煤的浮沉实验方法

材料应该有1·硬质试管或者是硬质的玻璃管，2·酒精喷灯，3·宽口瓶，4一些玻璃导气管，5·一些橡胶管，6·一些橡胶瓶塞，当然最后就是一些煤了（不过在这里要提醒你，这个试验中，对煤的选用是很重要的，要选焦煤，气煤，肥煤这些烟煤，不要用无烟煤，因为用无烟煤的话它不会结焦，没有焦炭，也没有煤焦油，我以前试过很多次了，就是因为用了无烟煤，结果没能成功。）

要隔绝氧气很简单，以试管为例，只要在试管的底部放一些煤，然后在试管口加上一个有孔的橡胶塞就行，然后用玻璃导管插进橡胶塞的孔，再和后面的带有橡胶塞的宽口瓶相连，宽口瓶里加一些水，用于收集氨水和煤焦油的，宽口瓶的橡胶塞应有两个孔，然后再从宽口瓶里再引一条导管去第二个宽口瓶里，这个宽口瓶是为了收集干馏所得到的煤气的。装煤炭的试管口应该朝下，因为煤加热后有水蒸气。个条玻璃导管之间用橡胶管来连接！酒精喷灯加热试管时，应该先预热，加热时应均匀，以免试管爆裂，如果从安全方面讲，最好用硬质玻璃管。方法和试管一样，只要把另一端封闭就行！就这样了，如果楼主还有什么问题，就请再补充吧！

1、把大块煤敲成小块，底下、顶上都留有通风口，在架空的底下放纸张木条来引燃即可快速点燃。

2、煤炭，简称煤，是远古植物遗骸，埋在地层下，经过地壳隔绝空气的压力和温度条件下作用，产生的碳化化石矿物，主要被人类开采用作燃料。

将煤隔绝空气加强热使其分解的过程，叫做煤的干馏。

煤的干馏生成有出煤煤气，煤焦油，焦炭。

所以煤的干馏的实验现象是有刺激性气味的气体生成，同时生成油状液体和黑色固体。

满意望采纳，谢谢。

煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。是一种固体可燃有机岩，主要由植物遗体经生物化学作用，埋藏后再经地质作用转变而成，俗称煤炭。煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一，进入二十一世纪以来，虽然煤炭的价值大不如从前，但毕竟目前和未来很长的一段时间之内煤炭还是我们人类的生产生活必不可缺的能量来源之一，煤炭的供应也关系到我国的工业乃至整个社会方方面面的发展的稳定，煤炭的供应安全问题也是我国能源安全中最重要的一环。

活性炭。是黑色粉末状或块状、颗粒状、蜂窝状的无定形碳，也有排列规整的晶体碳。活性炭中除碳元素外，还包含两类掺和物：一类是化学结合的元素，主要是氧和氢，这些元素是由于未完全炭化而残留在炭中，或者在活化过程中，外来的非碳元素与活性炭表面化学结合，如用水蒸气活化时，活性炭表面被氧化或水蒸气氧化；另一类掺和物是灰分，它是活性炭的无机部分；灰分在活性碳中易造成二次污染。

　　1884年10月11日，德国化学家贝吉乌斯出生于奥尔登堡。他运用自己创导的高压化学作用理论，奇迹般地从石头中提炼出油，从煤里提炼出液体燃料，从木材里提炼出糖，从而开拓了化学工业的新发展。现在，一起来了解一下煤怎么能变成汽油吧！

大家知道，汽油是从石油中提炼得到的一种重要燃料。除此之外，石油还是生产乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯及醇等基本化工产品的原料。

地球上的石油资源并不丰富，相比而言，煤的储量较为丰富，可采年限达几百年，尤其在我国，煤已成为工业生产和生活的重要能源。然而，我国煤炭的84％是直接用于燃烧的。直接燃烧煤存在三个问题：一是能源的利用率低；二是煤含有多种有用的化合物，如能综合利用可成倍提高经济效益，而仅用于燃烧则颇为可惜；三是严重污染环境。能不能想办法避免产生这些问题呢？

