miniatura|Un detector de metà alemany utilitzat per a la mineria del carbó als anys 60 del segle . El gas metà de carbó (GMC) o metà de jaciment de carbó), també conegut com a gas metà de mantells carbonífers o 'CBM per les sigles en anglès, és una forma de gas natural extret dels jaciments de carbó. En les darreres dècades s'ha convertit en una font d'energia important als Estats Units, Canadà, Austràlia i altres països.
El terme fa referència al metà adsorbit per la matriu sòlida del carbó. S'anomena "gas dolç" per la seva manca de sulfur d'hidrogen. La presència d'aquest gas és ben coneguda per la seva ocurrència en la mineria subterrània del carbó, on presenta un risc greu per a la seguretat. El metà en jaciments de carbó és diferent d'un gres típic o d'altres jaciments de gas convencionals, ja que el metà s'emmagatzema dins del carbó mitjançant un procés anomenat adsorció. El metà es troba en un estat gairebé líquid, recobrint l'interior dels porus del carbó (anomenats matriu). Les fractures obertes del carbó (anomenades espigues) també poden contenir gas lliure o poden estar saturades amb aigua.
A diferència de gran part del gas natural dels jaciments convencionals, el metà de capes de carbó conté molt pocs hidrocarburs més pesants com el propà o el butà, i cap condensat de gas natural. Sovint conté fins a un petit percentatge de diòxid de carboni. El metà de capes de carbó es forma generalment a causa de la maduració tèrmica del querogen i la matèria orgànica, a diferència de les vetes de carbó amb recàrrega regular d'aigües subterrànies on el metà és generat de forma típica per comunitats microbianes que viuen in situ.
Història El 1975, Standard of Indiana, la companyia matriu d'Amoco Production Company, va finançar un projecte per provar el potencial de producció econòmica de gas a partir de vetes de carbó. Edward M. Warner, un jove geòleg de Denver, havia convençut John Swearengen, president de la junta de Standard, perquè financés el seu projecte de recerca. El primer pou perforat per extraure metà de jaciments de carbó, l'Amoco Production Company Cahn Gas Com #1, perforat el 1976, va tenir tant d'èxit que Amoco va convertir el projecte de recerca a producció el 1977. Amoco mai va revelar que el gas provenia de jaciments de carbó, etiquetant la producció simplement com a de la formació Fruitland. La idea revolucionària de Warner va ser finalment reconeguda per l'Associació Americana de Geòlegs del Petroli el 2009. El Dr. Ed Dolly, el professor Paul Weimer i el geòleg de l'estat de Colorado, Vince Matthews, van confirmar la informació i van produir un breu documental/entrevista amb Ed (https://www.aapg.org/videos/geolegends-ed-warner/). El pou de recerca Cahn Gas Com#1/#1A és el major productor de metà en jaciments de carbó de la història del jaciment de metà en jaciments de carbó, amb més de 23 mil milions de peus cúbics (651287,50 m³).
El metà dels jaciments de carbó va sorgir de la ventilació de metà de les vetes de carbó. Alguns jaciments de carbó se saben des de fa temps que són "gasosos", per la qual cosa, com a mesura de seguretat, es van perforar forats a les vetes des de la superfície i es va permetre que el metà es ventilés abans de la mineria.
El metà de carbó com a recurs de gas natural va rebre una gran empenta del govern federal dels EUA a finals dels anys setanta. Els controls federals de preus estaven desanimant la perforació de gas natural mantenint els preus del gas natural per sota dels nivells del mercat; al mateix temps, el govern volia fomentar més producció de gas. El Departament d'Energia dels Estats Units va finançar la recerca sobre diverses fonts de gas no convencionals, inclòs el metà de carbó. El metà de carbó estava exempt dels controls de preus federals i també se li va concedir un crèdit fiscal federal.
A Austràlia, l'extracció comercial de gas de veta de carbó va començar el 1996 a la Conca minera de Bowen de Queensland.
