ICS

CCS

CI

團體標準

T/CIXXX-2023

巖石保壓取心含氣量測定方法

Methodforpressure-maintainingcoringandgascontentdeterminationofcoalbed

methane

（征求意見稿）

2023-X-X發布2023-X-X實施

?中國國際科技I促進會?發布

頁巖保壓取心含氣量測定方法

1范圍

本文件規定了煤層氣保壓取心含氣量測定的方法提要、儀器設備、樣品采集、測定流程、

數據處理、成果報告和質量評述等技術要求。

本文件適用于煤炭和煤層氣勘探中煤層氣保壓取心含氣量測定。

2規范性引用文件

下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適

用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T19559煤層氣含量測定方法

GB/T212煤的工業分析方法

GB/T6949煤的視相對密度測定方法

GB/T13610天然氣的組成分析氣相色譜法

GB/T29172巖心分析方法

NB/T10018低煤階煤層含氣量測定方法

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1

煤層氣coalbedmethane/coalbedgas

賦存于煤層中、以甲烷為主要成分、以吸附在煤基質顆粒表面為主并部分游離于煤孔隙

中及溶解于煤層水中的烴類氣體。

3.2

游離氣freegas

賦存在煤層裂隙、割理及孔隙中的游離態天然氣體，以單位質量樣品所含氣體體積表示。

3.3

解吸氣desorbedgas

高壓的游離氣體流出后，煤心樣品在保壓取心筒及解吸罐中自然解吸出來的氣體，以單

1

位質量樣品所含氣體體積表示。

3.4

殘余氣residualgas

自然解吸氣測定結束后，殘余在煤樣中的氣體，以單位質量樣品所含氣體體積表示。

3.5

空氣干燥基airdrybasis

以與空氣濕度達到平衡狀態的煤為基準，以下標ad表示。

3.6

干燥無灰基dry-ashfreebasis

以假想無水、無灰狀態的煤為基準，以下標daf表示。

3.7

采樣時間samplingtime

包括兩部分：從起鉆到煤心提升至井口所用的時間，和煤心提升至井口到裝入解吸罐密

封所用的時間。

4方法提要

保壓取心工具內筒下端有特制的球閥結構，在鉆取巖心完成后通過內外筒的差動作用使

球閥關閉，從而使內筒保持井底壓力。

保壓取心筒達到地面后，進行高壓解吸階段，即連接保壓取心筒、緩沖罐和氣體計量裝

置，逐級降壓測試氣體體積；待氣體流量小于規定值后，進入自然解吸階段，即迅速打開保

壓筒，煤樣裝入解吸罐繼續測試氣體體積至測量結束。高壓解吸階段和自然解吸階段含氣量

之和即總含氣量。

5儀器設備與材料

5.1保壓取心工具

圖1保壓取心工具示意圖

5.2緩沖罐：圓柱狀，不銹鋼材質，耐壓30MPa，有高壓膠管接口，氣體排出口和泥漿

2

排出口。緩沖罐示意圖詳見圖2。

說明：

1—氣體排出口

2—高壓膠管接入口

3—泥漿排出口

圖2緩沖罐示意圖

5.3解吸罐：圓柱形，帶進氣口、出氣口和壓力表（量程不大于1MPa），容積1000cm3

以上，0.2MPa壓力下保持氣密性。解吸罐示意圖見圖1。

說明：

1—罐蓋；

3

2—進氣口；

3—氣壓表；

4—出氣口；

