淺析煤層氣含量測試技術及測試質量影響因素分析

喬冰

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

關鍵詞：煤層氣含量;測試技術;測試質量;影響因素

煤層氣，也就是人們日常生活中提到的“瓦斯”，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。甲烷其中一個值得大家關注的化學性質就是易燃易爆炸，數據資料顯示，當甲烷和空氣以6%-15%濃度混合時，遇到火源就會發生爆炸。因此，發生甲烷爆炸是煤礦開發過程中最為常見的安全事故之一，會造成嚴重的經濟損失以及重大的人員傷亡。但是如果在進行煤礦開采之前首先進行煤層氣的開采和開發，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生一定的經濟效益。因此，需要對煤層氣進行科學合理的開發，為進一步開采煤層氣提供科學的依據。

1 煤層氣含量測試技術

從新中國成立至今，我國科研人員以及有關工作人員就一直堅持不懈的進行煤層氣含量測試方法、測試技術的研究，并取得了較為長足的進步。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驗室來測定樣本煤的等溫吸附常數等數據，然后利用有關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行詳細分析。

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步驟：①向待檢測的煤層中以低于煤層破裂壓力的注入嚴厲恒定的注入一定體積的水，使得煤井周圍產生一個壓力高于原來煤層內部的區域;②關閉煤井，來進一步檢測注水期和煤井內部的壓力隨時間變化而變化的關系，通過相關分析來計算出煤層氣含量參數。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單向流動，這就可以利用相關的分析方法來進行分析，該方法操作較為簡單，且結果的可靠性也較高，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

水罐測試法其實本質來說是注入/降壓測試法的一種優化版本，其適用于高滲透水飽和的煤層。和標準的注入/降壓測試法，水罐測試法用價格低廉的水罐來代替造價較高的水泵，降低了測試過程中費用;其次，水罐測試法是需要確定水罐的大小就可以，不需要準確的計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部的液體在重力作用下，將水罐中的水持續的注入待測煤井中，使得煤井的周圍產生一種水飽和的狀態，用壓力作用強迫產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階段的數據進行收集分析，通過相關公式計算來獲得所需要的數據。水罐測試法主要的優勢在于成本更為低廉、操作很簡單，測試的成功率較高，同時還會避免注入/降壓測試法可能產生的地裂的危險。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注入流通或者從煤井中瞬間抽出一定的流體，觀測整個煤井在動高壓（低壓）中恢復到原來正常壓力這一過程中壓力隨時間變化的關系，通過相關的計算方法來計算滲透率等相關參數。段塞測試法主要常見于原始地層壓力較低的環境中。該方法成本較為低廉、實際設計和操作設備都較為簡單，易于操作、而且收集的數據進行分析也相對簡單，但是段塞測試法的缺點也較為明顯，例如，檢測的時間較長、對于環境要求較高、可以檢測的半徑較小。

1.4 氣相色譜測試技術

氣相色譜測試技術是間接測量煤層氣含量的技術手段之一，氣相色譜法的原理就是利用不同物質的吸附能力、溶解能力等物理性質的不同，對混合物中各個成分進行分離的方法。因此，可以利用氣相色譜法，根據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，進而實現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檢測器等。其優勢在于操作簡單、結果準確、且對環境污染較小，但是該方法對于測量設備的要求較高、增加測量成本。

2 煤層氣測試質量的影響因素分析

2.1 測試環境溫度的影響

自然解吸氣都是在恒溫的環境中進行的，所有觀測氣體的體積都是需要進行標準狀態的更正。但是在實際的煤層氣測試中，由于觀測氣體的時間較短，通常只有數秒鐘就可以完成，在進行后續的分析和計算的過程中都會根據標準環境溫度下進行。但是，我國基本都是在室外進行煤層氣的檢測工作，這樣受到環境溫度的影響就會較大，室外環境溫度下測試出的結果會與標準環境溫度的公式計算出的結果存在一定的誤差。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，因此當室外環境溫度與儲層的標準溫度的差異越大，產生的誤差也就越大。例如，在東北的冬季進行解吸氣測試時，其室外溫度與儲層溫度之間的溫度差甚至可以高達幾十度之上，這就容易產生非常大的測量誤差。

2.2 損吸氣時間對吸附時間的影響

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數據。根據吸附時間的相關概念，煤層氣解吸的速度越快，吸附時間就越短;解吸速度越慢，吸附的時間也就越長。根據前人的相關研究可以知道，煤芯樣品在自然解吸的過程中，其解吸速度是呈現動態變化，初始時段的解吸速度最快，末期的解吸速度最快。

對于同一待測樣品來說，損吸氣的時間會影響自然解吸的初始階段的解吸速度，損吸氣時間越長造成的吸附時間也會相應增加，損吸氣時間越短計算得到的吸附時間也就相應減少。另外，對于不同的煤層待測樣品來說，其內部的空隙結構等等都會有所不同，其初始的解吸氣時間也會不同，這也會影響煤層氣的吸附時間。當待測煤層樣品中煤層氣的含量相對較低時，這時候損吸氣時間對于吸附時間的影響更為顯著。

2.3 人工觀測的影響

上述的四種方法都是通過監測壓力來排除煤井內部的氣體或者煤井內部的壓力隨時間的變化情況來計算煤層氣的相關技術參數，這些所有的檢測結果都是需要人工來進行觀測記錄。觀測氣體體積的量筒的刻度最小的規格為每格代表5mL，由于環境以及人眼觀測能力的存在一定的現值，所以會存在一定程度的讀數和測量誤差。同時壓力隨時間的變化關系也會因為操作人員的原因產生一定的誤差，這些都會影響最后的觀測和計算結果。另外，觀測人員以及操作人員的工作態度、疲勞程度和專業技術水平的高低也會對觀測值產生一定程度上的影響。

3 相關建議分析

在進行煤層氣含量測試的時候一定要按照相關的國家規定和技術標準來進行，由于環境溫度、解吸氣時間和觀測人員自身等多種因素都會對煤層氣的含量測試結果產生影響，因此在進行煤層氣含量測試的時候一定要嚴格遵守標準規范來進行。其次，建議將解吸場所的環境溫度控制為儲層的溫度，避免溫差等因素對煤層氣含量的測試結果產生相關的影響作用;最后應該加強對于檢測分析人員的技術培訓，提高相關工作人員的積極性，端正其工作態度，另外有關部門應該加快研發精準度更高的測量儀器設備，從儀器本身來降低誤差產生的概率。

4 結束語

綜上所述，煤層氣含量測試的準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，簡單分析各種方法的優劣，緊接著提出了當前煤層氣含量測試中影響測試質量三個因素，最后提出了相應改進措施和建議，希望可以為煤層氣含量的測試工作提供理論指導，提高煤層氣含量測試結果的準確性。

參考文獻：

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