Propietats del reservori El gas contingut en el metà del jaciment de carbó és principalment metà i traces d'età, nitrogen, diòxid de carboni i alguns altres gasos. Les propietats intrínseques del carbó tal com es troba a la natura determinen la quantitat de gas que es pot recuperar.
Porositat Els reservoris de metà de carbó es consideren reservoris de doble porositat, on la porositat relacionada amb les fissures (fractures naturals) és responsable del comportament del flux i la porositat de la matriu del reservori és responsable de l'emmagatzematge de gas. La porositat d'un reservori de metà de carbó pot variar del 10% al 20%; no obstant això, s'estima que la porositat de les fissures del reservori es troba en el rang del 0,1% a l'1%.
Capacitat d'adsorció La capacitat d'adsorció del carbó es defineix com el volum de gas adsorbit per unitat de massa de carbó, generalment expressat en SCF (standard cubic feet -"peus cúbics estàndard"-, el volum a condicions de pressió i temperatura estàndard) de gas/tona de carbó. La capacitat d'adsorció depèn del rang i la qualitat del carbó. El rang sol estar entre 100 i 800 SCF/tona per a la majoria de les vetes de carbó que es troben als EUA. La major part del gas dels jaciments de carbó es troba en forma adsorbida. Quan el jaciment es posa en producció, l'aigua dels espais de fractura es bomba primer. Això condueix a una reducció de la pressió que augmenta la desorció del gas de la matriu.
Permeabilitat de la fractura La permeabilitat de la fractura actua com el principal canal perquè el gas flueixi. Com més alta sigui la permeabilitat, més alta serà la producció de gas. Per a la majoria de vetes de carbó que es troben als EUA, la permeabilitat es troba en el rang de 0,1 a 50 mil·liDarcys. La permeabilitat dels reservoris fracturats canvia amb la tensió que se'ls aplica. El carbó mostra una permeabilitat sensible a la tensió i aquest procés juga un paper important durant les operacions d'estimulació i producció. La permeabilitat de les fractures en un reservori de metà en jaciments de carbó tendeix a augmentar amb l'esgotament del gas; a diferència dels reservoris convencionals. Aquest comportament únic es deu a la contracció del carbó, quan el metà s'allibera de la seva matriu, cosa que provoca l'obertura de fractures i un augment de la permeabilitat. També es creu que, a causa de la contracció de la matriu del carbó a pressions més baixes del jaciment, hi ha una pèrdua d'esforç horitzontal al jaciment que indueix una fallada in situ del carbó. Aquesta fallada s'ha atribuït a una disminució sobtada de la permeabilitat a la fractura del jaciment.
Gruix de la formació i pressió inicial del jaciment El gruix de la formació pot no ser directament proporcional al volum de gas produït en algunes zones.
Per exemple, s'ha observat a la Conca Cherokee al sud-est de Kansas que un pou amb una sola zona de (0,3 a 0,6 m) de pay pot produir excel·lents taxes de gas, mentre que una formació alternativa amb el doble de gruix no pot produir gairebé res. Algunes formacions de carbó (i esquist) poden tenir altes concentracions de gas independentment del gruix de la formació, probablement a causa d'altres factors de la geologia de la zona.
La diferència de pressió entre el bloc del pou i la cara de sorra ha de ser tan alta com sigui possible, com passa amb qualsevol reservori productor en general.
Altres propietats Altres paràmetres que afecten inclouen la densitat del carbó, la concentració inicial de la fase gasosa, la saturació crítica del gas, la saturació irreductible d'aigua i la permeabilitat relativa a l'aigua i al gas en condicions de Sw = 1.0 i Sg = 1-Sw irreductible, respectivament.