5—罐體。

圖3解吸罐示意圖

5.4氣體計量裝置：量程不小于2000cm3，精度不低于1cm3。

5.5恒溫裝置：溫控精度±1℃。

5.6溫度計：適用范圍-30℃~80℃。

5.7氣壓計：60KPa~106KPa，分度值0.1KPa。

5.8電子秤：量程10kg,感量1g。

5.9標準篩：0.25mm(60目)。

5.10研磨罐：容積不小于150cm3，配有進氣口、出氣口，保持氣密性。研磨罐示意圖

見圖4。

說明：

1—進氣口；

2—出氣口；

3—鋼餅；

4—罐體；

5—罐蓋。

圖4研磨罐示意圖

5.11研磨機：轉速不低于700r/min，出樣粒度小于0.2mm。

5.12軟管：長度約1m。

5.13氣樣袋：不小于250cm3，不與煤層氣發生化學反應的耐酸化耐腐蝕材質，密封性

好。

4

5.14氣樣瓶：不小于250cm3，玻璃材質。

5.15填料：對煤層氣不產生吸附和反應的圓柱體，玻璃球，空心管等。

5.16塑料袋：厚度不小于0.14mm。

5.17小型真空封口機：極限壓力不高于60kPa。

5.18氦氣：純度不低于99%。

5.19干燥箱：控溫范圍為室溫-100℃；溫度分辨率為0.1℃，可充入惰性氣體。

6保壓取心

6.1保壓取心作業條件

6.1.1井口

6.1.1.1鉆臺整潔，安全防護設施和吊升設備應完好。

6.1.1.2保壓取心施工，井控安全要求應符合SY/T6426的相關規定，井口防噴器應隨

時處于好用狀態，鉆井隊應做好防噴應急準備工作。

6.1.2地面

6.1.2.1通向井場的道路良好，能通過9.6米廂式貨車。井場應具有緊急集合點及相對

應的應急疏散道路。

6.1.2.2井場地面平整，應有滿足保壓取心工具操作間及取心工具進出、擺放空間（長

16米，寬4.5米）。

6.1.2.3具備380V可接電源。

6.1.3井眼要求

6.1.3.1井身質量應符合Q/SY1052-2011石油鉆井井身質量控制規范要求。

6.1.3.2井內無漏失、無溢流，起下鉆暢通無阻。

6.1.3.3井底無金屬落物。

6.1.3.4井眼直徑：215.9～244.5mm。

6.13.3.5取心地層膠結良好，無礫石。

6.1.4鉆井液

6.1.4.1鉆井液性能符合設計要求，對于保壓密閉取心，其API濾失量不大于3mL。

6.1.4.2鉆井液含砂量應小于0.3%。

6.1.4.3鉆井液中臨時加入處理劑時，應提前告知取心作業人員，選擇合適時機均勻加

入，增粘劑要充分溶解后加入。

5

6.1.5鉆井設備

6.1.5.1井場應備有調長鉆桿。

6.1.5.2鉆機各部分運轉正常，儀表齊全、靈敏、準確。

6.1.5.3地面循環管線接有游壬，可投入直徑50mm鋼球。鉆具內無濾網，不能阻礙鋼

球通過。

6.1.5.4配備離心機等固控設備，以降低鉆井液中有害固相含量。

6.2取心工具準備

6.2.1設備、材料準備

6.2.1.1現場配備8噸吊卡車一臺，用于鉆臺至工具操作車間的取心工具吊裝運輸。

6.2.1.2服務裝置：取心工具操作車間1間，配有簡易橋吊、裝卸架、液體試壓設備、

氣體充壓設備、組合拆裝架等，以供保壓取心工具的組裝、拆卸、試壓、充氣、巖心冷凍與

切割。

6.2.1.3液氮準備充足，用于冷凍巖心。1米巖心筒用量1-1.5罐液氮，3米巖心筒用

量1.5-2罐液氮，6米巖心筒用量2-4罐液氮（根據氣候、戶外溫度和冷凍效果調整液氮使

用量）。

6.2.2工具檢查與準備