煤和石油都是化石燃料，都是以碳和氢为主的化合物，从这一点来看，它俩是一对“黑色兄弟”。煤与石油的最大区别是氢含量不同，石油中氢的含量为11%～14%，煤只含5%～8%。尽管如此，煤还是有可能变成汽油的。早在半个多世纪之前，化学家就已在实验中尝试将煤变成汽油的各种方法了。

直接加氢法，通常是先把煤磨成细粉状，再与溶剂混合，通入氢气，然后在高压条件下加热到380～460℃，使煤和氢反应，得到“人造石油”及其他低分子产物。将“人造石油”作蒸馏分离，就可得到相应的汽油、柴油等燃料。气化合成法则是指将煤先制成煤气，在煤气中补充一些氢气，把一氧化碳和氢的质量比控制在1∶2，使它们在铁、钴或镍作为催化剂和200℃等条件下发生合成反应，得到的产物中，汽油含量可达到83%，另外还含有柴油等物质。由于把煤制成煤气的技术已经十分成熟，所以上述气化合成汽油的生产工艺相对也较容易办到。另外，还可先把一氧化碳和氢合成为甲醇，然后再由甲醇转化成汽油。这一方法在生产上显得更为简便而有效。如使用性能较好的分子筛催化剂，可使甲醇99％转化为汽油，而且转化过程中消耗能量很小，由此制得的汽油成本仅比合成甲醇略高一些。

由于在把煤变成汽油的过程中，能除去对人体及环境有害的杂质，而且煤又比石油更便于运输和使用，所以许多国家都已经筹建了较大规模的煤液化工厂。同时，科学家仍在继续研究把煤变成汽油的更新、更好的方法，使储量丰富的煤能部分替代石油，更好地为人类服务。

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回答于 2018-04-27

煤储层研究方法和实验技术的不断改进是煤储层研究取得重要进展的标志之一。在煤的孔裂隙系统和渗透性的表征研究中，传统的研究方法主要有露头、煤壁的野外观察法（王生维等，2005），煤岩显微裂隙观察法（姚艳斌等，2006a），压汞毛管压力法（姚艳斌等，2006b），氮气或二氧化碳吸附法和扫描电镜分析法（SEM）等；其他新型研究方法有，透射电镜分析法（Lee et al.，2006），小角度中子散射法（SANS）（Radlinski et al.，2004）和小角度X射线散射法（SAXS）（Diduszko et al.，2000）等。

近年来，大量的非常规技术，特别是无损检测手段开始应用于煤储层的表征，其中包括医学中应用较广的核磁共振（NMR）技术和CT扫描技术，以及近来在常规低渗油气储层中取得重要应用进展的恒速压汞分析技术、X射线衍射（XRD）技术等。Karacan等（2001）采用X射线CT扫描（X-CT）方法研究了煤层气在煤的微观结构中的吸附和传输特征。Pitman等（2003）和Soto-Acosta等（2008）通过对煤中矿物的碳、氧同位素的X射线衍射（XRD）研究，分别分析了美国黑勇士盆地和印第安那宾夕法尼亚煤中割理发育及其成因特征。Mazumder等（2006）应用X射线计算机层析技术分析了割理和节理的发育特征。Karl-Heinze等（2008）首次采用CT扫描成像分析技术研究了煤中割理的发育特征，结果证明这种方法与实际割理的发育方位和密度具有高度一致性。国内的研究者，胡志明等（2006）和杨正明等（2006）首次将低场核磁共振技术和恒速压汞技术应用于低渗透率油田储层的研究，证明这种方法在研究煤的孔隙结构和吼道分布上具有较大优势。辽宁工程技术大学唐巨鹏等（2005）采用核磁成像（MRI）技术研究了煤层气解吸渗流特性，得出了新的煤层气解吸特性、渗流特性与有效应力间关系的实验结论。迄今为止，国内外还没有或少有应用核磁共振（NMR）技术和CT扫描技术来定量分析煤储层孔裂隙系统和渗透率等的相关报道。

