Угольный метан - Coalbed methane

Угольный метан (CBM или же метан угольных пластов),[1] угольный газ, газ из угольных пластов (CSG[1]), или же шахтный метан (CMM)[2] это форма натуральный газ извлечен из каменный уголь кровати.[3] В последние десятилетия он стал важным источником энергии в США, Канаде, Австралии и других странах.

Термин относится к метан адсорбированный в твердую матрицу угля. Его называют «сладким газом» из-за отсутствия в нем сероводород. Присутствие этого газа хорошо известно из его появление при подземной добыче угля, где это представляет серьезную угрозу безопасности. Метан угольных пластов отличается от типичного песчаник или другой традиционный газовый резервуар, поскольку метан хранится в угле с помощью процесса, называемого адсорбция. Метан находится в почти жидком состоянии и покрывает внутренние поры угля (называемые матрицей). Открытые трещины в угле (называемые кливами) также могут содержать свободный газ или могут быть насыщены водой.[нужна цитата ]

В отличие от большей части природного газа из традиционных резервуаров, метан угольных пластов содержит очень мало более тяжелых углеводородов, таких как пропан или же бутан, и нет газовый конденсат. Часто он содержит до нескольких процентов углекислый газ.

История

Метан из угольных пластов образовался в результате выпуска метана из угольных пластов. Некоторые угольные пласты давно известны как «загазованные», и в качестве меры безопасности в пласты пробурили скважины с поверхности, и метану позволили выйти наружу перед добычей.

Метан из угольных пластов как ресурс природного газа получил серьезный толчок со стороны федерального правительства США в конце 1970-х годов. Федеральный контроль над ценами препятствовал бурению на природный газ, удерживая цены на газ ниже рыночных уровней; в то же время правительство хотело стимулировать увеличение добычи газа. Министерство энергетики США финансировало исследования ряда нетрадиционных источников газа, включая метан угольных пластов. Метан из угольных пластов был освобожден от федерального контроля над ценами, а также получил федеральный налоговый кредит.

В Австралии промышленная добыча газа из угольных пластов началась в 1996 г. Bowen Basin из Квинсленд.[4]

Коллекторские свойства

Газ, содержащийся в метане угольных пластов, - это в основном метан и следовые количества этан, азот, углекислый газ и несколько других газов. Природные свойства угля определяют количество газа, которое может быть извлечено.

Пористость

Угольный пласт резервуары метана рассматриваются как коллекторы с двойной пористостью. Коллекторы с двойной пористостью - это коллекторы, в которых пористость, связанная с кливажами (естественными трещинами), отвечает за поведение потока, а пористость матрицы коллектора отвечает за хранение газа. В пористость метанового коллектора угольных пластов может варьироваться от 10% -20%; Тем не менее, пористость клифта коллектора оценивается в диапазоне 0,1% -1%. [5]

Адсорбционная способность

Адсорбционная способность угля определяется как объем газа, адсорбированного на единицу массы угля, обычно выражаемый в стандартных кубических футах (стандартные кубические футы, объем при стандартных условиях давления и температуры) газ / т угля. Адсорбционная способность зависит от сорта и качества угля. Диапазон обычно составляет от 100 до 800 SCF / т для большинства угольных пластов в США. Большая часть газа в угольных пластах находится в адсорбированной форме. При вводе коллектора в эксплуатацию сначала откачивается вода из пространств трещин. Это приводит к снижению давления, что способствует десорбции газа из матрицы.[нужна цитата ]