6.2.2.1內外筒的直線度不超過0.5‰，內外筒無變形、無裂紋，螺紋完好，直徑符合

圖樣要求。

6.2.2.2巖心爪檢查：敷焊碳化鎢顆粒牢固、厚度均勻，巖心爪錐面與巖心爪座錐面相

吻合。

6.2.2.3取心鉆頭檢查：鉆頭出刃均勻完好，水眼通暢，內腔密封面光滑，內外徑應符

合圖樣規定。

6.2.2.4密封圈檢查：所有密封圈須完好無損，尺寸應符合圖樣要求，裝配應涂抹潤滑

脂，不允許有翻轉扭折現象。

6.2.2.5差動總成檢查：中心接頭與滑套接頭配合良好，密封圈佩帶良好。

6.2.2.6密封總成檢查：球閥表面光潔，無銹跡，無變形，旋轉靈活。

6.2.2.7測量總成檢查：測量儀器電量充足，測試靈敏，安裝徑向和軸向減震彈簧。

6.2.2.8內巖心筒與外筒之間的調長滿足保壓取心工具設計要求。

6.2.2.9內巖心筒密封機構試壓：向內筒中注入水或者氮氣，壓力達到預計井底液柱壓

力時，穩壓15min，壓降小于0.15MPa為合格。

6

6.2.3取心工具操作間準備

6.2.3.1取心工具操作間，距離鉆井液池和放噴管線不少于10m（海上作業根據實際情

況來確定）。

6.2.3.2取心工具操作間應滿足正壓防爆要求。

6.2.3.3鉆井隊負責連接取心工具操作間的外接電源。

6.2.3.4動力電源線采用架空或埋置地下方式，架空高度不低于2.5m，埋深不得少于

25cm。

6.2.3.5各種用電設備應接地良好，接地電阻小于5Ω。

6.3取心作業

6.3.1作業前準備

6.3.1.1取心作業人員根據井身結構、井下情況、鉆井設備情況、井場地形及布置情況，

進行保壓取心作業風險辨識。

6.3.1.2保壓取心作業前，鉆井監督組織由保壓取心、鉆井、錄井、鉆井液等相關負責

人參加的協調會，進行技術交底，明確各方職責以及相互配合中的注意事項。

6.3.1.3地質人員卡準取心層位后，應及時通知取心作業人員，進行相關工具準備。

6.3.2保壓取心工具組合的配置

6.3.2.1保壓取心工具先由吊車調至坡道，再雙繩起吊平穩吊上鉆臺，吊裝期間防碰防

摔。

6.3.2.2工具出入井口時用大鉤提吊，外筒坐于井口時應使用安全卡瓦卡緊。

6.3.2.3高風險井取心作業時，應在取心工具和鉆鋌之間安裝板式浮閥，能保證通過

50mm鋼球。

6.3.2.4外筒采用液壓大鉗上緊螺紋，螺紋緊扣扭矩為13000~15000N?m。

6.3.3下鉆

6.3.3.1下鉆速度控制在15柱/h(450m)以內。

6.3.3.2下放鉆具要平穩,遇阻鉆壓不得超過30kN，不允許用劃眼的方式強行下鉆。

6.3.3.3水平井取心作業，每下鉆500m開泵打通水眼，開泵要求緩慢開泵。

6.3.3.4將取心鉆頭下至離井底10m左右，緩慢開泵，啟動泵壓不得超過2MPa，小排

量循環正常后逐漸加大至正常排量。充分循環鉆井液。

6.3.4取心鉆進

6.3.4.1在開泵轉動鉆具情況下，校對指重表，靜態下放工具進行探底操作。探底結算，

7

將鉆頭緩慢放到井底，然后調整鉆壓至20kN，啟動轉盤，在鉆進0.3m后調整鉆壓鉆進。

6.3.4.2鉆進參數推薦值：

硬地層軟地層

樹心20-30樹心20-30

鉆壓

鉆進40-80鉆進50-80

kN

割心0-20割心20-30

排量L/s22-3016-22

轉數r/min50-8030-60

6.3.4.3鉆進操作要求：

6.3.4.3.1送鉆均勻，增壓緩慢，不允許溜鉆。