另外，随着多学科交叉研究的发展，测井和地震等常规油气的方法逐渐应用于煤层气领域。如胡朝元等（2005）通过波阻抗、纵横波速和振幅、反射强度、瞬时相位等地震参数与煤储层物性关系理论的推导，建立了采用地震响应来预测煤储层裂隙发育程度的数学模型。杜翔（2007）提出了根据测井原理，利用煤层气测井参数来评价煤层气储层特征的方法。该方法为测井技术应用于分析煤储层的深度、厚度、煤质、含气量、渗透率、岩石力学性质、储层温度等研究提供了初步的研究思路。

总的来看，关于煤储层的研究方法与实验分析技术的研究已成为目前煤储层研究领域最活跃、进展最快的研究分支之一。然而，将低场核磁共振技术、恒速压汞技术和CT成像技术等用于煤储层的研究，在国内外还未见报道，因此进一步确定这些研究手段在煤储层研究中的具体应用将是今后的趋势。同时，地震和测井等手段有望进一步推动煤储层研究领域的发展。本书第4章和第5章内容将对低场核磁共振技术（low-field NMR）、恒速压汞技术和微焦点X射线断层扫描（μ-CT）技术在储层研究中的新应用进行重点阐述。

关于自燃点测定仪

发布日期[2009-11-25] 点击[82]次

煤自燃点测定仪

研制《煤炭自燃仿真系统》，再现煤炭自燃过程，掌握煤炭自燃规律，直接用于煤矿自燃火灾预测、预报与预防是课题的立意与宗旨，经过三年努力，取得了可喜的成果，发现煤存在一个有别于着火点的自燃点，并建立了自燃点的测定方法和装置，可以取代现用的色谱吸氧法，用于鉴定煤的自燃倾向性（我国《煤矿安全规程》规定的煤矿安全生产必检项目），并直接用于煤矿自燃火灾预测、预报与预防。

（一） 仪器组成

1. 硬件

《煤炭自燃点测定仪》包括自燃仿真实验系统与在线色谱分析系统两大部分

仿真炉是自燃仿真实验系统的主体，它为反应器中煤样的氧化、自热、直到自燃提供最佳热环境。研制并采用自适应数字控制器是仪器一大亮点，它保证了实现功能的精确实现。

色谱在线分析系统用于跟踪分析自燃过程的气体产物，确认自燃点。实现色谱在线跟踪分析是仪器一大亮点，色谱分析全程自动进行，采样周期、进样时间都可以事先选择，并可随时修改。

2. 软件

《煤炭自燃点测定仪》实验流程、温度控制、采样分析和实验操作全盘智能化，有赖于研究配置了一总套智能软件几操作规程。软件包括：

（1） 自燃点测定实验软件

（2） 温度数字控制软件

（3） 飞升曲线实验软件

（4） 多阶恒温实验软件

（5） 程序升温实验软件

（6） 传感器校正软件

（7） 仿真实验数据库

（8） 采进样自控软件

（9） 色谱工作站软件

（10）在线分析数据库

实验操作全盘智能化是仪器的一大亮点，它保证了实验精度和可重复性，大大提高了工作效率。

（二） 工作原理

1. 发火点原理

煤矿自燃火灾，无论发生在哪里都是最先从发火点开始发火、开始往外蔓延的。煤矿自燃火灾，无论发生在哪里，发火点上煤炭自燃的热机制都是相同的。根据这个特点，《煤炭自燃仿真系统》以发火点及其自热机制作为仿真对象。发火点的热环境，发火点中心的煤炭前后的煤炭及四周的煤炭为它筑起了一道温堤，构成一种蓄热小环境，使发火点中心煤炭氧化产生的热量很难散发出去而逐渐积累。如果发火点处的热环境能保持发热量大于散热量，煤温将会不断升高，最后达到煤的燃点，使煤燃烧，并向外蔓延，酿成火灾；相反，如果发火点处的热环境不能保持发热量大于散热量，自燃过程便回夭折，使煤风化。如果散热量等于零，则全部发热量将用于自热，构成最佳蓄热环境，此时发火期最短。根据上述特点，《煤炭自燃仿真系统》采用绝热氧化法实现对发火点及其最佳蓄热环境的仿真。