Extracció miniatura|Diagrama d'un pou de metà de carbó (DOE dels EUA) miniatura|Perfil de producció típic d'un pou de metà en jaciment de carbó (USGS) Per extreure el gas, es perfora un forat recobert d'acer a la veta de carbó entre 100 i 1500 metres sota terra. A mesura que la pressió dins de la veta de carbó disminueix a causa de la producció natural o del bombament d'aigua del jaciment de carbó, tant el gas com l'aigua produïda surten a la superfície a través de tubs. A continuació, el gas s'envia a una estació de compressió i a gasoductes de gas natural. L'aigua produïda es reinjecta en formacions aïllades, s'allibera als rierols, s'utilitza per al reg o s'envia a estanys d'evaporació. L'aigua normalment conté sòlids dissolts com ara bicarbonat de sodi i clorur, però varia segons la geologia de la formació.
Els pous de metà en jaciments de carbó sovint produeixen a taxes de gas més baixes que els jaciments convencionals, normalment arribant a un màxim de prop de per dia (uns 0,100 m3/s), i poden tenir costos inicials elevats. Els perfils de producció dels pous de CBM es caracteritzen normalment per un "descens negatiu" en què la taxa de producció de gas augmenta inicialment a mesura que es bomba l'aigua i el gas comença a desorbir-se i fluir. Un pou de CBM sec és similar a un pou de gas estàndard.
El procés de desorció de metà segueix una corba (de contingut de gas vs. pressió del jaciment) anomenada isoterma de Langmuir. La isoterma es pot descriure analíticament mitjançant un contingut màxim de gas (a pressió infinita) i la pressió a la qual la meitat d'aquest gas existeix dins del carbó. Aquests paràmetres (anomenats volum de Langmuir i pressió de Langmuir, respectivament) són propietats del carbó i varien àmpliament. Un carbó a Alabama i un carbó a Colorado poden tenir paràmetres de Langmuir radicalment diferents, tot i que les propietats del carbó siguin similars.
A mesura que la producció es produeix a partir d'un jaciment de carbó, es creu que els canvis de pressió causen canvis en la porositat i la permeabilitat del carbó. Això es coneix comunament com a contracció/inflamació de la matriu. A mesura que el gas es desorbeix, la pressió exercida pel gas dins dels porus disminueix, fent que es redueixin de mida i restringint el flux de gas a través del carbó. A mesura que els porus es redueixen, la matriu en general també es redueix, cosa que eventualment pot augmentar l'espai a través del qual pot viatjar el gas (les fisures), augmentant el flux de gas.
El potencial d'un jaciment de carbó concret com a font de CBM depèn dels criteris següents. Densitat/intensitat de les diàclasis: les diàclasis són juntes confinades dins de les làmines de carbó. Imparteixen permeabilitat a la veta de carbó. Es requereix una alta densitat de diàclasis per a una explotació rendible del CBM. També és important la composició maceral: el maceral és una entitat petrogràfica microscòpica, homogènia i d'una roca sedimentària corresponent. Una composició alta de vitrinita és ideal per a l'extracció de CBM, mentre que la inertinita ho dificulta.
La classificació del carbó també s'ha relacionat amb el contingut de gas metà de carbó CBM: s'ha trobat que una reflectància de vitrinita del 0,8 i 1,5% implica una més gran productivitat del jaciment de carbó.
Cal tenir en compte la composició del gas, ja que els aparells de gas natural estan dissenyats per a gas amb un poder calorífic d'uns 1.000 BTU (unitats tèrmiques britàniques) per peu cúbic, o metà gairebé pur. Si el gas conté més d'un petit percentatge de gasos no inflamables com el nitrogen o el diòxid de carboni, caldrà eliminar-los o barrejar-lo amb gas de més BTU per aconseguir la qualitat de gasoducte. Si la composició de metà del gas de carbó és inferior al 92%, és possible que no es pugui comercialitzar.
"Més enllà dels mètodes convencionals, institucions de recerca com l'Institut d'Energia i Recursos (TERI) a l'Índia estan investigant tècniques microbianes per millorar la recuperació de metà dels jaciments de carbó, amb assaigs de camp reeixits."
Impactes ambientals Metà