Проницаемость трещин

Как обсуждалось ранее, проницаемость трещины действует как главный канал для прохождения газа. Чем выше проницаемость, тем выше добыча газа. Для большинства угольных пластов, обнаруженных в США, проницаемость находится в диапазоне 0,1–50 миллиДарси. Проницаемость трещиноватых коллекторов изменяется в зависимости от приложенного к ним напряжения. Уголь демонстрирует чувствительную к стрессу проницаемость, и этот процесс играет важную роль во время операций по стимуляции и добычи.[6][нужна цитата ].[7] Проницаемость трещин в метановом коллекторе угольных пластов имеет тенденцию к увеличению с истощением запасов газа; в отличие от обычных водоемов. Это уникальное поведение происходит из-за усадки угля, когда метан высвобождается из его матрицы, что приводит к раскрытию трещин и увеличению проницаемости.[8] Также считается, что из-за усадки угольной матрицы при более низких пластовых давлениях происходит потеря горизонтального напряжения в пласте, что вызывает разрушение угля на месте. Такой отказ был объяснен внезапным снижением проницаемости трещин коллектора.[9][7]

Толщина пласта и начальное пластовое давление

Толщина пласта не может быть прямо пропорциональна объему газа, добываемого на некоторых участках.[нужна цитата ]

Например, это наблюдалось в Чероки Бэйсин в Юго-Восточном Канзасе скважина с одной зоной продуктивности от 1 до 2 футов (от 0,3 до 0,6 м) может давать отличные дебиты газа, в то время как альтернативный пласт с двойной толщиной может практически ничего не давать. Некоторые угольные (и сланцевые) пласты могут иметь высокие концентрации газа независимо от толщины пласта, вероятно, из-за других факторов геологии района.[нужна цитата ]

Перепад давления между блоком скважины и забойным слоем песка должен быть как можно большим, как и в случае с любым продуктивным пластом в целом.[нужна цитата ]

Другие свойства

Другие влияющие параметры включают плотность угля, начальную концентрацию газовой фазы, критическую газонасыщенность, неснижаемую водонасыщенность, относительную проницаемость для воды и газа при условиях Sw = 1.0 и Sg = 1-Sw, соответственно.[нужна цитата ]

Добыча

Схема метановой скважины угольных пластов (US DOE)
Типичный профиль добычи метановой скважины угольных пластов (USGS)
Основная статья: Добыча метана из угольных пластов

Для добычи газа в угольном пласте на глубине от 100 до 1500 метров (от 330 до 4920 футов) просверливается ствол в стальной оболочке. Поскольку давление в угольном пласте снижается из-за естественной добычи или откачки воды из угольного пласта, как газ, так и пластовая вода выходят на поверхность через НКТ. Затем газ отправляется на компрессорную станцию ​​и по трубопроводам природного газа. Пластовая вода либо повторно закачивается в изолированные пласты, сбрасывается в ручьи, используется для орошения, либо направляется в пруды-испарители. Вода обычно содержит растворенные твердые вещества, такие как бикарбонат натрия и хлористый но варьируется в зависимости от геологии пласта.[нужна цитата ]

Скважины с угольным метаном часто производят при более низких дебитах газа, чем в обычных коллекторах, обычно достигая пика около 300 000 кубических футов (8 500 м3) в сутки (около 0,100 м³ / с) и может иметь большие начальные затраты. Профили добычи скважин с муп обычно характеризуются знаком "отрицательное снижение ", при котором дебит газа первоначально увеличивается, когда вода откачивается, и газ начинает десорбироваться и течь. Сухая скважина CBM похожа на стандартную газовую скважину.[нужна цитата ]

Процесс десорбции метана следует кривой (зависимости содержания газа от пластового давления), называемой Изотерма Ленгмюра. Изотерма может быть аналитически описана максимальным содержанием газа (при бесконечном давлении) и давлением, при котором половина этого газа существует в угле. Эти параметры (называемые объемом Ленгмюра и давлением Ленгмюра соответственно) являются свойствами угля и широко варьируются. Уголь в Алабама и уголь в Колорадо могут иметь радикально разные параметры Ленгмюра, несмотря на схожие свойства угля.[нужна цитата ]