仿真炉是仿真系统的主体。实验时将装有煤样的反应器置于仿真炉中模拟发火点；给反应器通以空气或氧气，模拟漏风，使煤样氧化、发热、升温；利用自动控温技术智能地控制上、中、下三段炉温自动跟踪煤样同步升温，模拟最佳热环境，使煤样与炉膛保持热平衡，既不向外散热，也不从外界吸热，满足 散热量 = 0。这种方法亦即化学工程中的绝热氧化法，绝热氧化法具有煤炭自燃仿真的潜质。

《煤炭自燃仿真系统》模拟最佳蓄热环境，可以测定煤的最小发火期。煤的最小发火期是煤的一种物理化学常数，反映了煤的自燃倾向性。

刘洪林 王红岩 李景明 李贵中 王勃 杨泳 刘萍

（中国石油勘探开发科学研究院廊坊分院 河北廊坊 065007）

作者简介：刘洪林，男，江苏徐州人，1973年生，汉族，2005年毕业于中国石油勘探开发研究院，获博士学位，主要从事煤层气勘探开发方面的研究工作。通讯地址：065007河北廊坊市万庄44号信箱煤层气E-mail：liuhonglin69@petrochina.com.cn。

本研究受到国家973煤层气项目（编号：2002CB211705）资助。

摘要 在美国粉河、澳大利亚的苏拉特等低煤阶盆地煤层气勘探取得突破以前，大家一直认为具有商业价值的煤层气资源主要存在于中煤阶的煤层中，煤阶太低，一般含气量不高，不具有勘探价值。但是近几年来的发现证实，低煤阶盆地煤层厚度大，渗透率高，资源丰度大，含气饱和度高，同样可获得了商业性的气流，而且从其气体的成因来看，其中有很大一部分是生物成因的煤层气。本文利用煤层气成藏模拟装置对低煤阶含煤盆地的煤岩样品开展了成藏模拟，从实验角度证明了中国西北地区虽然煤层煤阶较低，热成因气较少，但是却存在着具有商业价值的二次生物成因的甲烷气，再加上含煤层系众多，煤层厚度大，资源丰度极高，仍具有巨大的勘探潜力。

关键词 煤层气 水动力 成藏

Simulation Experiment of Biogenic Gas in Low Rank Coal of China

Liu Honglin，Wang Hongyan，Li Jingming

Li Guizhong，Wang Bo，Yang Yong，Liu Ping

（Langfang Branch of PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration ＆ Development，Langfang 065007）

Abstract：Before CBMexploration achieved success in the low rank coal basins like Power Rive Basin of the U.S.and Surat Basin of Australia，People thought that CBM resources with commercial development value mainly stored in medium-high rank coal seams and low rank coal was not worthy of exploration and development due to low gas content.But the exploration practices for recent years proved that commercial CBMproduction could be obtained in low rank coal basins which have thick coal thickness，high permeability，high resource concentration，high gas saturation.Moreover，from the cause of formation of CBM，most of CBMin low rank coal belongs to biogenic gas.In this paper，the simulation experiment on CBM accumulation in coal samples from low rank coal basin was carried out by using simulation apparatus of CBM accumulation.The experiment proved that commercial secondary biogenic methane gas possibly existed in northwest coal basin although the rank of coal is low and there was little thermal-genic gas in the basin.Considering there are lots of thick coal seams and the resources concentration is high，the exploration prospect of CBM is promising in the northwest coal basins.

