产品列表 / products

水文地质条件对煤层气富集的影响

更新时间：2020-12-02　点击量：905

在煤层气富集成藏和煤层气开发研究中水文地质研究具有十分重要的意义，其中地下水水动力系统和水化学特征研究是分析水文地质对煤层气富集影响的重点内容。

　　1 地层水含量与煤层气吸附量的关系

　　地层水含量是水文地质研究中首要考虑的内容，在煤层中,煤对水和甲烷的吸附作用是同时存在的。由于煤孔隙表面吸着水或薄膜水分的存在，必定影响到煤对甲烷气体的吸附能力与吸附量。

　　实验、测试结果表明，在煤层中的水分达到临界水分之前，随着煤层本身含水量的增加，煤对甲烷气体的吸附量具有明显降低的趋势，但当水分含量达到或超过临界水分含量时，增加的水分就不再对吸附作用产生影响。因此地层水含量较高会在一定程度上造成煤层吸附气的降低，不利于煤层气的富集。

　　2 水动力条件对煤层气富集的影响

　　水动力条件是水文地质对煤层气富集影响中的关键因素之一，它对煤层气的富集既有建设性作用也有破坏作用。根据地层水的流动状态，可将地下水动力系统划分为供水区带、强交替区带、弱交替区带、滞缓区带、滞留区带及泄水区带六大类。其中，滞缓类中的封闭亚类及滞留类中的封闭亚类为水文条件，对煤层气富集、保存有利，是有利勘探区。对中、高煤阶和低煤阶煤层而言，滞流区往往是中、高煤阶煤层气聚集的场所，缓流区域多为低煤阶煤层气主要富集区。而水动力较强的交替区带和泄水区带对煤层气富集成藏具有破坏性作用，往往形成煤层气贫瘠区。

　　2.1 地下水动力条件对含气量的影响

　　煤层中流动的地下水动力对煤层气的含量影响很大，流动水对煤层长期冲洗必将导致煤层气的大量散失。在平面上和剖面上，水动力条件强的地区，煤层气的含量小；相反，在水动力不活跃地区，或滞流水区域，煤层气的含量则比较高。另外，在煤矿生产实践中，很多现象也表明：地下水活跃地区瓦斯涌出量小，反之瓦斯涌出量就大。例如位于辽宁省西部阜新市的王营子井就是如此。

　　在特定条件下水动力系统还可促进次生生物气的生成，形成煤层气的一个补充来源。如美国圣胡安盆地，盆地北部超高压区煤层气为富CO2的干气，南部低压区煤层气则为贫CO2的湿气。在区域抬升后又遭受剥蚀的盆地边缘，雨水进入可渗透煤层中，细菌随流动水也一起迁移到煤层中。在细菌的降解和自身代谢活动作用下，生成了次生生物成因气，它是煤层气的一个补充来源，并有可能形成异常高的气体产量。

　　2.2 水动力条件的控气特征

　　水动力条件不仅对煤层气的含量和碳同位素有影响，还是煤层气富集成藏的一个重要因素。地下水动力学条件的控气特征可概括为水力运移逸散、水力封闭与水力封堵作用［3-4］，其中，水力封闭和水力封堵作用有利于煤层气保存，水力运移逸散作用则会导致煤层气的散失。

　　2.2.1 水力运移逸散控气作用

　　水力运移逸散控气作用常见于导水性强的断层

　　构造发育地区，通过导水断层或裂隙沟通煤层与含水层水文地质单元的补、径、排系统，含水层富水性与水动力强，含水层与煤层水力联系较好。在地下水的运动过程中，地下水携带煤层中气体运移而逸散，常形成煤层气贫瘠区。

　　2.2.2 水力封闭控气作用

　　水力封闭控气作用有利于煤层气的富集，它多发生在构造简单、断层不甚发育的宽缓向斜或单斜中，主要特征为：（1）断裂构造具有阻水的性质，煤系地层上部和下部存在良好隔水层；（2）区域水文地质条件简单，煤层直接充水，含水层多为煤系中砂岩裂隙水，含水性微弱，渗透系数低，地下水迳流缓慢甚至停滞；（3）含水层补给仅限于浅部露头的大气降水；（4）地下水以静水压力、重力驱动方式流动，地下水是封闭状态，煤层气受水力封闭作用而富集。

