煤层气

煤层气是指赋存在煤层中以甲烷为主要成分，以吸附在煤基质颗粒表面为主，部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的半生矿产资源，属非常规天然气。煤层气属于自生自储式，煤层既是气源岩，又是储集岩。煤层气主要以吸附态赋存于煤孔隙中（70%~95%），少量以游离状态自由地存在于割理和其他裂缝或孔隙中（10%~20%），极少量以溶解态存在于煤层内的地下水中。煤层气具特有的产出机理：排水—降压—解吸—采气，煤层气井通过排水来降低储层压力，使得甲烷分子从煤基质表面解吸，进而在浓度差的作用下由基质中的微孔隙扩散到割理中，然后再割理系统中运移，最后在流体势的作用下流向生产井筒。

煤层气的形成

煤层气有有两种基本成因类型：生物成因和热成因。生物成因气是由各类微生物的一系列复杂作用过程导致有机质发生降解而形成的；而热成因气是指随着煤化作用的进行，伴随着温度升高、煤分子结构与成分的变化而形成的烃类气体生物成因气可形成于煤化作用早期阶段(泥炭一褐煤)以及煤层形成以后的构造抬升阶段，因此又可分为早期(原生)生物成因气与晚期(次生)生物成因气。

1.早期生物成因气

早期生物成因气形成于泥炭—褐煤阶段.由于埋藏浅(<400m)、温度低，热力作用尚不足以使有机质结构变化产生气体。在此阶段，有机质成分与结构的变化主要通过微生物参与下的化学反应实现。以CH4为主要成分的生物成因气.主要是在泥炭沼泽环境中通过微生物对有机质的分解作用形成。

2.次生生物成因气

在煤层后期抬升阶段.煤层中温度等环境条件又适宜微生物生存。这些微生物主要通过位于补给区的煤层露头由大气降水带人.在相对低温条件下代谢湿气、正烷烃和其他有机化合物.生存CH_4和CO。在含煤盆地中.次生生物作用过程活跃并影响气体成分的深度间隔称作蚀变带，一般位于盆地边缘或中浅部：不发生蚀变的气体一般在盆地的深部.称原始气带

3.热成因气

从烃源岩的角度，可将煤级演化阶段分为低成熟阶段、成熟阶段、和高成熟阶段。在低成熟阶段主要形成生物气，而真正的热成因气形成于长焰煤一无烟煤阶段

(1)成熟阶段

在热力作用下.游记之中各种官能团和侧链分别按活化能的大小，依次发生分解，转化为具有不同分子结构的烃类。生物的同位素组成.按活性的大小发生相应的分馏效应。

(2)高成熟阶段

由于有机质芳香结构上的大部分烷烃支链在成熟阶段已经消耗.化学反应由以分裂为主转为芳香核之间的缩合为主.并由此产生大量甲烷气体。在此阶段，有机质芳香度从O.85增至O.97，C原子几乎全部集中在芳香结构上。

煤层气的特征和用途

煤层气的基本特征

煤层气是煤成气中特指的部分。通常是指在煤层、炭质页岩、黑色泥岩等气源岩中储集的煤成气。因此.除了形成煤层气以外.另一部分煤成气则运移出气源岩以外呈分散或聚集形成赋存

煤层气俗称“瓦斯”.其主要成分是甲烷，与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气.热值是通用煤的2—5倍.主要成分为甲烷。1ms纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用.而且燃烧后很洁净.几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。煤层气空气浓度达到5%一16%时.遇明火就会爆炸.这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。煤层气直接排放到大气中。其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。在一定过空间范围内，煤层气比空气轻，其密度是空气的0.55倍。稍有泄漏会向上扩散。只要保持室内空气流通.即可避免爆炸和火灾。而煤气、液化石油气密度是空气的1.5—2.0倍.泄漏后会向下沉积。所以危险性要比煤层气要大的多煤层气爆炸范围为5—15%。水煤气爆炸范围6.2～74.4%.因此.煤层气相对于水煤气不易爆炸.煤层气不含CO.在使用过程中不会象水煤气那样发生中毒现象。

煤层气的用途

煤层气可以用作民用燃料、工业燃料、发电燃料、汽车燃料和重要的化工原料.用途非常广泛。每标方煤层气大约相当于9.5度电、3m水煤气、1L柴油、接近0.8kg液化石油气、1.1—1.2L汽油，另外，煤层气燃烧后几乎没有污染物。因此它是相当便宜的清洁型能源。

我国开发利用煤层气的建议

1.落实和完善优惠政策。加大扶持力度

美国煤层气产业化成功的经验表明：在煤层气产业发展初期，政策的扶持和税收政策的补贴是煤层气发展的主要推动力。国家支持煤层气发展的政策体系已基本形成，关键要把这些政策落实好、完善好，给予煤层气比常规石油天然气更加优惠的政策，逐步引导企业成为煤层气发展的主体。政府应充分发挥宏观调控作用，加大对煤层气发展的扶持力度，包括加大煤层气勘探、抽采、利用投资，培养专业技术人才，加强煤层气管网等基础设施的建设。

2.立足科技创新和技术进步。增强煤层气的科技保障能力

加强煤层气开发利用基础理论研究和科技攻关；加强煤层气抽采利用重大问题的科技攻关，加快实施煤层气开发科技重大专项，加大煤层气开发利用关键技术、重点装备研发和推广应用力度，扎实推进煤层气开发利用示范工程建设；鼓励煤层气开发利用企业积极开展技术创新，攻克技术难题，逐步建立健全以企业为主体、市场为导向、产学研相结合、适合我国煤层气勘探开发、抽采利用的技术体系。