6.3.4.3.2鉆進中不停泵、不停轉，遇蹩，跳鉆時可適當調整鉆井參數。

6.3.4.3.3鉆頭不得離開井底，直到取心鉆進完為止。如遇特殊情況需要提起鉆頭時、

應割心起鉆。

6.3.4.4應做好鉆時記錄，隨時觀察鉆時，鉆壓、泵壓與轉盤扭矩的變化，發現異常情

況果斷處理。

6.3.5割心

6.3.5.1取心鉆進最后0.3～0.5m時，鉆壓可比原鉆壓增大30～50kN，然后停鉆、停

泵，量方入，緩慢上提鉆具0.5m，并注意觀察指重表顯示。懸重突然恢復原值，停止一般

懸重增加50～150kN后又立即恢復到原懸重值，說明巖心被拔斷。

6.3.5.2割心后，將取心工具提離井底1-2米，投入剛球關閉球閥。投球時，先上提鉆

具并卸開放鉆桿，從井口投入鋼球，每次投球一只。投球后接上方鉆桿，開泵送球。送球時

間（min）為井深（m）的0.004倍。待鋼球落座后，泵壓會迅速上升并回落，說明差動機構

銷釘剪斷，球閥關閉。

6.3.6起鉆

6.3.6.1起鉆速度適當，操作平穩，用旋繩或液壓大鉗卸扣。

6.3.6.2起鉆過程中應連續向井眼灌滿鉆井液。

6.3.6.3取心結束，凡用大鉗緊扣的外筒螺紋應松扣再下鉆臺，并將井口蓋好。

6.3.7取心作業特殊情況要求

8

6.3.7.1硬地層割心時，若懸重未恢復，應停止上提鉆具，保持巖心受拉狀態，然后猛

轉轉盤或閃動鉆具，或用開泵的方法直到指重表恢復原懸重為止。

6.3.7.2在煤層等軟地層取心結束割心時，也可采用旋轉球閥的方式割心。具體方法為：

打完取心進尺后，保持鉆具不動，在立管上專用絲堵或地面管線游任處投入鋼球并開泵送球，

待鋼球落座后，泵壓會迅速上升并回落，說明球閥關閉，巖心扭斷。

6.3.7.3投球后，如在預測時間內泵壓沒有變化，可適當延長循環時間3-5分鐘，如果

仍然沒有變化，可上提鉆具并卸開方鉆桿，再次投入鋼球，并根據泵壓變化，判斷球是否到

位，并起鉆。

6.3.7.4出現上提遇卡、下放遇阻情況時，鉆井隊立即與取心作業人員聯系，參照SY

5974規定處理。

6.3.7.5取心過程中應盡量避免加入堵漏劑，若地層漏失嚴重必須進行堵漏作業，需均

勻加入堵漏劑并與鉆井液充分攪拌，避免堵漏材料沉淀堵塞球座和液壓腔。

6.4巖心出筒

6.4.1取心工具提至鉆臺后，用大鉤提吊取心工具檢查球閥是否關閉。證實關閉后，用

鉆頭卸扣器卸松鉆頭，帶上護帽。用雙繩起吊將取心工具從鉆臺平穩掉至坡道，再用吊車轉

運工具至操作車間門口地面支架，最后運送到工具車間中。

6.4.2在工具車間內，檢查球閥密封情況，將取心內筒從外筒中抽出，關閉上部內筒測

壓接頭針閥，對測量機構、氮氣室進行泄壓、拆除，取出測量儀器。

6.4.3讀取相關壓力數據，進行相關數據分析，確定保壓情況。

7樣品采集

7.1測試前準備

7.1.1鉆遇煤層前，采樣人員需提前到達現場，安裝調試儀器設備，確認管路連通性和

密封性。

7.1.3應對解吸罐進行氣密性檢測，0.2MPa壓力解吸罐下放入水中無氣泡冒出。

7.1.4應將恒溫裝置溫度調至儲層溫度。

7.2采樣原則

7.2.1采樣要求及樣品長度

保壓筒內樣品應全部裝罐解吸。樣品量以裝滿解吸罐為宜。如煤心采取量不足又需要采

9

樣測定時，根據現場取心實際情況以及設備使用情況進行適當調整，并在備注中說明。

7.2.2采樣時間

從打開保壓取心筒至裝入解吸罐密封所用的時間要求：應控制在20min以內。

7.2.3煤心采樣

打開保壓取心筒后，按煤層剖面順序迅速裝入解吸罐并密封。

7.2.4裝樣要求

