煤层气气质成分分析测试方法概述

摘 要：目前我国所采用得煤层气气质成分分析方法，一般来说，对于绝大部分煤层气都具有较为良好的适应性，这也为后期的煤层气采集了有利的信息数据。本文中就主要分析了煤层气的气质成分与气质特点，并分析讨论了硫化物、水露点等测试方法的适应性。

关键词：煤层气;气质成分;测试方法;硫化物;水露点

从属性上来看，煤层气可归类为非常规天然气资源范畴，目前我国的煤层气资源相当丰富，2000m以内地层预测拥有浅层煤层气资源量达到37.2×1012m3。我国山西省、陕西省、新疆省等等地区都是煤层气资源的富集区和重点开采区，其中山西省2018年煤层气产量达到56.3亿立方米，利用量约占全国的90%。在对煤层气开发利用之前，必须对它的资源成分特点进行分析，并利用科学方法配合适应性测定煤层气的成分内容。

1.煤层气气质成分组成与特点分析

在分析煤层气气质成分组成之前，首先要了解煤本身属于具有分子筛结构的微孔状固体。这种固体的微孔中就含有煤化作用过程中所形成的气态与液态流动相物质，其中包含了大量的内在水分与烃类等“小分子”物质。整体来看，这些物质是松散吸附于煤炭结构中的，其主要包含了CO2、H2O以及CH4等成分，而其中煤层气则主要由CH4成分所构成，另外还有大量的微量组成分例如SO2、H2S、CO以及Ar等等。根据国外典型的煤层气测试发现它其中摩尔分数一般会达到最高98%以上，同时还伴生少量的C2H6出现，其它气体成分则包括了He、N2以及CO2，这些气体甚至能达到影响整个煤层气浓度质量的程度，成分含量比例较高[1]。

根据我国学者分析，我国煤层气中N2的摩尔分数含量小于10%，CO2摩尔分数含量小于2%，其中某些地区中煤层气还含有微量的O2成分，比如在山西晋城，其煤层气中含有0.11～0.88%的O2成分，而鄂尔多斯则含有0.72～1.30%的O2成分成分，含量全国最高。

总结来说，虽然煤层气是非常规天然气，但它的气质组成与常规天然气还是有许多类似之处的，因此它就可借鉴天然气气质分析科学方法展开分析。考虑到当前我国在各地的煤层气赋存条件差异相当之大，因此应该以多数地区煤层气的低渗透、低压力与低饱和度为基本参考特征，然后思考提出针对煤层气气质成分的正确测试方法[2]。

2.煤层气气质成分的测试方法分析

针对我国煤层气气质成分的测试方法研究早在2011年就已经开始，同年颁布了基于煤层气气质分析的《车用压缩煤层气》以及《民用煤层气》两项标准。两项标准均建议使用常规天然气分析方法标准对煤层气气质成分进行分析，其中就包括了气质成分取样、组成分析以及硫化物测定和水露点测定等等多项测定内容。本文中主要對煤层气气质成分的硫化物测试方法与水露点测试方法展开详细分析。

2.1硫化物与水露点的测试方法基本概述

在针对煤层气的气质组成成分进行分析时，就主要采用到了常规天然气的组成分析与气相色谱法，然后就是对煤层气气质成分中的硫化物与水露点进行测定。前者同样采用到了常规天然气测试方法，利用亚甲蓝法测定硫化氢含量，并用乙酸铅反应速速率单管路检测法检测天然气中的硫化物含量。针对水露点的测试方法则主要是根据常规天然气的水露点测定方法，结合冷却镜面析凝湿度计法进行测试，可取得准确的测试结果[3]。

2.2对硫化物成分的测试方法分析

首先对煤层气中的硫化物进行测试。一般来说，可用于检测硫化物的常规天然气检测方法相当之多，比如亚甲蓝法、碘量法、乙酸铅反应速率检测法、检测管着色长度检测法等等。本文中首先利用碘量法对硫化物中的硫化氢含量进行准确测量，然后再采用亚甲蓝法进一步精确测定其硫化氢含量，最后还要运用到乙酸铅反应速率双光路检测法。经过3种检测方法测试后就能完全精确确定硫化物中的硫化氢含量。此时就可以结合这些数据直接检测煤层气中的总硫含量，总硫含量的检测方法是亚甲蓝法，它其中就包含了一种比较经典的比色检测方法，主要是利用到乙酸溶液大量吸收存在于煤层气气体样本中的硫化氢，并通过化学反应生成硫化锌，发现其总硫中是存在酸性介质以及Fe3+的，此时要利用已反应析出的硫化锌配合N、N-二甲基对苯二胺进行反应，生成新的亚甲蓝，然后在分光光度计辅助测量下测定生成亚甲蓝溶液吸光度，一般测定范围控制在0～25mg/m3为宜[4]。

考虑到常规天然气是不存在任何杂质绝对纯净的，无任何杂质干扰，所以在针对煤层气进行检测过程中需要考虑到它可能存在的一些干扰杂质，此时可考虑在减少测定结果准确度的前提下，减少对煤层气中硫化物的取样量，保证降低杂质干扰度，如此操作对检测结果影响不大[5]。

2.3对水露点成分的测试方法分析

对水露点成分的测试方法可采用到冷镜法，要深度考察煤层气中水露点的实际分布情况，例如在夏季与冬季两个季节分别对至少7个以上的煤矿点进行煤层气检测，检测出不同水露点并进行管输气处理和脱尘脱水处理，除水露点以外其它点就应该为井口气点。在夏季测试过程中，如果温度在28.4℃左右，其冷镜法的测试压力应该控制在0.030MPa，水露点的温度一般会在0.4～0.6℃左右，其最大温差值在0.2℃。如果在冬季大约5.9℃的温度环境下测试，其冷镜法的测试压力应该控制在0.750MPa左右，水露点的温度范围为3.2～3.6℃左右，最大差值可达到0.4℃。总体来说，采用冷镜法对煤层气的水露点测试效果较好，考虑到存在液态水及颗粒物，可能会干扰到冷镜法的镜面观察效果，在测试值确定方面可能会存在一定问题[6]。

3.结论

综上所述，在煤层气开发利用前应该对其组成气质成分与特征进行分析，并对它的组成成分、硫化物、总硫以及水露点进行测试，其分析测试过程可按照常规天然气测试方法进行，可根据实际情况实现测试流程的有效简化。

参考文献：

[1]朱华东，迟永杰，罗勤， 等.浅谈煤层气气质分析测试技术[J].石油与天然气化工，2014（5）：547-552.

[2]毛得雷，陈东，康永尚， 等.阜康白杨河矿区高倾角煤层气成藏主控因素分析[J].地球科学前沿，2018，8（3）：599-607.

[3]马东民，慕甜，戴楠， 等.煤层气等压吸附实验研究[J].地球科学前沿，2018，8（1）：19-31.

[4]詹冉.煤层气开采井布置方案优化设计分析[J].能源与节能，2018（11）：190-192.

[5]朱芳林.提高煤层气输气场站运行安全的管理措施[J].化工设计通讯，2018，44（11）：190.

[6]温兆翠，刘明银.煤层气分布赋存主控地质因素与富集模式解析[J].山西能源学院学报，2018，31（4）：55-56.

作者简介：

张裕虎（1986-）男，工程师， ，2009年毕业于中国矿业大学， 现从事地质实验测试，非常规气试井、录井工作.