3.加强煤层气开发利用的监督管理

建立健全煤层气开发利用的监督管理体系，明确政府各有关部门的监督管理职责，完善相关立法及政策，制定严格的勘探开发煤层气的准入标准，加强宏观调控和管理，实施采气采煤一体化。坚持国家统一规划、总体开发，稳步有序地推进煤层气开发和利用。

4.加强国际合作交流，完善煤层气抽采利用标准

积极开展和加强对外合作交流，借鉴美国、加拿大、澳大利亚和俄罗斯等煤层气利用技术发展较快国家在开采利用方面的经验，利用国外资金和先进技术，结合我国实际情况，提高煤层气的抽采利用率和开发利用水平。进一步完善煤层气抽采利用标准，借鉴国际标准，加强研究，加强沟通，努力使煤层气的安全生产标准、抽采利用标准、减排标准协调起来，确保煤矿安全生产和资源的有效利用，加快煤层气产业的发展。

我国煤层气的开发利用前景

1.良好的资源和政策条件

我国煤层气资源十分丰富，在区域分布、埋藏深度等方面也有利于规划开发；我国己基本形成了国家支持煤层气抽采利用的政策体系，并且支持力度不断加大，各地和企业的积极性空前高涨，煤层气抽采利用的政策环境、社会环境十分有利。

2.煤矿安全形势严峻，变害为利

中国有近八成的重大煤矿事故都祸起瓦斯2009年，全国26个产煤省(区、市)煤矿共发生瓦斯事故143起、死亡710人；煤层气的抽采利用，可以有效降低煤层中的甲烷含量，实现煤炭在低瓦斯状态下开采，保障煤矿的生产安全，减少矿难的发生。煤层气开发利用量不断增加，煤矿瓦斯防治体系建设得到加强，瓦斯事故和死亡人数随之不断下降。

3.市场需求巨大

在中国的一次性能源消费结构中，煤炭约占74.6%，处于主导地位，石油占17.6%，而天然气仅占2%，远低于23%的世界平均水平。随着终端能源需求逐步向优质高效洁净能源转化，燃气的需求迅速增长，市场供应缺口较大；开发利用煤层气，可以节约资源，有效弥补我国常规天然气供用量的不足，优化能源结构，煤层气利用市场潜力很大。

4.适应低碳经济与环境保护的要求

煤层气与石油、煤炭相比，同样热值释放到大气中的CO，比石油少50%，比煤炭少75%。每利用l亿m，甲烷，相当于减排150万t CO，。2009年，我国利用煤层气19.3亿m3，共减少排放2880万t CO；煤层气的开发利用不仅可以有效降低甲烷的排放量，而且能够大大减排温室气体CO，保护大气环境，这正是目前低碳经济所倡导的。

本段清洁的煤层气

煤层气的主要成分是甲烷，甲烷含量通常达到80%～99%，其次是氮气和二氧化碳，几乎不含有一氧化碳、硫化氢等有害气体，可以用作民用燃料、工业燃料、发电燃料、汽车燃料和重要的化工原料。煤层气热值是通用煤的2倍～5倍，每标方煤层气大约相当于9.5度电、3立方米水煤气、1升柴油、接近0.8千克液化石油气、1.1升～1.2升汽油。煤层气热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，燃烧后几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。另外，煤层气燃烧后几乎不产生污染物，因此它是相当便宜的优质、清洁型能源。

安全的煤层气

使用煤层气相对较为安全。通常情况下，煤层气密度是空气的0.55倍，如有泄漏会向上扩散，只要保持室内空气流通，即可避免爆炸和火灾。而煤气、液化石油气等密度是空气的1.5～2倍，泄漏后会向下沉积。相比而言，煤层气的危险性要小得多。当煤层气空气浓度在5%～16%范围内时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。而水煤气爆炸范围是空气浓度在6.2%～74.4%之间，且煤层气不含一氧化碳，因此，煤层气相对于水煤气不易爆炸，在使用过程中也不会发生跟水煤气那样的中毒现象。

煤层气成因

煤层气的产生贯穿于煤的形成和演化整个过程，按其主要作用可以分成生物成因和热成因。

生物成因是各种微生物的一系列复杂作用过程导致有机质发生降解作用，煤形成早期埋藏浅、温度低，微生物分解有机质通过二氧化碳还原和甲基类发酵形成以甲烷为主要成分的生物成因气。后当地壳运动导致煤层抬升，活跃的地下水系统和大气淡水构成了有利于微生物活动的环境时，在偏低温条件下，微生物再次“登上历史舞台”降解和代谢导致煤层中形成了湿气、甲烷及其它有机物。

热成因煤层气与常规天然气相似，随着煤变质程度的不断加深，在热力作用下发生热降解和热裂解，形成甲烷为主的气体。

我国煤层气资源丰富

据国土资源部煤层气资源评价，我国埋深2000米以浅煤层气地质资源量约36万亿立方米，主要分布在华北和西北地区，其次是西南贵州、四川南部以及东北地区。目前可开采的1000米以浅的煤层气地质资源量约10万亿立方米，占全国煤层气资源地质总量的38.8%。随着终端能源需求逐步向优质高效洁净能源转化，天然气的需求将迅速增长。煤层气的开发利用具有一举多得的功效，既能保障煤矿生产安全、减少大气污染，又能改善能源结构、缓解能源需求紧张的局面，更能就地解决当地居民的生活燃料、汽车燃料、发电等问题，直接改善老百姓生活。