Поскольку добыча происходит из угольного пласта, считается, что изменения давления вызывают изменения пористости и проницаемости угля. Это обычно известно как усадка / набухание матрицы. По мере десорбции газа давление, оказываемое газом внутри пор, уменьшается, вызывая их уменьшение в размере и ограничивая поток газа через уголь. По мере сужения пор сжимается и общая матрица, что в конечном итоге может увеличить пространство, через которое газ может проходить (клинья), увеличивая поток газа.[нужна цитата ]

Потенциал конкретного угольного пласта как источника МУП зависит от следующих критериев. Плотность / интенсивность клинков: клинья представляют собой соединения, ограниченные угольными пластинами. Они придают угольному пласту проницаемость. Для рентабельной эксплуатации МУП требуется высокая плотность клинков. Также важен мацеральный состав: мацеральный представляет собой микроскопическое однородное петрографическое образование соответствующей осадочной породы. Состав с высоким содержанием витринита идеален для добычи CBM, в то время как инертинит препятствует тому же.[нужна цитата ]

Сорт угля также был связан с содержанием метана: было обнаружено, что коэффициент отражения витринита 0,8–1,5% означает более высокую продуктивность угольного пласта.[нужна цитата ]

Необходимо учитывать состав газа, поскольку газовые приборы рассчитаны на использование газа с теплотворной способностью около 1000 БТЕ (Британские тепловые единицы ) на кубический фут, или почти чистый метан. Если газ содержит более нескольких процентов негорючих газов, таких как азот или же углекислый газ, либо они должны быть удалены, либо его нужно будет смешать с газом с более высоким BTU для достижения качество трубопровода. Если метановый состав газа угольных пластов составляет менее 92%, он не может быть коммерчески востребован.[нужна цитата ]

Воздействие на окружающую среду

Метан

Как и все ископаемое топливо на основе углерода, при сжигании метана угольных пластов выделяется диоксид углерода (CO2) в атмосферу. Его влияние как парникового газа было впервые проанализировано химиком и физиком. Сванте Аррениус. Производство МУП также влечет за собой утечки летучего метана в атмосферу. Метан в 72 раза сильнее влияет на глобальное потепление на единицу массы, чем CO.2. более 20 лет, сокращаясь до 25 раз за 100 лет и в 7,5 раз за 500 лет.[10] Анализ выбросы парниковых газов за жизненный цикл источников энергии указывает на то, что выработка электроэнергии из метана, как и в случае с обычным природным газом, имеет менее половины парникового эффекта угля.[11]

В Соединенных Штатах метан, выделяемый из угля во время добычи, составляет 10 процентов от общего количества. выбросы метана. Извлечение метана из угольных шахт до начала добычи рассматривается как основная возможность сокращения выбросов метана.[нужна цитата ]

Инфраструктура

Скважины МУП соединены сетью дорог, трубопроводов и компрессорных станций. Со временем скважины могут быть расположены ближе друг к другу, чтобы извлекать оставшийся метан.

Пластовая вода

В пластовая вода выносится на поверхность в качестве побочного продукта добычи газа, качество сильно различается от района к району, но может содержать нежелательные концентрации растворенных веществ, таких как соли, естественно присутствующие химические вещества, тяжелые металлы и радионуклиды.[12] Во многих регионах добычи вода обрабатывается, например, через Установка обратного осмоса и используется с пользой для орошения, воды для животноводства, городского и промышленного использования или подавления пыли.

Пиллига Скраб

В 2012 году компания Eastern Star Gas была оштрафована за «сброс загрязняющих вод с высоким содержанием соли в реку Бохена» в скрабе Пиллига.[13] Произошло «16 разливов или утечек загрязненной воды», включая «серьезные разливы соленой воды в лесной массив и ручей».[14] В 2012 году Законодательный совет Нового Южного Уэльса.[15] Расследование подвергло критике использование открытых отстойных прудов, рекомендовав "правительству Нового Южного Уэльса запретить открытое хранение пластовой воды".[15][16]

Бассейн Паудер-Ривер

Не вся вода, добываемая из метана угольных пластов, является соленой или нежелательной по иным причинам. Вода из метановых скважин угольных пластов в Бассейн Паудер-Ривер из Вайоминга, США, обычно соответствует федеральным стандартам питьевой воды и широко используется в этом районе для поения скота.[17] Его использование для орошения ограничено его относительно высокой коэффициент адсорбции натрия.

