浅析煤层气含量测试技术及测试质量影响因素分析

乔冰

摘 要：本文介绍目前我国的煤层气含量测试技术，并结合实际的情况来分析影响煤层气含量测试质量的有关因素以及测试误差产生的原因，最后提出针对性的措施来减少误差、保证可以准确获取煤层气含量。

关键词：煤层气含量;测试技术;测试质量;影响因素

煤层气，也就是人们日常生活中提到的“瓦斯”，其主要成分为甲烷，其与天然气不同，煤层气主要吸附在煤层之中。甲烷其中一个值得大家关注的化学性质就是易燃易爆炸，数据资料显示，当甲烷和空气以6%-15%浓度混合时，遇到火源就会发生爆炸。因此，发生甲烷爆炸是煤矿开发过程中最为常见的安全事故之一，会造成严重的经济损失以及重大的人员伤亡。但是如果在进行煤矿开采之前首先进行煤层气的开采和开发，就是大幅度降低煤矿中甲烷爆炸这一安全隐患，另外，煤层气的开采其本身也可以产生一定的经济效益。因此，需要对煤层气进行科学合理的开发，为进一步开采煤层气提供科学的依据。

1 煤层气含量测试技术

从新中国成立至今，我国科研人员以及有关工作人员就一直坚持不懈的进行煤层气含量测试方法、测试技术的研究，并取得了较为长足的进步。目前，我国的煤层气含量测试方法主要可以分为直接法和间接法这两大类。简单来说，直接法就是直接测试样本中的解吸气的成分和体积等。间接法主要就是在实验室来测定样本煤的等温吸附常数等数据，然后利用有关的公式模型来推算煤层气的含量。本研究选择其中较为常用方法来进行详细分析。

1.1 注入/降压测试法

注入/降压测试法是一种单井压力瞬变的测试方法，其可以用于高/低储层，是目前煤层气含量测试中较为常用的测试方法之一。注入/降压测试法具体的操作流程可以分为注水和降压这两个步骤：①向待检测的煤层中以低于煤层破裂压力的注入严厉恒定的注入一定体积的水，使得煤井周围产生一个压力高于原来煤层内部的区域;②关闭煤井，来进一步检测注水期和煤井内部的压力随时间变化而变化的关系，通过相关分析来计算出煤层气含量参数。注水的过程提高了待测煤层的压力，使得在测试过程中水流呈现单向流动，这就可以利用相关的分析方法来进行分析，该方法操作较为简单，且结果的可靠性也较高，基本可以使用于各种地层的煤层气含量分析。

1.2 水罐测试法

水罐测试法其实本质来说是注入/降压测试法的一种优化版本，其适用于高渗透水饱和的煤层。和标准的注入/降压测试法，水罐测试法用价格低廉的水罐来代替造价较高的水泵，降低了测试过程中费用;其次，水罐测试法是需要确定水罐的大小就可以，不需要准确的计算向煤井中注入的水的含量，操作相对更为简单。水罐测试法主要是依靠水罐内部的液体在重力作用下，将水罐中的水持续的注入待测煤井中，使得煤井的周围产生一种水饱和的状态，用压力作用强迫产生从水罐到待测煤井的单向流向。同样也是对注水和降压这两个阶段的数据进行收集分析，通过相关公式计算来获得所需要的数据。水罐测试法主要的优势在于成本更为低廉、操作很简单，测试的成功率较高，同时还会避免注入/降压测试法可能产生的地裂的危险。但是该方法的适用范围相对有效，只适用于高渗透的煤层。

1.3 段塞测试法

段塞测试法就是快速的向待测煤井内注入流通或者从煤井中瞬间抽出一定的流体，观测整个煤井在动高压（低压）中恢复到原来正常压力这一过程中压力随时间变化的关系，通过相关的计算方法来计算渗透率等相关参数。段塞测试法主要常见于原始地层压力较低的环境中。该方法成本较为低廉、实际设计和操作设备都较为简单，易于操作、而且收集的数据进行分析也相对简单，但是段塞测试法的缺点也较为明显，例如，检测的时间较长、对于环境要求较高、可以检测的半径较小。

