BATU BARA

ATLAS GEOLOGI BATUBARA
VOLUME 1
GEOLOGI BATUBARA
EKSPLORASI, PERTAMBANGAN DAN METAN /GAS METANA
Gambaran Gas Metan
D. KEITH MURRAY

Eksplorasi dan pengembangan gas metan (CBM), lebih tepat disebut "gas metan", memerlukan pemahaman menyeluruh tentang geologi dari kedua batubara dan minyak bumi, bersama-sama dengan banyak aspek teknik pertambangan dan reservoir. Selanjutnya, geologi dari urutan bantalan batubara seluruh (s) dalam bidang yang harus dievaluasi dengan hati-hati. Evaluasi ini harus mencakup kontribusi dengan fitur struktural dan unit litologi lain yang mungkin mampu menyimpan volume batubara yang dihasilkan hidrokarbon.
Studi Eksplorasi harus membahas topik seperti 1) sifat fisik dan kimia dari batubara (rank, kimia, lingkungan pengendapan, diagenesis, mineralisasi, dll) 2) sejarah termal dan hidrodinamika daerah bunga, 3) komposit ketebalan batubara dan jahitan dari overburden, 4) struktur geologi dan fitur tektonik, seperti pola fraktur dan unit beku, 5) lapisan batubara gas Data desorpsi di daerah penelitian, 6) sebuah petrografi batubara dari core yang tersedia dan juga pemotongan.
Batubara adalah bahan bakar minearal paling melimpah di dunia dengan total di tempat sumber daya diperkirakan sebagai 27 triliun ton (gambar 1). Lebih dari 90% dari sumber daya yang sangat besar ditemukan di belahan bumi utara dan hampir 80% adalah bitumen atau lebih tinggi di peringkat (ranking tinggi). Diperkirakan bahwa kandungan energi sumber daya di dunia yang dikenal batubara setara dengan lebih dari 40 triliun barel minyak. Masa depan untuk pengembangan CBM tampaknya menjanjikan (Howell, 1993)

Signifikansi Dari Batubara dan Gas metan

Batubara merupakan zat yang sangat kompleks (van krevelen, 1961), bukan menjadi bahan padat, seperti yang umum diyakini, itu adalah campuran dari matriks dan konstituen molekul onccluded. Ini adalah bahan bakar, sebuah sedimen organik, batu, penumpukan sisa-sisa tanaman, koloid padat, dan zat kimia organik.
Batubara adalah salah satu yang terkaya dari hidrokarbon, tinggi bahan organik humat kerogenous. Ini merupakan kedua sumber dan reservoir hidrokarbon. Gas metan terdiri dari metana (biasanya 95% atau lebih) kadang-kadang dengan beberapa fraksi organik lebih berat dan dalam kasus tertentu, karbon dioksida (10-15%). Beberapa bara di san juan cekungan (amerika serikat), Australia, dan cina misalnya menghasilkan minyak atau lilin kondensat. Tergantung pada peringkat batubara, gas yang dihasilkan dapat berupa (khas rendah rank batubara) biogenik, termogenik atau campuran keduanya. Gas metan bebas dari sulfur dan umumnya kualitas pipa.

Gas yang diserap dikemas dalam struktur batubara begitu erat bahwa pagar betis karakteristik cairan. Para terperangkap "gas" dengan mudah menguap in-situ ketika tekanan reservoir ambien berkurang (Levine, 1991)
Batubara dapat berperilaku sebagai karet berikatan silang, "meregangkan" sebagaimana adanya Sorbs atau desorbs air dan metana dan berperilaku sebagai sorben selektif. Batubara deformasi ketika stres dan dapat membengkak menjadi hampir dua kali volume awalnya ketika menyerap pelarut tertentu (Levine, 1991)
Gas-gas yang dihasilkan dari batubara adalah dengan produk pembentukan batubara, yang didefinisikan sebagai processby yang bahan nabati semakin berkembang dari gambut untuk lignit ke sub bituminous, bituminous dan batubara antrasit. Proses gambut pembentuk melibatkan reaksi biokimia (diagenesis) Bitumen dan batubara peringkat tinggi melewati tahap (thermogenik dan catagenic) geokimia. Pematangan termal atau metamorfisme, bahan organik humat kerogenous (sebagian besar oksigen kaya lignin dan selulosa) menghasilkan devolatization progresif dari kerogen dalam batubara, bersama dengan peningkatan kadar karbon, penurunan kadar air, peningkatan nilai kalori dan persen reflektansi vitrinit, peningkatan tingkat pemesanan molekul, dan peningkatan yang ditandai dalam metana termal yang dihasilkan (murray, 1990 dan 1991).
Gas-gas sehingga dihasilkan disimpan dalam konsentrasi tinggi di kedua anf batubara endapan terkait setelah titik pengusiran gas dalam batubara telah dicapai. Volume untuk volume, batubara peringkat tinggi mampu menyimpan sebanyak tiga sampai empat kali sebagai gas sebanyak adalah reservoir batu pasir berpori bawah kondisi yang sama, karena daerah yang sangat tinggi permukaan internal batubara, yang dapat setinggi 0,09-0,19 juta m2/kg