Грунтовые воды

В зависимости от связности водоносных горизонтов, водозабор может снизить водоносные горизонты на большой площади и повлиять на потоки грунтовых вод.[18] В Австралии добыча угольного метана оценивается в 126 миллиардов литров (3,3×1010 Галлонов США) до 280 000 миллионов литров (7,4×1010 Галлонов США) грунтовых вод в год; в то время как Национальная водная комиссия оценивает добычу свыше 300 000 млн литров (7,9×1010 Галлонов США) в год.[12]

Выработка энергии

В 2012 г. Лыжная компания Aspen построил завод по производству метана мощностью 3 МВт в г. Сомерсет, Колорадо на шахте Элк-Крик, принадлежащей Oxbow Carbon.[19]

Области добычи метана из угольных пластов

Австралия

Смотрите также: Уголь в Австралии

Угольный пласт Ресурсы газа находятся в основных угольных бассейнах в Квинсленде и Новом Южном Уэльсе, с дополнительными потенциальными ресурсами в Южной Австралии. Промышленная добыча газа из угольных пластов (CSG) началась в Австралии в 1996 году. По состоянию на 2014 год газ из угольных пластов из Квинсленда и Нового Южного Уэльса составлял около десяти процентов добычи газа в Австралии. По состоянию на январь 2014 года продемонстрированные запасы оценивались в 33 триллиона кубических футов (35 905 петаджоулей).[20]

Канада

В Канаде, британская Колумбия по оценкам, около 90 триллионов кубических футов (2,5 триллиона кубометров) газа угольных пластов. Альберта в 2013 году была единственной провинцией, где имелись промышленные скважины для добычи метана из угольных пластов, и, по оценкам, в ней находилось около 170 триллионов кубических футов (4,8 триллиона кубических метров) экономически извлекаемого метана из угольных пластов, а общие запасы составляли до 500 триллионов кубических футов (14 триллионов кубических метров). ).[21][22]

Метан угольных пластов считается невозобновляемый ресурс, Хотя Исследовательский совет Альберты, Геологическая служба Альберты и другие утверждали, что метан угольных пластов Возобновляемый ресурс потому что действие бактерий, образовавших метан, продолжается.[нужна цитата ] Это является предметом обсуждения, поскольку также было показано, что обезвоживание, сопровождающее производство МУП, разрушает условия, необходимые для производства метана бактериями.[23] и скорость образования дополнительного метана не определена. Эта дискуссия в настоящее время вызывает право собственности проблема в Канадская провинция из Альберта, поскольку на законных основаниях провинции могут принадлежать только невозобновляемые ресурсы.[24]

объединенное Королевство

Хотя запасы газа на угольных месторождениях Великобритании оцениваются в 2 900 миллиардов кубометров, вполне возможно, что только один процент может быть экономически извлечен. Потенциал МУП Великобритании в значительной степени не испытан. Некоторое количество метана извлекается с помощью вентиляции угольных шахт и сжигается для выработки электроэнергии. Оценка частным сектором скважин на добычу метана угольных пластов, независимо от добычи, началась в 2008 году, когда было выдано 55 лицензий на разведку на суше, охватывающих 7000 квадратных километров потенциальных площадей для добычи метана угольных пластов. IGas Energy стал первым в Великобритании, кто начал коммерческую добычу метана из угольных пластов отдельно от шахтной вентиляции; по состоянию на 2012 год, скважины на метановом газе угольных пластов на Доу-Грин, добывающие газ для выработки электроэнергии, были единственными коммерческими скважинами на угольном пласте в Великобритании.[25]

Соединенные Штаты

Основная статья: Метан угольных пластов в США

Добыча метана из угольных пластов в США в 2017 году составила 1,76 триллиона кубических футов (TCF), что составляет 3,6 процента от всей добычи сухого газа в США в этом году. Производство в 2017 году снизилось с пикового значения 1,97 TCF в 2008 году.[26] Большая часть производства CBM поступала из штатов Роки-Маунтин, Колорадо, Вайоминг и Нью-Мексико.

