国科研人员做了大量的工作。张维嘉根据野外和矿井观察统计、显微观测以及压汞、液氮吸附和实验室渗透率测试三个层次的研究成果认为煤层中不同煤岩类型条带的空间分布特征是决定煤层渗透性各向异性的一个重要因素[14]。毕建军等人[15]经过研究也发现割理受煤岩组成的影响,一般只发育的光亮煤分层中,极少延伸到暗淡煤分层。在煤层气开采技术方面主要有四种方法,即常规垂直压裂、采动区地面井、废弃矿井开发及井下瓦斯抽放。常规垂直压裂是目前应用最为广泛的开采技术。我国目前采用的煤层气压裂技术方法主要是在华北柳林等地区进行煤层气勘探开发的基础上,针对厚煤层、煤层应力较顶、底板岩层低的特点总结出来的。由于煤层与普通油气藏的储层特点有较大的差别,煤岩是带有孔隙和割理的双重介质,因而煤岩介质的微观结构和砂岩的结构差异较大,所以煤层压裂与普通的油气藏不同。我国打成第一口多分支煤层气水平井是中原油田钻井公司在山西成功完成了国内第一口多分支煤层气水平井DNP02井的施工。该井有1个主井眼,12个分支井眼。该井的施工是将水平钻井技术用于煤层气开发,为解决煤层抽放瓦斯的技术难题开辟了一条全新的途径。在煤层甲烷的吸附解吸方面,我国在上世纪90年代初以前,国内的煤层气吸附研究主要是为煤矿安全生产服务,所采用的设备和方法以煤炭科学研究总院抚顺分院研制的等温吸附仪为主。取得的研究成果一方面应用于预测煤矿瓦斯突出的危险性;另一方面也应用于煤和煤成气的勘探开发研究中。戴金星等在80年代建立煤成气理论以来,促进了中国煤层气的研究工作,也带动了煤岩吸附气体的研究。在当时的认识条件下,煤吸附研究的一个主要特点是采用干煤样进行实验,曾涌现出一些重要研究成果。刘志钧、钟玲文等讨论了煤级和吸附特征的关系。钟玲文等研究碳含量为75%-93.4%的煤吸附量时发现,碳含量为87%左右时煤的吸附量最低,并且碳含量超过93.4%后煤的吸附能力急剧下降。徐龙君等在研究煤在直流1200V作用下煤的吸附特征时发现,煤的吸附能力降低,其主要原因是外加电场使煤的表面势能增加和煤体温度略有升高。何学秋在研究交变电磁场对煤吸附特
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