Pembatubaraan dengan pendekatan, Generasi Gas, dan Gas Penyimpanan
Tidak semua metana yang dihasilkan selama proses pembatubaraan dengan pendekatan bermigrasi atau diusir keluar dari lapisan batubara. Batubara kapasitas hasthe untuk mempertahankan, menyimpan atau menyerap metana dalam jumlah yang bervariasi. Penyimpanan metana dicapai dengan dua metode utama:
1) Dalam sistem microporosity, di mana dalam gas diserap dalam atau teradsorpsi pada struktur molekul kerogen dalam batubara, serta di micropores.
2) Dalam sistem macroporosity, dengan volume penyimpanan konvensional dalam cleat atau patah tulang yang hampir selalu hadir dalam batubara (meisssner, 1984). Retensi metana dalam batubara juga dapat dinyatakan sebagai berikut:

1.    sebagai molekul diserap pada permukaan internal atau dalam struktur molekul batubara.

2.    Sebagai gas yang terperangkap dalam matriks (makro atau mikro) porositas, yang biasanya terjadi dalam 5 angstrom angstrom sampai 500 ditambah berbagai ukuran

3.    Sebagai gas bebas dalam cleat dan sistem fraktur

4.    Saat gas terlarut dalam air gratis yang mungkin ada dalam cleat dan fraktur (Choate et al, 1986).

Volume metana yang dapat disimpan dengan penyerapan molekul dan dalam sistem microporosity ditentukan oleh batubara, suhu peringkat reservoir dan tekanan reservoir (Meissner, 1984)

Penting untuk dicatat bahwa yang lebih rendah-rank batubara, mereka peringkat bituminus bawah menengah-volatile, ditandai dengan memiliki gas kapasitas penyimpanan lebih dari itu generasi. Selanjutnya pengusiran metana terjadi pada titik di mana generasi melebihi kapasitas penyimpanan pada kondisi suhu dan tekanan tetap. Hal ini dapat dilihat, bahwa metana dalam masalah ini bara dan paradoks yang tidak ditemukan dalam lebih "konvensional" batuan reservoir. Sebagai contoh, 0,003 m3 (1 ft3) dari batu pasir memiliki porositas 15% dan saturasi gas 75%, dengan dept dari 760 (2.500 ft), dapat menyimpan 0,24 m3 (8,4 scf) gas atau 2,6 kali lipat. Fenomena ini sebagian karena struktur molekul yang unik dari batu bara, di mana dalam sistem mikropori tampaknya berperilaku sebagai saringan molekuler, atau sebagai kandang clathrare (analog dengan struktur mineral zeolit), di mana molekul metana yang bersarang dalam benzena cincin. Masalah lain melibatkan sifat dinamis dari akumulasi batubara yang diturunkan metana yang dihasilkan dari kemampuan batubara untuk bertindak baik

1.    sebagai "mesin gas-generasi", yang bersama-sama dengan tempat tidur reservoir batupasir berdekatan mengandung unsur adat kritis sumber, jalur migrasi dan perangkap (Meissner, 1984)

2.    sebagai menyerap "spons". Dalam kondisi pemanasan termal, batubara dapat terus menghasilkan metana, mengusir ke dalam sedimen sekitarnya bila kapasitas penyimpanan batu bara keseluruhan telah terlampaui. Di sisi lain, dalam cekungan mengalami pendinginan termal, bara akan cenderung menyerap kembali, dari reservois klastik sekitarnya, gas yang jahitannya keren awalnya dihasilkan sebagai kapasitas penyimpanan mereka dalam meningkat selama fase pendinginan. Pemanasan / volume generasi gas yang tinggi dan pendinginan / gas termal proses reabsorpsi dapat menyebabkan lebih tertekan dan di bawah akumulasi gas bertekanan, masing-masing, yang umum di banyak batubara-bantalan cekungan gunung berbatu.

Gas yang dihasilkan langsung dari lapisan batubara hampir selalu kualitas pipa, yang terdiri dari sekitar 90% menjadi metana 95% dalam banyak kasus, dengan sejumlah kecil hidrokarbon yang lebih berat, CO2, N2, O2, H2 dan Dia. Analisis gas pulih dari tertentu relatif dalam (lebih dari 1.520 m (5.000 ft)), tinggi peringkat bara telah mengindikasikan daripada kehadiran H2S dan senyawa sulfur lainnya dalam gas metan adalah hampir tidak dikenal, bahkan dari tinggi belerang bara.