Казахстан

По мнению специалистов отрасли, в ближайшие десятилетия Казахстан может стать свидетелем развития крупного сектора добычи метана из угольных пластов (МУП).[27] Предварительные исследования показывают, что на основных угольных месторождениях Казахстана может быть до 900 миллиардов м3 газа - 85% всех запасов в Казахстане.

Индия

С завершением бурения 23 вертикальных эксплуатационных скважин компанией Великая Восточная Энергия (GEECL), метан угольных пластов будет доступен в Индии для коммерческой продажи с 14 июля 2007 года по цене 30 фунтов стерлингов за кг для КПГ. Первоначально 90% МУП будет распределяться среди транспортных средств в виде СПГ. GEECL также создает первую станцию ​​МУП в Юго-Восточной Азии, и такая же будет расположена в Индии в городе Асансол в Западной Бенгалии. GEECL - первая компания, у которой был утвержден первый план разработки месторождения.

Прашант Моди, президент и главный операционный директор GEECL, сказал: «Мы гордимся тем, что являемся первой компанией частного сектора в Индии, которая решила заняться разведкой, добычей, маркетингом и распределением метана из угольных пластов. Поскольку стране требуются более высокие источники энергии для поддержания своего развития. тем не менее, мы уверены, что CBM будет играть важную роль в качестве одного из основных источников энергии для будущих поколений ».[28]

