在世界各地都已發現這種清潔能源產品的一些主要的礦源。CBM生產者所體驗的一些挑戰是要在煤礦井口進行準確的氣體流量測量的同時，在測量系統的兩端要保持一個低的差壓值，挑戰還包括在流量計的測量管段中的濕氣體問題，對它也要求妥善處理。近年來，在世界范圍內通過增加煤層甲烷的開采而使傳統的能源供給得以增加。在世界各地的薄煤層中都很容易采集到這種煤層甲烷。本文將介紹本文作者的一些實驗數據和經驗。特別是關于使用差壓式流量計的經驗，在這種差壓式流量計中使用雙V錐體作為發生差壓的一次傳感器。
煤層甲烷（CBM）；“這種東西到底是什么？”
天然氣的主要成分就是一種被稱為甲烷（CH4）的物質。煤層甲烷（CBM）就是存在于薄煤層中的甲烷。
CBM的產生是非常不同的，因此雖然銷售和使用它就如同傳統的天然氣一樣，CBM卻是以一種非傳統的方式產生的。發生CBM是基于以下兩個不同的過程：或者是一個由于微生物（細菌）的作用而引發的生物過程；或者是一個由于隨著煤層深度增加熱量增加而引發的熱過程。
通常是以下情況：薄煤層被水所浸透。借助于水的壓力，甲烷被包容和保存在煤之中。目前，從煤和煤層所獲得的天然氣約占世界天然氣總產量的7%。
在美國，CBM都在什么地方？
根據阿拉巴馬州CBM協會的資料，在美國，緯度低于48度的土地中，有13%的土地的下面都有煤。其中的一些煤礦都含有甲烷，其存在的形式或者是以如我們所知的傳統的天然氣的形式，或者是以CBM的形式存在。
根據美國地質調查，落基山脈區域具有廣闊的煤礦層，該煤礦層估計具有30至58萬億（即30×1012到58×1012）立方英尺（TCF）的可回收的煤層甲烷（CBM）。在令人驚嘆的同時應該指出：以上的貯量僅為落基山脈區域天然氣總貯量184萬億立方英尺（TCF）的1／3。（Decker 2001）。
在落基山脈區域內，未開采的CBM礦源在懷俄明州和蒙大拿州的Powder河流域有，在懷俄明州、科羅拉多州和猶他州的大綠河流域也存在。
科羅拉多州和猶他州的“Uinta－Piceance”河流域、科羅拉多州和新墨西哥州的San Juan河流域正在成為被關注的區域。
在蒙大拿和懷俄明州的Powder河流域的下面估計可能有24TCF（萬億立方英尺）的可回收CBM的礦源。（Decker 2001）。
初步估算：在未來的8年到10年中，在落基山脈區域內就將要鉆3萬個煤礦的CBM氣井。
這是一個關于該能源生產地的具有重大意義的數目，它將在未來的幾十年中輔助美國經濟。為滿足該地區稅收和風險管理的需要，首先就要求有準確的測量。美國主要CBM儲備在Powder河流域甲烷氣的估算總量在變化并且經常被重新估算。
為估算從薄煤層中可回收的CBM氣體的總量有幾種算法，所有這些算法都有變化的準確度。
根據2001年美國地質調查的結果，在Powder河流域可回收的CBM氣體的總量是在8.24 TCF到22.42 TCF之間。（注：TCF－萬億立方英尺）。
僅在懷俄明州的Powder河流域，由懷俄明油氣保護委員會估算的可回收的CBM氣的總量就有31.8 TCF。
蒙大拿州礦業與地質局和美國能源部曾分別對蒙大拿州Powder河流域中的可回收的CBM氣體作過估算，估算結果為0.8至1.0 TCF。
關于在蒙大拿州的Powder河流域中開發煤層甲烷氣的環境影響說明書中報告有2.5 TCF的可回收氣體。
在方程式中一個主要術語是鉆井和完成氣井中“可回收”的投資，但它們并不一定意味著就真有如此巨大的利潤與回報。
然而，如在各個氣井之間保持正確的間隔，并且在管道敷設中采用正確的設計理念（例如，逐步增大管徑），這樣就會使各個氣井都能更短地被連接到生產管線。如能做到以上各點似乎就有更好的機會產生某些可回收的利潤與回報。
我們有多少？
為估算從薄煤層可回收的甲烷氣量，通常采用以下兩種流行的算法：
