1、吸附气,煤层区别于常规天然气储层的主要特征是,大部分气体以吸附的方式储存于煤层中。经测算,吸附状态的气占煤中气体总量的80%~95%,具体比例取决于煤的变质程度、埋藏深度等因素(张新民等,1991)。在我国,中、高变质程度的烟煤和无烟煤中实测煤层气含量(干燥无灰基)为10~30cm3/g,最高可达36cm3/g,甚至更高;据测算,煤层的储气能力是同体积常规砂岩储气能力的2~3倍。煤中吸附气含量,可以用直接法,通过煤样解吸试验得到;也可用以用间接法,通过Langmuir方程计算求得。
2、游离气,在气饱和的情况下,煤的孔隙和裂隙中充满着处于游离状态的气体。这部分气服从一般气体状态方程,由于甲烷分子的自由热运动,因而显现出气体压力。游离气的含量取决于煤的孔隙(裂隙)体积、温度、气体压力和甲烷的压缩系数。煤中游离气的含量不大。据前苏联科学院艾鲁尼等人的资料,中等变质程度的煤,在埋深300~1200m的范围内,其游离气仅占总含气量的50%~12%。
3、水溶气,水对甲烷有一定的溶解能力。根据煤炭科学研究总院西安分院在20世纪80年代后期进行的系统甲烷水溶试验的结果(表5.9)。与其他气体相比,甲烷在水中的溶解度是较小的。例如,在0℃和常压下,甲烷在水中的溶解度为0.055L/L,而相同条件下乙烷在水中的溶解度为0.098L/L,二氧化碳为1.713L/L,硫化氢为2.67L/L。可以看出,甲烷在水中的溶解度仅为二氧化碳的1/30。尽管如此,当溶解度低的甲烷溶于大量的地下水中,就会有巨大的气体从气藏中运移出去,引起甲烷的散失。在自然界,煤层常常为含水层,当储层压力低到足以使气体能够从煤中解吸出来时,甲烷会因地下水的运动而从煤层中运移出去。
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