Essar Group Портфель CBM компании Essar Oil and Gas Exploration and Production Ltd. включает 5 блоков. В настоящее время работает только один из них, Восточный Ранигандж. К другим относятся Раджмахал в Джаркханде, Талчер и Иб Вэлли в Одише и Сохагпур в Мадхья-Прадеше. 5 блоков обладают примерно 10 триллионами кубических футов (CBF) запасов метана.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б "Разрушитель жаргона". BG Group. Получено 18 июля 2010.
  2. ^ «Шахтный метан». Кларк Энерджи. Получено 1 июля 2014.
  3. ^ Уголь Газ, www.clarke-energy.com, дата обращения 25.11.2011.
  4. ^ Геонауки Австралия, Газ из угольных пластов В архиве 16 октября 2013 г. Wayback Machine, по состоянию на 10 октября 2013 г.
  5. ^ К.Р. Кларксон, Анализ данных добычи нетрадиционных газовых скважин: Обзор теории и передовой практики, Международный журнал угольной геологии, том 109, 2013 г., страницы 101-146, ISSN 0166-5162, https://dx.doi.org/10.1016/j.coal.2013.01.002
  6. ^ Макки, К. Р., Бамб, А. С., и Кениг, Р. А. (1988, 1 марта). Зависимая от напряжения проницаемость и пористость угля и других геологических формаций. Общество инженеров-нефтяников. DOI: 10.2118 / 12858-PA
  7. ^ а б С. Саураб, С. Харпалани, В.К. Сингх, Последствия перераспределения напряжений и разрушения горных пород с продолжающимся истощением запасов газа в метановых коллекторах угольных пластов, Международный журнал угольной геологии, том 162, 2016 г., страницы 183-192, ISSN 0166-5162, https://dx.doi.org/10.1016/j.coal.2016.06.006.
  8. ^ Севкет Дурукан, Мустафа Ахсанб, Джи-Куан Шиа, Матричные характеристики усадки и набухания европейских углей, Энергетические процедуры, Том 1, Выпуск 1, 2009 г., страницы 3055-3062, ISSN 1876-6102, https://dx.doi.org/10.1016/j.egypro.2009.02.084.
  9. ^ Окотие, В. У., Мур, Р. Л. (1 мая 2011 г.). Проблемы и решения по добыче скважин в зрелом коллекторе угольного метана с очень низким давлением. Общество инженеров-нефтяников. DOI: 10.2118 / 137317-PA
  10. ^ IPCC Четвертый оценочный отчет, Таблица 2.14, гл. 2, стр. 212
  11. ^ Тимоти Дж. Сконе, Анализ жизненного цикла В архиве 5 июня 2013 г. Wayback Machine, 12 мая 2011 г.
  12. ^ а б «Газовый прорыв угольных пластов». Новости ABC Online. Австралийская радиовещательная корпорация. Апрель 2012 г.. Получено 26 сентября 2013.
  13. ^ «Eastern Star Gas оштрафована за загрязнение в Пиллиге». Веб-сайт Управления окружающей среды и наследия. Управление окружающей среды и наследия. 6 июля 2012 г.. Получено 26 сентября 2012.
  14. ^ Валидакис, Вики (13 июня 2013 г.). «Сантос будет привлечен к ответственности за загрязнение Пиллиги». Австралийская горная промышленность. Cirrus Media. Получено 26 сентября 2013.
  15. ^ а б «Газ из угольных пластов (Запрос)». Веб-сайт парламента Нового Южного Уэльса. Штат Новый Южный Уэльс (Парламент Нового Южного Уэльса). 2012. Архивировано с оригинал 30 октября 2012 г.. Получено 26 сентября 2013.
  16. ^ Куттс, Шарона (26 октября 2012 г.). "Разграбление Пиллиги". Глобальная почта. Цифровая глобальная почта. Архивировано из оригинал 28 октября 2012 г.. Получено 26 сентября 2013.
  17. ^ Агентство по охране окружающей среды США, [Оценка воздействия на подземные источники питьевой воды в результате гидроразрыва пластов метановых пластов в бассейне реки Паудер], июнь 2004 г., EPA 816-R-04-003, Приложение 5.
  18. ^ Государственный университет Монтаны; Часто задаваемые вопросы; Метан из угольных пластов (CBM) В архиве 24 февраля 2008 г. Wayback Machine
  19. ^ Уорд, Боб (21 ноября 2014 г.). «Как Aspen Skiing Co. превратилась в энергетическую компанию». Aspen Times. Получено 21 декабря 2019.
  20. ^ Geoscience Australia, Оценка энергетических ресурсов Австралии, 2014 г. http://www.ga.gov.au/scientific-topics/energy/resources/australian-energy-resource-assessment
  21. ^ Джон Скверк и Майк Доусон, Метан из угольных пластов расширяется в Канаде, Oil & Gas Journal, 24 июля 2006 г., стр. 37-40.
  22. ^ http://www.albertacanada.com/business/industries/og-natural-gas-and-coal-bed-methane.aspx
  23. ^ «Возобновляемый природный газ? Открытие активного биогенеза метана в угольных пластах». Конгресс зеленых автомобилей. 16 ноября 2004 г.. Получено 21 декабря 2011.
  24. ^ "TELUS, новости, заголовки, истории, ломки, канада, канадский, национальный". Mytelus.com. Получено 21 декабря 2011.
  25. ^ DECC, Нетрадиционные углеводородные ресурсы прибрежных бассейнов Великобритании - метан из угольных пластов В архиве 11 мая 2015 года в Wayback Machine, 2012.
  26. ^ Управление энергетической информации США, Производство метана из угольных пластов, по состоянию на 9 октября 2013 г.
  27. ^ «Метан угольных пластов в Казахстане». worldcoal.com. 23 июля 2014 г. Архивировано с оригинал 28 июля 2014 г.. Получено 28 июля 2014.
  28. ^ «Метан из угольных пластов в Индии» (PDF).

внешняя ссылка