同一筒次樣品裝罐時應保證每個解吸罐中樣品為同一巖性，如遇巖性變化處，應再裝新

罐，未裝滿部分用填料填充。除此情況外，煤層吸附氣裝罐測定的樣品應裝至距解吸罐口1

cm左右。樣量不足時，視樣量的多少在罐底加適量填料。

7.2.5參數記錄

采集樣品時，應按照附錄A的格式記錄。

8測定方法及流程

8.1取心內筒氣體帶壓測量

8.1.1傾斜靜置

保壓取心筒到達地面后，出口端朝上傾斜靜置，使保壓取心筒內的泥漿沉淀，防止堵塞

出氣口。

8.1.2帶壓測量

將保壓取心筒出氣口與緩沖罐及氣體計量裝置連接到位，先關閉緩沖罐入口閥門，然后

緩慢打開保壓取心筒出口閥門，待緩沖罐壓力表穩定后讀數并記錄初始壓力。初始壓力記錄

完成后，緩慢打開緩沖罐入口閥門，初期壓力較高時不宜將閥門開至最大，待壓力降至1MPa

時，閥門可完全打開。

8.1.2泥漿排出

保壓取心筒高壓氣體開始計量后，在保壓取心筒出口閥門關閉時，定期打開緩沖罐出口

排出罐內泥漿。

10

8.1.3測量終止條件

當連續5分鐘氣體流速小于50ml/min時，高壓測量終止。

8.2自然解吸

打開保壓取心筒后稱量煤樣質量，挑選煤樣裝入解吸罐，按GB/T19559進行自然解吸。

8.3殘余氣測定

自然解吸完成后進行殘余氣測定，按GB/T19559標準進行。

8.4.樣品干燥及稱重

將樣品放置于干燥箱內干燥至肉眼觀測煤樣表層無明顯可動水時，即可進行稱重。稱重

后按GB/T212進行工業分析。

8.5氣樣采集及氣體組分測定

氣體采集按GB/T19559進行，氣組分分析按GB/T13610進行。

9數據處理

9.1煤層含氣量計算

9.1.1氣體體積校正

帶壓測量氣、自然解吸和殘余氣測定所得的氣體體積應進行標準狀態校正，換算到0℃、

壓力101.325kPa下。氣體體積校正見式（1）：

(1)

273.15×??×??

????

——標準狀態下氣體體積?，單=位1為01.3立25方×2厘73米.15（+?cm3）；

???—?—大氣壓力，單位為千帕（kPa）；

??——大氣溫度，單位為攝氏度（℃）；

??——測試的氣體體積，單位為立方厘米（cm3）；

??

9.1.2帶壓測量氣氣計算

高壓測量氣計算見公式（2）。

（2）

式中：?0=??/??

——帶壓測量氣含量，單位為立方厘米每克（cm3/g）；

?0——帶壓測量氣總體積，單位為立方厘米（cm3）；

??11

——高壓測量樣品總質量，單位為克（g）。

??

9.1.3損失氣計算

9.1.3.1損失氣時間計算

對于保壓取芯，將打開保壓筒時間作為零時間。

損失氣時間為零時間到封罐時間。

其計算方法見公式（3）：

(3)

式中：??=?2??1

——損失氣時間；

??——封罐時間；

?2——打開保壓筒時間。

?91.1.3.2損失氣計算方法

損失氣計算方法采用直接法。解吸初期，解吸量與時間平方根成正比。以標準狀態下累

計解吸量為縱坐標，損失氣時間（）與解吸時間（）和的平方根為橫坐標圖，將最初解

吸的個點（不少于10個）連接，延?長?直線與縱坐標軸?相交，則直線在縱坐標軸的截距為損

失氣量，參見附錄C的圖C.1。

9.1.4自然解吸氣計算

解吸氣計算見公式（4）。

（4）

式中：?2=??/??

——解吸氣含量，單位為立方厘米每克（cm3/g）；

13

?VD——解吸氣體積，單位為立方厘米（cm）；

——樣品總質量，單位為克（g）。

??