Komposisi, volume, dan tingkat pembebasan hidrokarbon yang dihasilkan oleh proses pembatubaraan dengan pendekatan muncul pada dasarnya merupakan fungsi dari kelimpahan relatif dari berbagai macerals, (vitrinit, alginat, exinite, dll) yang ditemukan dalam batubara. Macerals adalah komponen mikroskopis batubara dan terdiri dari tetap dari bahan tanaman asli (ulery, 1984) melihat volume 2.
Tambahan, tingkat perubahan termal memiliki efek diputuskan komposisi hidrokarbon dihasilkan oleh terestrial (tipe III) bahan organik. Ada bukti yang baik bahwa generasi asli dari hidrokarbon mungkin, dalam beberapa situasi, terjadi di tingkat bawah kematangan termal (yaitu, pada tingkat reflektansi vitrinit kurang dari 0,6% Ro maks) dari umumnya percaya (Snowdon dan Powell, 1982).

                                        Penilaian Sumber Daya Gas metan

Eksplorasi dan penilaian akumulasi gas metan akan dibahas secara rinci dalam laporan yang diterbitkan (Choate et al, 1986;. Mavord et al, 1995 dan 1996;. Scott et al, 1995;. Dan Moore, 1996). Faktor penting yang terlibat dalam produksi ekonomi gas metan meliputi berikut ini (Moore, 1996):
a. batubara petrologi

b. pembentukan internal yang

c. hidrogeologi

d. tekanan awal reservoir

e. gas isi dari reservoir batubara

f. distribusi patah tulang dan cleat

g. in-situ stres kondisi

h. jumlah saturasi "bebas" gas

Produksi Gas metan

Produksi gas dari coalbeds tidak seperti di-situ teknik gasifikasi, adalah non-destruktif untuk batubara. Selanjutnya, gas metan tinggi nilai pemanasan, umumnya antara sekitar 18,630-20,580 kcal/m3 (950-1,050 Btu / scf) (metana murni memiliki nilai pemanasan 19.840 kcal/m3 (1.012 btu / scf) pada 150C (600F) dan tekanan atmosfer). Sebaliknya, gas yang dihasilkan dari gasifikasi in-situ batubara rendah dalam konten panas, biasanya di kisaran 2,940-5,880 kcal/m3 (150-300 btu / scf).

Gas diserap disimpan dalam matriks atau micropores dari batubara dan desorbs dan berdifusi melalui batubara pada tingkat yang diatur oleh proses difusi dijelaskan oleh hukum Fick atau dengan model difusi lain, kekuatan pendorong menjadi gradien konsentrasi. Setelah gas telah bermigrasi ke dalam sistem cleat dan patah, maka ia akan mengalir ke lubang sumur (atau saya) menurut hukum Darcy, didorong oleh gradien tekanan,. Kedua jenis transportasi massa saling bergantung. Mayoritas reservoir batubara berada pada dasarnya tekanan hidrokarbon dan mereka bergantung pada sistem patah tulang dan cleat untuk sebagian besar permeabilitas mereka (gambar 3). Para permeabilitas relatif terhadap baik gas dan air sangat penting untuk produksi awal metana dari reservoir batubara. Dalam air jenuh bara, air harus dikeluarkan (biasanya dengan memompa) untuk mengganggu keseimbangan yang ada antara metana diserap dalam micropores dan bahwa yang ada dalam sistem rekahan (gambar 4). Setelah gradien tekanan telah ditetapkan, metana pertama akan berdifusi ke dalam sistem rekahan dan kemudian dari patah ke dalam lubang sumur, di mana tekanan telah diturunkan menjadi kurang dari hidrostatik. Pada akhirnya, produktivitas CBM dengan baik tergantung sebagian besar pada kemampuan untuk tekanan reservoir yang lebih rendah dan saturasi air (jika ada) dalam reservoir batubara. Pola multiwall diperlukan dalam rangka menciptakan batas-batas drainase atau daerah gangguan. Kissel dan Edward (1975) telah menunjukkan bahwa dengan menurunkan saturasi air dalam fraktur dan cleat dalam batubara, permeabilitas efektif untuk gas meningkat (yaitu, lebih banyak ruang yang tersedia untuk fase gas), sehingga tingkat peningkatan produksi gas dan penurunan sesuai pada laju produksi air. Seperti "penurunan negatif" telah diamati di sejumlah sumur gas metan di daerah produktif seperti jauan san dan cekungan prajurit hitam dari amerika serikat.