Keywords：CBM；hydrodynamic condition；accumulation

前言

进入20世纪90年代，随着煤层气产业的迅猛发展，美国煤层气的资源开发活动不再局限于中煤阶煤储层发育的圣胡安和黑勇士盆地，资源评价和研究工作覆盖了18个主要含煤盆地或含煤区，在其中12个含煤盆地从事煤层气开发活动，煤储层的煤阶从中煤阶扩展到低煤阶和高煤阶，特别是发育低煤阶煤储层的含煤盆地因煤层气资源量较大而受到重视，发育低煤阶煤储层的含煤盆地6个，煤层气资源量10×1012m3，占总资源量的53%，以粉河盆地为代表的低煤阶含煤盆地煤层气商业开发的成功，大大拓展了煤层气勘探开发的视野和领域。粉河盆地位于蒙大拿州东南部和怀俄明州东北部，面积25800km2，为一大型沉积盆地，形成于腊腊米运动造山期，盆地中含有巨厚的晚白垩世煤层，单层厚度达67m，煤层总厚118m。盆地为一不对称向斜，轴部靠近西部边缘，西部边缘以逆断层为界，靠近Bighorn隆起。西部地层倾角5°～25°，东部为翘起端，倾角不超过2°。上白垩统沿东南部和东部分布，古新统Fort Union组沿盆地边缘分布，盆地晚三叠系低界深1067m，粉河盆地煤炭资源量1.3×1012t，镜质体反射率为0.3%～0.4%，与西北一些低煤阶盆地相似，煤化程度低，含气量为0.03～3.1m3/t，但由于煤层厚度巨大，资源丰度大，预测煤层气资源量（0.5～0.8）×1012m3。粉河盆地煤层气碳同位素介于-65‰～-69‰之间，具有明显的生物成因特征，并且在其构造的高部位，生物气经过二次运移而富集，形成较高的含气量和较高的饱和度，有较高的渗透率，含气饱和度为80%～100%，钻井深度一般不超过305m，产气量为110～5976m3/d，产水量为45～69m3/d，最好的产气远景区是砂岩体附近与差异压实作用有关的构造高点、紧闭褶皱形成的构造高点以及煤层上倾尖灭的部位，并在该部位伴生有为非渗透性页岩所圈闭的游离气。

中国低煤阶煤储层非常发育。全国垂深2000m以浅的煤炭资源量为55697×108t，低煤阶煤储层占到煤储层的一半以上。低煤阶煤储层形成于早中侏罗世、早白垩世、第三纪等成煤期，其中早中侏罗世、早白垩世是中国重要的成煤期，早中侏罗世成煤作用主要发生在西北地区，煤炭资源量占全国的35.5%[1]，新疆准噶尔、吐哈、塔里木盆地、伊犁和焉耆是低煤阶煤储层发育的典型的大型内陆盆地，煤层厚度大，煤层最大累厚近200m，最大单层煤厚逾100m，煤层层数超过50层[2]。中国西北地区低煤阶煤储层煤层气资源量丰富，早中侏罗世煤储层煤层气资源量超过10×1012m3[3-4]。随着美国低煤阶煤层气藏商业开发的成功、国内煤层气勘探开发工作的推进，在近期低煤阶煤层气藏受到了越来越多的关注，有望成为新的研究热点和煤层气勘探开发新领域[5，6，7]。但是中国西北地区与美国的粉河盆地、尤因塔盆地和澳大利亚的苏拉特盆地相比，在进入第四纪以来气候虽然总体较为干旱，但是部分地区由于受到天山影响，水动力仍非常活跃，具备二次生物气生成的可能，如位于天山北坡的准南地区、焉耆地区和伊犁地区。

