煤层气,或称煤层气体,近年来已经成为美国、加拿大、澳洲等国的重要能源来源。这种天然气是从煤层中提取的,主要成分为甲烷,并且经常被形容为「甜气」,因为其不含氢硫化物。与传统的天然气储层相比,煤层气拥有独特的储存方式以及开采挑战。
煤层气的存在与地下煤矿密不可分,但它的开采却面临着许多独特的挑战与风险。
煤层气中的甲烷是透过一种称为「吸附」的过程存储在煤的固态矩阵中。这使得它不同于从典型的沙岩或其他传统天然气储层中的气体,后者多半是以自由气的形式存在,并在高压下可被抽取。煤层的孔隙中存在着甲烷的近液态形式,而开放的瑕疵(称为 cleats)则可因水的饱和而含有自由气或水。
煤层气的商业开采起源于对煤层中甲烷的通风,最早的做法是在人们发现一些煤层具有「气体」特性后,在煤层进行开采前钻井以排出甲烷。到了1970年代,随着美国联邦政府对天然气开采的价格管控导致市场价格低迷,煤层气作为一种新的天然气资源获得推动。
煤层气的开采不仅要考虑技术挑战,还要面对潜在的环境影响。
煤层气的储层为双孔隙性储层,煤的矩阵有助于储存气体,而瑕疵则影响气体的流动。虽然煤层气的孔隙率通常在10%到20%之间,瑕疵的孔隙率却仅在0.1%到1%之间。此外,煤的吸附能力与其质量和等级密切相关,吸附能力范围通常在100到800 SCF/吨之间。
煤层气的抽取过程中产生的废水带来了受污染的风险,水的质量依赖于地质因素,可能含有不希望的浓度像是重金属和盐类。所产生的甲烷,如不加以控制,亦可能泄漏进入大气层,这会对环境造成长期影响。而在气化过程中,释放出的二氧化碳同样也是环保考量的一环,需妥善管理。
当前,煤层气的商业生产主要集中在美国、澳洲、加拿大、以及印度等地。澳洲的煤层气资源以昆士兰和新南威尔斯为主,而美国的主要产区则是落基山州。
作为一种与传统天然气储层显著不同的气体形式,煤层气的开采技术和环境影响需要更多的重视和研讨。面对日益严峻的能源需求和环境保护的挑战,我们或许需要重新思考煤层气在未来能源结构中的角色会是什么?