　　这种类型的水力控气作用在我国分布广泛，具有普遍意义，沁水盆地就是该类的典型。

　　沁水盆地平面上有多个水力系统，主要受控于分水岭，其盆地南部为汇水区，呈单斜向盆地内延伸，断层不发育。沁水盆地南部的这种水文地质条件（图1）阻止了煤层气向浅部扩散，水流趋于停滞。

　　地下水沿煤层、含水层露头补给，向深部运移，迳流强度由强变弱，并在空间上依次形成了补给区-迳流带-滞流带。在浅部补给区是煤层气逸散带，含气量低；深部滞流带地下水迳流缓慢，形成煤层气的有利聚集区。

　　2.2.3 水力封堵控气作用

　　水力封堵控气作用多见于不对称向斜或单斜中，是煤层气富集的有利因素。在一定压力差条件下，煤层气从高压力区向低压力区渗流，或者说由深部向浅部渗流。压力降低使煤层气解吸，因此在煤层露头及浅部形成煤层气逸散带。如果含水层或煤层从露头接受补给，地下水顺层由浅部向深部运动，则煤层中向上扩散的气体将被封堵，致使煤层气聚集富集成藏，形成煤层气富集有利区。

　　例如，河北开滦煤田开平向斜上分布的一系列煤矿煤层气特征就具有该特征。开平向斜为一不对称向斜，西北翼陡，东南翼缓，两翼岩石露头西北翼高而东南翼低。地下水自西北翼的露头补给，向东南翼排泄。在靠近向斜西北翼的轴部，形成了一个水径流相对滞留的对流区域，地下水径流条件相对东南翼较差。在东南翼，地下水径流条件较好。在向斜东北翼煤矿中，煤层气的含量明显高于相近深度的向斜东南翼煤层气含量。

　　3 水化学特征对煤层气富集的影响

　　地下水的水化学特征对煤层气的生成和富集成藏都有重要影响，水化学特征研究内容主要为地下水的pH 值﹑矿化度﹑矿物离子组分﹑矿物成分﹑同位素种类等，这里主要分析pH 值﹑矿化度及矿物离子组分对煤层气的影响。

　　3.1 地层水pH 值对煤层气的影响

　　在煤层气生成过程中，甲烷菌的生长需要合适的地化环境，首先是足够强的还原条件，一般Eh＜-300mV 为宜（即地层水中的氧和SO42-依次全部被还原以后，才会大量繁殖）；其次对pH 值要求以靠近中性为宜，一般为6.0～8.0，佳值为7.2～7.6；甲烷菌生长温度0～75℃，佳值37～42℃。没有这些外部条件，甲烷菌就不能大量繁殖，也就不能形成大量甲烷气，不利于煤层气大量富集成藏。

　　3.2 地层水离子组分对煤层气的影响

　　国内研究地层水矿物组分对煤层气影响方面的资料较少，我们可以根据不同矿物成分对煤层气生气作用的影响进行简单分析。

　　按成因类型，煤层气分为生物成因气、热成因气和混合气。生物成因气形成的前提条件是丰富的有机质和强还原条件，在生气过程中地层水离子成分和含量决定了地层水化学特征，是影响生物气生成过程中的一个关键因素。热成因气是在温度（大于50℃）和压力作用下，煤中有机质发生一系列物理、化学变化形成的，而地层水离子含量和不同离子间的化学反应都会对水温和水压产生影响［5］。因此，可以间接的说明地层水离子组分与煤层气的生成是有联系的。

　　3.3 地层水矿化度对煤层气富集的影响

　　地层水的矿化度可以作为反映煤层气运、聚、保存和富集成藏的一个重要指标，在一定矿化度条件下，地层水的循环表现为由高矿化度区向低矿化度区运动，高矿化度区往往为地层水补给区。而且地层水高矿化度还将导致水头压力增大，可以在一定程度上促进煤层气的吸附。矿化度对煤层气富集的影响要根据研究区的实际情况进行综合评价得出结论，根据前人的研究成果总结出的主要影响特征为：

　　地层水高矿化度对中、高煤阶煤层气富集有利，低矿化度则有利于低煤阶煤层气的富集。

　　3.3.1 地下水矿化度对高煤阶煤层气藏的影响

　　中、高煤阶煤成气藏具有含气量高，CH4百分含量高，储层渗透率变化小，储层改造难，构造热事件对煤层气的生成、富集贡献大，持续的水动力使气藏遭到破坏，且破坏幅度大等特点。研究表明高矿化度有利于中、高煤阶煤层气藏的富集成藏。