9.1.5殘余氣計算

殘余氣計算見公式（5）。

（5）

式中：?3=??/??

——殘余氣含量，單位為立方厘米每克（cm3/g）；

3

?12

——殘余氣體積，單位為立方厘米(m3)；

VR

——殘余氣樣品質量，單位為克（g）。

??

9.1.6總含氣量計算

總含氣量計算見式（6）。

（6）

式中：??=?0+?1+?2+?3

——煤層氣含量，單位為立方厘米每克（cm3/g）。

??——帶壓測量氣含量，立方厘米每克（cm3/g）；

?0——損失氣含量，立方厘米每克（cm3/g）；

?1——解吸氣含量，立方厘米每克（cm3/g）；

?2——殘余氣含量，立方厘米每克（cm3/g）。

9.2?計3算數值精度要求

含氣量測定數據保留2位有效數字。

10成果報告

煤層含氣量測定成果報告主要包括高壓測量原始記錄表，自然解吸原始記錄表，殘余氣

原始記錄表，含氣量測定結果表，氣組分分析結果和工業分析結果等。

文字說明和有關分析，如采樣情況說明，實驗過程說明及分析結論等。

11質量評述

11.1樣品采集質量評述

11.1.1未能按時提心或裝罐，應在記錄中注明。

11.1.2如煤心采取率太低，樣量較少時應記錄實際樣量，在質量評述中說明相應分析

不能進行的原因。

11.2測定操作質量評述

11.2.1如樣品太碎，測定過程中出現堵塞，未能及時處理時，應在報告中說明，并將

該樣作為參考樣。

11.2.2測定過程錯記、漏記或儀器設備漏氣故障致使測值不準確，應說明。

11.3質量評述結論

13

11.3.1合格樣品

如未發現11.1和11.2中的問題，按規范測定的樣品，視為合格樣品，煤層含氣量測定

的結果可直接應用。

11.3.2參考樣品

采樣及測定過程中發生問題，致使測定未能按規范執行，其測值僅作為參考。

11.3.3報廢

如有嚴重失誤，則樣品報廢，測值無效。

14

附錄A

（規范性附錄）

煤層保壓取心含氣量測試原始記錄表格式

自然解吸原始記錄表格式見表A.1。

A.1自然解吸原始記錄表

采樣地點________樣品編號_________鉆遇煤層時間________提鉆暴露時間/min___________

井號________解吸罐號_________提心時間________裝樣暴露時間/min___________

采樣深度/m______空罐質量/g________到達井口時間________儲層溫度/℃___________

煤層名稱________樣罐質量/g_______封罐時間_________采樣日期___________

讀數3

測定日期測定時間間隔時間/cm氣體體積環境溫度大氣壓力

備注

（年.月.日）（時:分）min起始終止cm3℃kPa

采樣人：實驗人：審核人：

15

附錄B

（規范性附錄）

殘余氣測定原始記錄表格式

殘余氣測定原始記錄表格式見表B.1。

表B.1殘余氣測定原始記錄表

樣品編號________井號_________煤層名稱________

序樣品質量測定日期測定時間間隔時間氣體體積環境溫度大氣壓力

備注

號g（年.月.日）（時：分）mincm3℃kPa

第

一

次

第

二

次

第

三

次

實驗人：審核人：

16

附錄C

(資料性附錄)

損失氣計算圖（直線法）

損失氣計算圖（直線法）見圖C.1。

圖C.1XX井XX煤層XX樣品損失氣計算

17

附錄D

（資料性附錄）

煤層氣保壓取心累計氣量曲線

煤層氣累計解吸曲線圖見圖D.1。

圖D.1XX井XX煤層XX樣品累計解吸曲線

18

附錄E

（規范性附錄）

煤層保壓取心含氣量測定結果表格式

煤層含氣量測試結果表格式見表E.1。

表E.1煤層含氣量測定結果表

游離氣解吸樣質量高壓測量氣自然解吸氣殘余樣質量殘余氣總含氣量

cm3/ggcm3/gcm3/ggcm3/gcm3/g

解