1 研究区的煤层气地质概况

本次工作研究，重点对水动力较为活跃的伊犁和焉耆进行了采样，研究较强水动力条件下煤层次生生物气的生成问题。

1.1 伊宁地区

伊宁含气区块位于新疆维吾尔自治区西部伊犁自治州境内，区内为低山—丘陵及伊犁河畔冲积平原，含气区内地势西高东低，北高南低，属典型大陆性气候，盆地内先后由煤炭、石油、地矿部门进行过石油勘探及物探，煤炭部门在盆地边缘及局部进行过煤田勘探。特别是近几年来，随着油气勘探工作的进展，在盆地内，已进行了部分钻探实物工作量。该区含煤地层为侏罗系中统西山窑组，下统三工河组和八道湾组，主要为一套河湖相的灰、灰白色含砾砂岩，深灰色泥岩，砂质泥岩夹煤层。伊宁含气区块侏罗系下统八道湾组和中统西山窑组成煤环境优越，聚煤时间长，形成的煤层较稳定，厚度大，层数多，为煤层气的形成奠定了物质基础。西山窑组主要为一套浅灰色含砾粗砂岩，灰白色中、细粒砂岩，深灰色泥岩、砂质泥岩夹煤层，在区内北部地层厚度一般211～552m，含煤10～15层，煤层单层厚度相对较小，层数较多，反映成煤环境震荡性较强。南部一般厚度为102～132m，含煤4～6层。单层厚度相对较大，层数相对较少，反映成煤环境较稳定。八道湾组主要为一套灰白色含砾粗砂岩，中、细粒砂岩，深灰色泥岩，砂质泥岩夹煤层。在区内北部厚度一般在342～452m；南部厚度在60～150m。在北部含可采煤层10层，厚度15～68m，据（伊参1井）资料，可采煤层厚度为88m。在南部煤层厚度相对较小。煤质分析资料表明，该区侏罗系下统八道湾组和中统西山窑组煤层，原煤灰分含量在9.71%～25.60%，一般含量在12%～18%，其变化特征属中—低灰、低硫—特低硫、低磷煤，是有利于形成煤层气的煤质类型。

伊宁含气区块侏罗系中、下统沉积之后，受燕山构造运动的影响，褶皱、断裂使含煤地层遭受不同程度的改造。现构造形态主要表现为不对称的复式向斜，呈近东西向展布。含煤地层倾角一般在20°～30°之间，其中北部相对较陡，南部较缓。断层多发育在褶皱轴部，以逆断层为主，断层线呈北西西向展布。从构造展布特征分析，构造相对较简单，有利于煤层气的勘探开发。八道湾组和西山窑组煤层组埋藏深度0～2000m，分布面积约3445km2，占含煤地层分布面积的82%。从构造赋存地质条件分析，构造较简单，有利于煤层气的勘探开发。该区侏罗系中、下统煤层煤级为长焰煤，煤层气地质资源丰度为1.28×108m3/km2，资源丰度较高，有着较好的勘探开发前景。

1.2 焉耆地区

焉耆含气区带侏罗系中、下统是主要的含煤岩系。侏罗系中、下统是在盆地经历了印支末期构造运动，三叠系遭受不同程度抬升剥蚀后，盆地又逐渐下降，接受该套内陆含煤碎屑建造。八道湾组沉积时，盆地受南缘库克塔格山和北缘南天山差异抬升隆起作用，呈现为南低北高的古地貌。由于古气候温暖潮湿，有利于植物的生长，植被茂盛，森林密布，形成大面积泥炭沼泽，为形成厚煤层奠定了物质基础。据本区哈满沟、塔什店矿区资料，本组煤层称A组，含煤3～14层，累计厚度10～30m，一般厚度10～15m。盆地内石油钻井钻遇本组煤层厚度一般30～40m，最厚可大于60m。煤层空间展布特征为东部厚度相对较薄，一般厚度10～15m，而西部较厚，在四十里城一带最厚可大于60m。

西山窑组沉积时，气候温暖潮湿，地势相对平坦，形成大面积泥炭沼泽，有利于成煤物质的生长，为形成厚煤层奠定了物质基础。据盆地内煤田及石油钻井资料统计，本组含煤5～10层，可采煤层厚度10～40m之间，一般厚度10～30m之间。焉耆含气区带侏罗系下统八道湾组和中统西山窑组成煤环境优越，聚煤时间长，形成的煤层较稳定，厚度大，层数多，为煤层气的形成奠定了物质基础。其中侏罗系下统八道湾组煤层厚度大，稳定性强，煤层气勘探开发潜力较好，是煤层气勘探开发选区评价的主要目的层。