　　鄂尔多斯盆地南部东南缘地区可以证实以上影响特征，该区演化程度较高，属贫煤，为高阶煤。在区内乡宁-吉县一带，有一相对滞留区，地下水流势总体向西和南西方向流，中部区域为构造简单的滞留区，对煤层气的保存有利。滞留区内地层水矿化度相对周围较高，生产实践证实该区已经获得持续的煤层气气流。

　　3.3.2 地下水矿化度对低煤阶煤层气气藏的影响地下水格局能对煤层气气藏的调整和改造起决定性作用，地层水矿化度对低煤阶煤层气的生成具有很大影响。

　　低阶煤层中的煤层气主要来源于热成因气和次生热成因气，低阶煤层气藏成藏需要有一个利于甲烷生成、成长和富集的环境，合适的温度和地下水矿化度。如果埋深是地下水的滞留区，矿化度非常高，不利于甲烷菌的活动。根据刘洪林等人对地下水化学场模拟实验得出的结论，高矿化度造成低煤阶煤储层吸附能力的降低，游离气随着水力作用发生运移和散失，同时随着储层压力降低到临界解吸压力时，吸附气体不断发生解吸、扩散、渗流和运移，导致煤层气含气量降低，煤层气藏遭到严重破坏。

　　所以对于低煤阶煤层气藏而言，地下水矿化度越低越利于煤层气的富集成藏。

　　以低阶褐煤为主的吐哈盆地证明了地层水矿化度对低阶煤层气含量的影响特征。吐哈盆地地层水矿化度高达16 000mg/L，含气量测试小于3m3 ／ t（见表1）, 研究证明造成含气量如此小的主要原因是高矿化度的地下水条件，一方面破坏了低煤阶甲烷菌的生长和生物气的生成，另一方面降低了该区的煤层气吸附能力，使得气体随水力作用发生运移散失，对煤层气藏的保存极为不利。

　　4 结语

　　煤层气的生成、富集、运移等一系列过程都与地层水有着十分密切的联系，对煤层气的研究自然少不了对水文地质的深入调查，由于煤层气勘探与开发在我国起步较晚，在水文地质对煤层气的影响方面的研究比较薄弱。虽然地下水水文地质研究是个非常复杂的过程，但沁水盆地、吐哈盆地等区块的研究已经证明水文地质研究可以为煤层气富集区的勘探和煤层气的开发等提供有力支撑，有待深入研究。

全自动野外地温监测系统/冻土地温自动监测系统

地源热泵分布式温度集中测控系统

矿井总线分散式温度测量系统方案

矿井分散式垂直测温系统/地热普查/地温监测哪家好选鸿鸥

矿井测温系统/矿建冻结法施工温度监测系统/深井温度场地温监测系统

TD-016C型地源热泵能耗监控测温系统

产品关键词：地源热泵测温，地埋管测温，浅层地温在线监测系统，分布式地温监测系统

此款系统专门为地源热泵生产企业，新能源技术安装公司，地热井钻探公司以及节能环保产业等单位设计，通过连接我司单总线地热电缆，以及单通道或多通道485接口采集器，可对接到贵司单位的软件系统。欢迎各类单位以及经销商详询！此款设备支持贴牌，具体价格按量定制。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统【产品介绍】

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇,对建筑物进行供热和供冷.在埋地管换热器设计中,土壤的导热系数是很重要的参数.而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长,测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的测温电缆设计方法，单总线测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

采集服务器通过总线将现场与温度采集模块相连，温度采集模块通过单总线将各温度传感器采集到的数据发到总线上。每个采集模块可以连接内置1-60个温度传感器的测温电缆相连。本方案可以对大型试验场进行温度实时监测，支持180口井或测温电缆及1500点以上的观测井温度在线监测。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统：

1. 地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2. U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究，埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

竖直地埋管地源热泵温度测量系统，主要是一套*基于现场总线和数字传感器技术的在线监测及分析系统。它能有对地源热泵换热井进行实时温度监测并保存数据，为优化地源热泵设计、探讨地源热泵的可持续运行具有参考价值。

二、RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统本系统的重要特点：

１．结构简单，一根总线可以挂接1-60根传感器，总线采用三线制，所有的传感器就灯泡一样，可以直接挂在总线上．

２．总线距离长．采用强驱动模块，普通线，可以轻松测量500米深井.