1.4 气相色谱测试技术

气相色谱测试技术是间接测量煤层气含量的技术手段之一，气相色谱法的原理就是利用不同物质的吸附能力、溶解能力等物理性质的不同，对混合物中各个成分进行分离的方法。因此，可以利用气相色谱法，根据不同气体的分离温度不同来分离出煤层气中的氧、氮、甲烷等成分，进而实现对于煤层气的含量测定。其在测量过程中需要借助气相色谱仪、色谱工作站以及热导检测器等。其优势在于操作简单、结果准确、且对环境污染较小，但是该方法对于测量设备的要求较高、增加测量成本。

2 煤层气测试质量的影响因素分析

2.1 测试环境温度的影响

自然解吸气都是在恒温的环境中进行的，所有观测气体的体积都是需要进行标准状态的更正。但是在实际的煤层气测试中，由于观测气体的时间较短，通常只有数秒钟就可以完成，在进行后续的分析和计算的过程中都会根据标准环境温度下进行。但是，我国基本都是在室外进行煤层气的检测工作，这样受到环境温度的影响就会较大，室外环境温度下测试出的结果会与标准环境温度的公式计算出的结果存在一定的误差。之前的研究也表明，温度越高，解析速度越快;温度越低，解析的速度就越慢，因此当室外环境温度与储层的标准温度的差异越大，产生的误差也就越大。例如，在东北的冬季进行解吸气测试时，其室外温度与储层温度之间的温度差甚至可以高达几十度之上，这就容易产生非常大的测量误差。

2.2 损吸气时间对吸附时间的影响

煤层气一般是与煤层共生，主要吸附在煤层之上。吸附时间指的就是煤层气从煤层之上解吸出来的快慢的定量指标数据。根据吸附时间的相关概念，煤层气解吸的速度越快，吸附时间就越短;解吸速度越慢，吸附的时间也就越长。根据前人的相关研究可以知道，煤芯样品在自然解吸的过程中，其解吸速度是呈现动态变化，初始时段的解吸速度最快，末期的解吸速度最快。

对于同一待测样品来说，损吸气的时间会影响自然解吸的初始阶段的解吸速度，损吸气时间越长造成的吸附时间也会相应增加，损吸气时间越短计算得到的吸附时间也就相应减少。另外，对于不同的煤层待测样品来说，其内部的空隙结构等等都会有所不同，其初始的解吸气时间也会不同，这也会影响煤层气的吸附时间。当待测煤层样品中煤层气的含量相对较低时，这时候损吸气时间对于吸附时间的影响更为显著。

2.3 人工观测的影响

上述的四种方法都是通过监测压力来排除煤井内部的气体或者煤井内部的压力随时间的变化情况来计算煤层氣的相关技术参数，这些所有的检测结果都是需要人工来进行观测记录。观测气体体积的量筒的刻度最小的规格为每格代表5mL，由于环境以及人眼观测能力的存在一定的现值，所以会存在一定程度的读数和测量误差。同时压力随时间的变化关系也会因为操作人员的原因产生一定的误差，这些都会影响最后的观测和计算结果。另外，观测人员以及操作人员的工作态度、疲劳程度和专业技术水平的高低也会对观测值产生一定程度上的影响。

3 相关建议分析

在进行煤层气含量测试的时候一定要按照相关的国家规定和技术标准来进行，由于环境温度、解吸气时间和观测人员自身等多种因素都会对煤层气的含量测试结果产生影响，因此在进行煤层气含量测试的时候一定要严格遵守标准规范来进行。其次，建议将解吸场所的环境温度控制为储层的温度，避免温差等因素对煤层气含量的测试结果产生相关的影响作用;最后应该加强对于检测分析人员的技术培训，提高相关工作人员的积极性，端正其工作态度，另外有关部门应该加快研发精准度更高的测量仪器设备，从仪器本身来降低误差产生的概率。

4 结束语

综上所述，煤层气含量测试的准确性对于煤层的开采工作有着非常重要的意义和作用。本文主要分析了四种常见的煤层气含量测试的技术，简单分析各种方法的优劣，紧接着提出了当前煤层气含量测试中影响测试质量三个因素，最后提出了相应改进措施和建议，希望可以为煤层气含量的测试工作提供理论指导，提高煤层气含量测试结果的准确性。

参考文献：

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