Sebagian besar produksi gas metan di dunia berasal dari beberapa bidang di negara unoited, yang totalnya mencapai lebih dari 28,3 juta m3 (1 TCFG) setiap tahun dari sekitar 6.000 sumur, atau lebih dari 5% dari produksi gas kering total AS (pictuere 5 dan 6). Lebih dari 80% dari produksi CBM total di amerika serikat berasal dari matahari juan cekungan of Colorado dan baru meksiko (murray dan schwochow, 1997) (gambar 7).

Dalam arena internasional, mendorong volume CBM, yang dapat dianggap sebagai ukuran komersil yang dilaporkan dari beberapa daerah di cina dan Australia (piramida dr batu kasar titik penerbitan, inc, 1997.).

Teknologi Baru dalam Pembangunan Gas metan

Murray dan schwochow (1997) meringkas efek positif dari kemajuan teknologi baru pada pengembangan CBM yang berkembang di amerika serikat. Berikut ini adalah beberapa teknologi inovasi baru saat ini sedang bekerja di amerika serikat, terutama di wilayah pegunungan Rocky:

1.    program peningkatan produktivitas (PIP), yang menggunakan handal, murah alat diagnostik dan metode untuk menentukan faktor yang terlibat dalam kinerja yang buruk dari sumur CBM (karena faktor-faktor seperti konektivitas yang buruk dari reservoir batubara ke dalam sumur).

2.    Dinamis terbuka lubang (kavitasi) penyelesaian, dimana reservoir batubara didorong untuk mengelupaskan ke dalam lubang sumur, sehingga menciptakan banyak yang patah, mudah-mudahan, akan menghubungkan lubang sumur untuk reservoir

3.    Peningkatan metana pemulihan (ECBM) metan, proses dipatenkan oleh Amoco, yang menggunakan gas nitrogen inert seperti untuk menyuntikkan ke dalam reservoir batubara untuk strip persentase yang tinggi (mungkin 85% atau lebih) dari metana dari reservoir (pocture 8).

4.    Produksi CBM dari dangkal di bawah reservoir batubara bertekanan rendah ditandai dengan in-situ isi gas (kurang dari 4,7 m3/tonne (150 scf / ton)) dan peringkat yang relatif rendah (tinggi-volatile bituminous B). Burlington sumber daya minyak dan gas telah menyelesaikan lebih dari 160 sumur CBM sekitar 48 km (30 mil) selatan fairway pembentukan Fruitland overpressured metan, di san juan baskom, baru meksiko.

5.    Karakterisasi seismik reservoir batubara patah dimulai di departemen geofisika di sekolah Colorado penambang pada tahun 1984. Proyek inovatif menunjukkan bahwa tiga dimensi multi-komponen data seismik dapat digunakan untuk langsung memetakan anisotropi permeabilitas dalam reservoir retak, termasuk batubara.

6.    Pemodelan tektonik dinamis telah menunjukkan bahwa tiga basement faulting berulang dalam mekanisme pengendali utama untuk keselarasan dan kompartementalisasi tertentu "terus menerus-tipe" reservoir gas.

7.    Peningkatan pemahaman permeabilitas reservoir batubara telah menyebabkan pengamatan bahwa volume matriks batubara menyusut ketika gas tersumbat desorb dari mikro nya, sehingga peningkatan permeabilitas.

8.    Produksi komersial CBM dari rendah-rank batubara (tebal, dangkal, subbituminous bara di podwer DAS, Wyoming dan Montana) saat ini sedang dikembangkan dalam skala besar di bagian utara dan timur laut cekungan. Tempat Tidur batubara subbituminous sampai kira-kira 60 m (200 kaki) tebal di bagian atas pembentukan serikat benteng (Paleosen) memproduksi dengan harga awal setinggi 8,5-14 Mm3 / d (300-500 MCFD) dari kedalaman kebanyakan kurang dari 150 m (500 kaki).

9.    Cekungan skala model producibility CBM, yang dikembangkan oleh para ilmuwan di biro texas geologi ekonomi, telah diterapkan untuk cekungan gunung berbatu yang meliputi san juan, lebih besar hijau sungai dan cekungan Piceance. Mereka telah menunjukkan bahwa interaksi dinamis antara kontrol geologi dan hidrologi dan realtions spasial mereka menentukan producibility dari suatu reservoir batubara. Kontrol ini meliputi kandungan gas, batu bara, permeabilitas reservoir, hidrodinamika, sistem pengendapan dan distribusi batubara dan pengaturan tektonik dan struktural cekungan batubara (scott., 1995).

10. Peningkatan pemahaman isi gas dari tempat tidur batubara, baik isi in-situ dan storagecapacity, sangat penting dalam mengevaluasi proyek CBM. Penting makalah oleh mavor dkk. (1995 dan 1996) kuantitatif mengevaluasi akurasi perkiraan kandungan gas dari lapisan batubara.