煤层气解吸特征-煤层气开采工艺

解吸是指煤中吸附气体由于自由气体压力减小而转变为游离气体的过程。煤层气吸附与解吸几乎完全可逆。

（1）理论解吸气量和理论解吸率

按照煤层气的存在状态（逸散气、解吸气和残余气），逸散气量和解吸气量之和为理论可解吸气量，理论可解吸气量占总含气量的百分比为理论可解吸率。

煤层气甲烷解吸率受煤的吸附势、煤层含气量、储层压力及煤层埋深的影响。我国煤层气解吸率为21.9%～58.1%。

（2）吸附时间和解吸速率

①吸附时间。吸附时间是指标准温度和压力状态下（0℃、1atm），累计解吸出的气体量占总吸附气量（包括残余气）的63.2%所需的时间。吸附时间表征气体从煤储层中运移出来的速度，在很大程度上控制着煤层气的早期生产动态。若煤的吸附时间短，其开采井有可能在短时期内达到产气高峰，有利于缩短开发期，但可能不利于煤层气的长期稳产。

吸附时间可通过扩散系数和煤基质块形状因子来计算：

式中：D——扩散系数；

　　　σ——煤基质块形状因子。

煤基质块形状因子：

式中：α——比例系数；

　　　Am——煤基质块表面积；

　　　Vm——煤基质块体积。

吸附时间与逸散气无关，它取决于煤的性质、煤基质块的大小、煤级、孔隙结构、天然裂隙间距等地质因素。由于煤中裂隙级别较多，裂隙间距和形状因子很难确定，所以，吸附时间一般通过煤样解吸实验（USBM法）来确定。

②解吸速率。煤层气解吸速率是指单位时间内的煤层气解吸量（cm3／min）。煤层气解吸速率随时间的变化总体表现为快速下降，但初始阶段存在一个升高的过程，主要是突破气锁、水锁等因素的影响，但仅需10min就达到最大解吸速率，然后开始降低。降低过程中由于孔径变化等因素的影响，甲烷解吸速率可能会出现一定的波动。煤炭中甲烷解吸速率随解吸时间的演化见图1－8。(www.xing528.com)

图1－8　煤炭中甲烷解吸速率随解吸时间的演化

解吸速率的差异可能是受到煤物质组成以及扩散能力差异的影响，似乎与煤级无关。

（3）临界解吸压力和理论采收率

①临界解吸压力。临界解吸压力是指煤层气开始发生解吸的自由气体的压力，是吸附与解吸达到平衡时的压力。临界解吸压力是估算煤层气采收率的重要参数，临界解吸压力和煤储层压力的比值是煤层气开采难易的决定因素。

临界解吸压力：

式中：Vme——实测无水无灰基煤层气含气量；

　　　pL——无水无灰基Langmuir压力；

　　　VL——无水无灰基Langmuir体积。

②煤层气理论采收率。煤层气采收率是指煤层含气量中可采收气量与总含气量的百分比。煤层气采收率不仅取决于煤层的含气性、煤层所处原始压力系统以及煤的吸附／解吸特性，而且在相当程度上受煤层气钻井、完井和开采工艺的影响。

在初期评价中，可根据煤样解吸资料，以解吸率来衡量煤层气理论可采率，这种方法不考虑煤储层实际压力、温度、煤吸附特性、抽采枯竭压力等因素，可靠性较低。

如果能通过等温吸附实验求得相关参数，煤层气理论采收率可用下式估算：

式中：pad——枯竭压力，约为0.7MPa。

煤层气的理论采收率也可以基于吸附－解吸－扩散－渗流相关理论建立煤层气产能数值模型，通过模拟方法求得。

煤层气的实际采收率可通过排采曲线拟合，基于实际生产资料进行历史反演获得。