３．的深井土壤检测传感器，防护等级达到ＩＰ６８，可耐压力高达5Mpa.

４．定制的防水抗拉电缆，增强了系统的稳定性和可靠特点总结：高性价格比，根据不同的需求，比你想象的*．

针对U型管口径小的问题，本系统是传统铂电阻测温系统理想的替代品. 可应用于：

１.地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2.U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

本系统技术参数：支持传感器：18B20高精度深井水温数字传感器，测井深：1000米，传感器耐压能力：5Mpa ,配置设备：远距离温度采集模块＋测井电缆＋传感器，

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统系统功能：

1、温度在线监测

2、报警功能

3、数据存储

4、定时保存设置

5、历史数据报表打印

6、历史曲线查询等功能。

【技术参数】

1、温度测量范围：-10℃ ～ +100℃

2、温度精度：正负0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采样点数：小于128

5、巡检周期：小于3s（可设置）

6、传输技术： RS485、RF(射频技术)、GPRS

7、测点线长：小于350米

8、供电方式： AC220V /内置锂电池可供电1-3年

9、工作温度： -30℃ ～ +80℃

10、工作湿度：小于90%RH

11、电缆防护等级：IP66

使用注意事项：

防水感温电缆经测试与检测，具备一定的防水和耐水压能力，使用时，请按以下方法操作与使用：
1．使用时，建议将感温电缆置于U形管内以方便后期维护。
若置与U形管外，请小心操作，做好电缆防护，防止在安装过程中电缆被划伤，以保持电缆的耐水压能力和使用寿命。
2. 电缆中不锈钢体为传感器所在位置，因温度为缓慢变化量，正常使用时，请等待测物热平衡后再进行测量。
3. 电缆采用三线制总线方式，红色为电源正，建议电源为3-5V DC，黑色为电源负，兰色为信号线。请严格按照此说明接线操作。
4. 系统理论上支持180个节点，实际使用应该限制在150个节点以内。
5.系统具备一定的纠错能力，但总线不能短路。
6. 系统供电，当总线距离在200米以内，则可以采用DC9V给现场模块供电，当距离在500米之内，可以采用DC12V给系统供电。

【北京鸿鸥成运仪器设备有限公司提供定制各个领域用的测温线缆产品介绍】

由北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出的地源热泵温度场测控系统，硬件采取*ARM技术；上位机软件使用编程语言技术设计，富有人性、直观明了；测温传感器直接封装在电缆内部，根据客户距离进行封装。目前该系统广泛应用于地源热泵地埋管、地源热泵温度场检测、地源热泵地埋换热井、地源热泵竖井及地源热泵温度场系统进行地温监测，本系统的可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

地源热泵诊断中土壤温度的监测方法：
　　为了实现地源热泵系统的诊断，必须首先制定保证系统正常运行的合理的标准。在系统的设计阶段，地下土壤温度的初始值是一个重要的依据参数，它也是在系统运行过程中可能产生变化的参数。如果在一个或几个空调采暖周期（一般一个空调采暖周期为1年）后，系统的取热和放热严重不平衡，则这个初始温度会有较大的变化，将会大大降低系统的运行效率。所以设计选用土壤温度变化曲线作为诊断系统是否正常的标准。
　　首先对地源热泵系统所控制的建筑物进行全年动态能耗分析，即输入建筑物的条件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、围护结构材料和房间功能等条件，计算出该区域全年供暖、制冷的负荷，我们根据该负荷，选择合适的系统配置，即地埋管数量以及必要的辅助冷热源，并动态模拟计算地源热泵植筋加固系统运行过程中土壤温度的变化情况，得到初始土壤温度标准曲线。采用满足土壤温度基本平衡要求的运行方案运行，同时系统实时监测土壤温度变化情况，即依靠埋置在地下的测温传感器监测土壤的温度，并且将测得的温度传递给地源热泵系统。

浅层地温能监测系统概况：

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇，对建筑物进行供热和供冷，在埋地管换热器设计中，土壤的导热系数是很重要的参数，而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长，测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地源热泵地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的地源热泵测温电缆设计方法，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的数字总线式测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

