Extracción de metano de yacimientos de carbón

La extracción de metano de lecho de carbón (extracción CBM) es un método para extraer metano de un yacimiento de carbón . El metano de lecho de carbón (CBM) es uno de los factores que limitan la producción segura de carbón en minas subterráneas. También es una forma de energía de alta calidad que puede utilizarse en muchos campos, como la generación de energía, la calefacción y la industria química. Por lo tanto, la extracción de CBM se lleva a cabo antes de la extracción con el fin de aumentar la seguridad de la explotación de los yacimientos de carbón y como un recurso energético útil para su explotación. ^{[ 1 ]}

El metano adsorbido en la matriz sólida del carbón (macerales del carbón) se libera al despresurizar la capa de carbón. El metano se puede extraer perforando pozos en la capa de carbón. El objetivo es disminuir la presión del agua bombeándola desde el pozo. Esta disminución de presión permite que el metano se desorba del carbón y fluya como gas hacia la superficie. Posteriormente, el metano se comprime y se transporta por tuberías hasta el mercado.

El objetivo es evitar que el metano entre en la tubería de agua, permitiendo que fluya por la parte posterior del pozo (entubación) hasta la estación compresora. Si el nivel de agua desciende demasiado durante el drenaje, el metano puede ascender por la tubería hasta la línea de agua, provocando que el pozo se llene de gas. Si bien el metano puede recuperarse en un separador de agua y gas en la superficie, bombear agua y gas simultáneamente es ineficiente y puede causar desgaste y averías en la bomba.

Se han perforado decenas de miles de pozos de metano y se han instalado extensas infraestructuras de apoyo, como carreteras, oleoductos y compresores, para la extracción de metano de lecho de carbón (CBM) en la cuenca del río Powder , en el noreste de Wyoming y el sureste de Montana , y ahora también en la India, en Bengala Occidental (Ranigunj, Panagarh, etc.). El siete por ciento del gas natural (metano) que se produce actualmente en Estados Unidos proviene de la extracción de CBM. El metano de los yacimientos de carbón se puede recuperar de forma económica, pero la eliminación del agua supone un problema medioambiental.

También hay sitios en el centro de Escocia, en Letham Moss. ^{[ 2 ]}

La mayor parte del gas en el carbón se almacena en las superficies internas de la materia orgánica. Debido a su gran superficie interna, el carbón almacena de 6 a 7 veces más gas que el volumen equivalente de roca de un yacimiento de gas convencional. El contenido de gas generalmente aumenta con el rango del carbón, con la profundidad de enterramiento del yacimiento y con la presión del mismo. Las fracturas, o fisuras, dentro de los yacimientos de carbón, generalmente están llenas de agua. Los yacimientos de carbón más profundos contienen menos agua, pero esta es más salina. La eliminación del agua del yacimiento de carbón reduce la presión y libera metano. Se producen grandes cantidades de agua, a veces salmuera , en los pozos de metano de los yacimientos de carbón . Los mayores volúmenes de agua se producen durante las primeras etapas de la producción. La eliminación ambientalmente aceptable de la salmuera es un factor de costo importante para la producción económica de metano. Se puede descargar agua dulce en la superficie, pero la salmuera generalmente se inyecta en la roca a una profundidad donde la salinidad de la salmuera inyectada es menor que la de los fluidos connatos de la roca huésped. La evaporación del agua para la recuperación de residuos sólidos potencialmente vendibles podría ser factible en regiones con altas tasas de evaporación. ^{[ 3 ]}

Las mediciones del contenido de gas en los yacimientos de carbón se utilizan comúnmente en la seguridad minera, así como en la evaluación y recuperación de los recursos de metano de los yacimientos de carbón. Las técnicas de determinación del contenido de gas generalmente se dividen en dos categorías: (1) métodos directos que miden el volumen de metano liberado de una muestra de carbón sellada en un recipiente de desorción y (2) métodos indirectos basados ​​en correlaciones empíricas o datos de capacidad de almacenamiento de metano derivados de isotermas de sorción de laboratorio . Las isotermas de sorción de laboratorio proporcionan información sobre la capacidad de almacenamiento de una muestra de carbón si se miden en condiciones de presión y temperatura geológicamente realistas. Por lo tanto, el contenido máximo de gas que se puede esperar para la recuperación de metano se puede evaluar a partir de dichas mediciones de isotermas de laboratorio. ^{[ 4 ]}

El contenido total de gas, determinado mediante métodos indirectos, se basa en la fórmula empírica propuesta por Meisner y Kim. La cantidad de gas se determina mediante dicha fórmula, que utiliza el contenido de humedad, el contenido de volátiles, el volumen de metano adsorbido en carbón húmedo, el carbono fijo, el espesor del carbón y la temperatura. Meisner (1984) observó que la cantidad de gas metano (VCH4) está relacionada con la materia volátil (daf).

V _CH4 = −325,6 × log (VM/37,8)

La estimación del contenido de gas in situ del carbón se evaluará utilizando la ecuación de Kim (Kim 1977).

V = (100 −M − A) /100 × [ Vw /Vd ] [K(P) ^N - (b × T)] Donde, V = Volumen de gas metano adsorbido (cm³/g) M = Contenido de humedad (%) A = Contenido de cenizas (%). Vw/Vd = 1/(0,25 × M + 1) Vw = Volumen de gas adsorbido en carbón húmedo (cc/g) Vd = Volumen de gas adsorbido en carbón seco (cc/g) Los valores de K y N dependen del rango del carbón y pueden expresarse en términos de la relación entre el carbono fijo (CF) y la materia volátil (MV) K = 0,8 (CF / MV) + 5,6 Donde CF = Carbono fijo (%) MV = Materia volátil (%) N = Composición del carbón (para la mayoría de los carbones bituminosos, N = (0,39 - 0,013 × K) b = Constante de adsorción debido al cambio de temperatura (cc/g/°C). T = Gradiente geotérmico × (h/ 100) + To T = Temperatura a una profundidad dada To = Temperatura del suelo h = Profundidad (m)

Estimación del contenido de metano en capas de carbón mediante la curva de Karol.

En ausencia de datos medidos del contenido de metano en los yacimientos de carbón y de datos de producción de pozos de metano en dichos yacimientos, el contenido de gas puede estimarse mediante la curva de Eddy. Eddy y otros construyeron una serie de curvas que estiman el contenido máximo de metano reproducible de los yacimientos de carbón en función de la profundidad y el rango . La estimación del contenido de metano de un yacimiento de carbón se determina a partir de la curva de Eddy localizando la profundidad promedio de cada capa de carbón en el eje de profundidad. Se traza una línea normal hacia arriba desde el eje de profundidad (pies) hasta intersecar las curvas de rango específico del carbón. Desde el punto en la curva, se traza una línea normal hasta el eje de gas perdido y desorbido (cm³ ^/ gm). La intersección de la línea y el eje representa el contenido estimado de metano de la capa de carbón.

La ceniza es un indicador importante del aporte clástico , derivado de la deposición marina o fluvial de arcilla , limo y arena durante la formación de turba . El contenido de ceniza en los afloramientos parece ser menor que el de las muestras del subsuelo. Este menor contenido de ceniza en las muestras de afloramientos podría deberse a que los depósitos de carbón se encuentran en zonas más elevadas y alejadas de la influencia marina que las muestras situadas en zonas más profundas.

• Metano de yacimientos de carbón
• Recuperación mejorada de metano de yacimientos de carbón