本区内目前煤矿开采以西山窑组煤层为主，煤质分析资料较少。据塔什店矿区分析资料统计，煤层分析基水分含量平均在 4.34%～4.59%，分析基灰分含量在2.36%～6.79%，挥发分产率在42.33%～49.29%，硫分含量在0.39%～0.73%。煤层水分含量中等，灰分、硫分含量较低，属特低—低灰、特低—低硫煤，是有利于形成煤层气的煤质类型。

焉耆含气区带大地构造位于库鲁克褶皱带和天山褶皱系南天山褶皱带之上，是受海西期—印支期构造作用的影响在夷平面的基础上形成的中生代含煤盆地。中生界沉积之后，经历了燕山和喜山多次构造运动的影响，改造后的侏罗系中、下统含煤地层形成了复杂多样的构造面貌。本区中生代以来构造演化大致经历了燕山、喜山二期，使盆地内侏罗系中、下统含煤地层遭受强烈抬升剥蚀，煤层压力降低，吸附在煤层中的气体解吸扩散，含气量降低。埋藏深度600～2000m 区，累计分布面积约930km2，占含煤地层分布面积的39%。主要分布在西部塔什店矿区，中东部盐家窝及库木布拉克等地，是煤层气勘探开发深度较理想的区域。

据钻井及矿井煤层采样分析资料及埋藏深度资料综合分析，焉耆含气区带侏罗系中、下统煤层埋藏深度2000m以浅区煤级以气煤为主。焉耆含气区带侏罗系中、下统以往煤田地质勘探程度相对较低，有关煤层含气量资料也较少，矿井开采深度较浅（一般在100～300m之间），相对瓦斯含量也较低。

2 煤层气成藏模拟实验装置和原理

煤层气成藏模拟装置的特点是模拟地层温度、压力、地层流体介质下煤层气富集成藏过程，它可以通过模拟不同物性组合、不同介质、不同充注压力、不同运移方式煤层气成藏过程，获取不同模拟条件下的物理和化学参数，确定煤层气不同运移条件下的边界条件。设备主要由气体增压泵、恒温箱、仪表控制面板和计算机采集-处理系统。其中控制面板包括压力控制子面板、温度控制子面板、平流泵控制子面板、真空泵控制按钮、流程图；恒温箱内放有多功能模型仓Ⅰ、多功能模型仓Ⅱ和参考缸；计算机采集系统包括一套数据采集模块和数据处理软件。图1是装置原理流程，装置考虑采用不同岩心、不同岩性、不同气体介质进行工作，同时进行精确计量。把设计制作后的岩心组合装进多功能模型仓，利用气体增压泵维持环压，利用平流泵提供不同的流体介质、不同充注压力，通过温度和压力仪表以及传感器采集温度和压力数据，并经过数据处理软件分析温度压力数据。

在自然界中，已知的产甲烷菌中有一半可利用甲酸盐形成甲烷。甲酸盐首先转化成CO2和H2，然后再通过还原反应生成甲烷。在自然界中能够利用氢还原二氧化碳及利用醋酸盐发酵的产甲烷菌的存在是生物成因的煤层气成藏的必要条件。与近地表甲烷生成过程研究相比，地下（十几米到几百米深度）甲烷生成的研究工作相对较少。在地下环境中，对于甲烷的产出来说，沉积物必须具备使产甲烷菌得以生存及繁殖的孔隙空间。对此，低煤阶煤层中发育的孔隙空间和裂隙系统对甲烷菌的生成是非常有利的。甲烷生成菌不具有直接分解煤层的能力，要形成甲烷须有一个前期阶段，即主要依酸发酵菌和还原菌分解类脂化合物和大分子聚合物如纤维素和蛋白质等；接着微生物进一步脱去长链酸（和乙醇以上的醇）的氢而生成氢、甲酸、乙酸、二氧化碳和醇等。甲烷菌由此取得碳源和营养而生存，并以此为基质进行生物化学和新陈代谢作用产生甲烷。