为方便研究土壤、水质等环境对空调换热井能效等方面的可靠研究或温度测量，目前地源热泵地埋管测温电缆对于地埋换热井，有口径小，深度较深等特点的测温方式,如果测量地下120米的地源热泵井，要放12路线PT100传感器。12根测温线缆若平均放置，即10米放一个探头，则所需线材要1500米，在井上需配置一个至少12通道的巡检仪，若需接入电脑进行温度实时记录，该巡检仪要有RS232或RS485功能,根据以上成本估计，这口井进行地热测温至少成本在8000元，虽然选择高精度的PT100可提高系统的测温精度，但对模拟量数据采集，提供精度的有效办法是提供仪器的AD转换器的位数，即提供巡检仪的测量精度，若能够在长距离测温的条件下进行多点测温，能够做到0.5度的精度，则是非常不容易。针对这一需求，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出“数字总线式地源热泵地埋管测温电缆”及相应系统。矿井深部地温监测，地源热泵温度监测研究，地源热泵温度测量系统，浅层地热测温系统。

地源热泵数字总线测温线缆与传统测温电缆对比分析：
传统的温度检测以热敏电阻、PT100或PT1000作为温度敏感元件，因其是模拟量，要对温度进行采集，若需较高精度，需要选择12位或以上的AD转换及信号处理电路，近距离时，其精度及可靠性受环境影响不大，但当大于30米距离传输时，宜采用三线制测方式，并需定期对温度进行校正。当进行多点采集时，需每个测温点放置一根电缆，因电阻作为模拟量及相互之间的干扰，其温度测量的准确度、系统的精度差，会受环境及时间的影响较大。模块量传感器在工作过程中都是以模拟信号的形式存在，而检测的环境往往存在电场、磁场等不确定因素，这些因素会对电信号产生较大的干扰，从而影响传感器实际的测量精度和系统的稳定性，每年需要进行校准，因而它们的使用有很大的局限性。

北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的总线式数字温度传感器，具有防水、防腐蚀、抗拉、耐磨的特性，总线式数字温度传感器采用测温芯片作为感应元件，感应元件位于传感器头部，传感器的精度和稳定性决定于美国进口测温芯片的特性及精度级别，无需校正，因数据传输采用总线方式，总线电缆或传感器外径可做得很小，直径不大于12mm,且线路长短不会对传感器精度造成任何影响。这是传统热电阻测温系统*的优势。所以数字总线式测温电缆是地源热泵地埋管管测温、地温能深井和地层温度监测理想的设备。数字总线式数据传感器本身自带12位高精度数据转换器和现场总线管理器，直接将温度数据转换成适合远距离传输的数字信号，而每个传感器本身都有唯的识别ID，所以很多传感器可以直接挂接在总线上，从而实现一根电缆检测很多温度点的功能。

地源热泵大数据监控平台建设

一、系统介绍

1、建设自动监测监测平台，可监测大楼内室内温度；热泵机组空调侧和地源侧温度、

压力、流量；系统空调侧和地源侧温度、压力、流量；热泵机组和水泵的电压、电流、功率、

电量等参数；地温场的变化等，实现热泵机组运行情况 24 小时实时监测，异常情况预

警，做到真正的无人值守。可对热泵系统的长期运行稳定性、系统对地温场的影响以及能效

比等进行综合的科学评价，为进一步示范推广与系统优化的工作提供数据指导依据。

具体测量要求如下：

1）各热泵机组实时运行情况；

2）室内温度监测数据及变化曲线；

3）室外环境温度数据及变化曲线；

4）机房内空调侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

5）机房内地埋管侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

6）机房内用电设备的电流、电压、功率、电能等监测数据及变化曲线；

7）地温场内不同深度的地温监测数据及变化曲线；

8）能耗综合分析、系统 COP 分析以及系统节能量的评价分析。

2、自动监测平台建成以后可以对已经安装自动监测设备的地热井实施自动监测的数据分

析展示，可实现地热井和回灌井的水位、水温、流量实施传输分析，并可实现数据异常情况预

警，做到实时监管，有地热井运行的稳定性。

1）开采水量及回水水量的流量监测及变化曲线；

2）开采水温及回水水温的温度监测及变化曲线；

3）开采井井内水位监测及变化曲线；

水文地质条件对煤层气富集的影响

推荐产品如下：