图1 FY-Ⅱ型煤层气成藏模拟装置流程示意图

3 生物成因煤层气成藏实验过程

3.1 煤矿煤岩样品的产甲烷菌检测实验

为了研究伊犁盆地和焉耆盆地低煤阶生物成因气体，在盆地中部分煤矿工作面采集煤层样品密封在解吸罐中，然后送达实验室，在无菌操作条件下，通过对岩样稀释并加入培养基在不同温度条件下培养之后，检测样品中有无微生物存在，并检测微生物种类及数量。经过实验研究，发现在大多数的煤岩样中均检测到了微生物和产甲烷菌的存在（见表1）。

表1 伊犁和焉耆部分煤样的细菌检测结果

3.2 甲烷菌煤层产气实验

为了避免煤层原来吸附的甲烷气体的影响，将上述部分密封岩样进行自然解吸，直到再没有气体解吸出来，然后往样品内注入产甲烷细菌进行产甲烷量实验。甲烷菌种泥培养、驯化-接种试验是在农业部成都沼气研究所完成的。实验中采用制取悬浮性接种物方法，弃去了一次富集培养中非活性有机物的绝大部分，再经过二次富集提高微生物的浓度与活性。实验结果表明各种煤岩样品均能产生甲烷气。图2是各岩样产甲烷量曲线，在80天以前产甲烷量是不断增加的，80天之后，产甲烷量呈下降趋势，总之，两地的煤岩样品都能产生一定量的生物甲烷气。这只是模拟实验的结论，自然地质条件下细菌群落的生存条件远不如实验室优越，产甲烷过程不可能在几十天之内完成，而是在一个非常漫长的地质过程中缓慢进行的，但是低产量长时间的累积效应仍然可以产生巨大的甲烷量。

图2 伊宁和焉耆地区煤岩样品产甲烷菌实验

3.3 生物甲烷气成藏模拟实验

把接种过甲烷菌的煤层样品放入成藏模拟装置内，在35oC的恒温状态下，开始培养，观测煤岩样品生气过程。经过近两个月的连续实验得到一条压力-时间曲线。经分析认为曲线存在两个明显的曲线段，第一阶段为快速生气阶段，第二阶段为生气-吸附平衡阶段（图3）。对最后生成的气体进行了分析，其所产气体成分主要为CH4、N2和CO2。除个别样品外，绝大多数样品所产气中C2+含量很低，甲烷碳同位素值相差较大，从-56‰～-67‰，表明为生物成因气体。

图3 煤样生物成气后吸附过程中的压力-时间变化曲线

4 实验结果及其讨论

（1）模拟试验表明，一方面在我国西北地区低煤阶煤层中存在产甲烷菌，另一方面证明了低煤阶的煤层可以作为二次生物气的来源。根据资料，伊犁盆地浅部的煤矿区在侏罗系煤层中所产气的δ13C为-66.10‰～-60.12‰，显然属于生物甲烷气。

（2）与高煤阶相比，低煤阶一般埋藏较浅，孔隙空间较大，适合产甲烷菌的生存和繁殖，所以国内外的低煤阶盆地多发现生物成因的煤层气富集成藏。

（3）在我国西北地区，由于煤阶普遍较低，热成因甲烷生成量有限，次生物成因气生成量巨大，特别是在焉耆和伊犁地区，煤层层数众多，地下径流活跃，煤层中有大量甲烷菌繁殖，有大量的二次生物成因气生成、运移，如遇到断层遮挡、煤层尖灭等圈闭条件，就有可能形成较高的饱和度，形成具有商业价值的煤层气藏群。

参考文献

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