為估算甲烷的儲量，有一種方法是對薄煤層進行鉆孔，然后從煤層中取出芯子。利用從這個煤芯子中回收到的甲烷氣量來估算每單位體積煤中所含的氣量。如果有許多煤芯子被鉆探出來，而且觀測到有甲烷氣被釋放出來，人們就能估算在該地區可以回收的氣體總量。此法的局限性有：（a）在測量氣體釋放物之前，可能會有對煤芯子的干擾；（b）此法價格高；（c）并不是所有有CBM開發潛力的地區都已鉆探過。
第二種方法是基于該地區的煤的已知資料和CBM開發的可行性分析資料，通過一系列計算而進行估算的方法。
例如，蒙大拿州礦產與地質局就是利用了以下的資料來估算Powder河流域中可回收CBM氣的總量：
1．薄煤層將具有有利的儲量，如果每噸煤產生50～70立方英尺氣。
2．如果薄煤層有20英尺厚或更厚些，每噸煤可產生50立方英尺氣，則將CBM抽出是經濟的。
3．煤層甲烷僅存在于下述地區：在該地區薄煤層中的水的主要化學成分是碳酸氫鈉，而且該薄煤層是被水淹沒得足夠深，從而可保持有足夠的水壓力，以便保持氣體在煤中而不會釋放出來。這種氣井會有測量問題，本文在后面將討論這些問題。
關于在Powder河流域內開發CBM項目的環境影響說明書是根據在該區域內所報告的煤的總噸位乘以每噸煤50立方英尺甲烷來估算CBM的總量。在進行上述估算時，不管薄煤層的厚度及其深度或它是否接近礦脈的露頭。
甲烷是如何被抽出的？
由于CBM是由于薄煤層中的地下水而移動，抽出CBM的工作包括有將煤層中的水泵出的操作，這樣可以降低水壓，從而使甲烷氣得以從煤層中逸出。
CBM在水中的溶解度很低，當水的壓力減小時，它就會很容易地分離出來，容許通過管道從井中抽出而與水分離。水會從薄煤層流向井中所鉆的孔這樣就促使氣體流向井中。
生產者試圖不從薄煤層抽出水，而是以一種非控制的方式設法降低煤層中水的壓力，特別是就在煤層的頂部設法降低水的壓力。
然而有時水位會降到煤層之中，此時的方法是在獲得最大產氣量與因井被抽水到某種程度而使生產量下降這兩者之間尋找平衡點。
水是通過裂縫而流入薄煤層的，如果是一個完好形成的裂縫體系并且有足夠的水供水泵泵出，同時產生一個經濟性明顯而又可行的供水體系，此時，這個薄煤層可以是一個蓄（含）水層。在Powder河流域薄煤層是地域連續的地質構造，它具有蓄水層的特性，此特性等同于甚至優于砂石巖的蓄水特性。因此，常是打水井的目標地。在懷俄明的一些地方，水是純凈的，可以飲用。在含有大量雜質的其他地區，這可能會造成環境問題。
典型的CBM氣井的采氣法。
使用車載的鉆探裝置（采用的是一套便攜式水力鉆探設備）鉆了一口簡單的井，如圖2所示。采用這種車載裝置有助于較快地完成一個工作周期并且以低成本，方便地轉移該套設備。
用于一口全功能的生產氣井的成本約為8萬5千美元，而每口井鉆探的完成成本約為3萬5千美元。這種生產CBM氣的氣井深度可以在400英尺到1000英尺之間。
在地面上裝有一套井口多支管裝置，它帶有兩套管道返回系統，具體包括：
（a） 抽水管線，在其頂端有計量儀表，在其底部有變速式潛水泵；
（b） 抽氣管線，該管線或者帶有井口就地計量的單個流量計，或者接至一個側向（橫向）管道，通過它連接到一個由多個流量計組成的計量系統（豆莢式計量系統）和豆莢式計量系統室。
只要創造一個作用于井下水柱的分壓降就能造成CBM氣體的正常生產條件。通過從井筒中用泵抽水，氣體就會被釋放出來而進入井的空穴中，然后該氣體就會通過氣體管路進入流量計量系統或進入單個的井口流量計。被抽出的水會自然地流回井筒，即通過當地地層中的含水層而流回到井中。隨著小型可編程控制器（PLC）的進步，已能使此方法成功地具有液位監測與控制功能。為了具有此功能，采用了底部帶孔的變速驅動的水泵以及液位傳感技術。
測量的基本原理
目前使用兩種計量方法并且已在本地獲得認可。一種是單井測量法，它帶有小的儀表外殼（防凍箱），另一種是多股氣流的計量系統，它具有較大的豆莢式計量系統室，和多個計量管道。
為什么在井口進行測量？
在保持安全、使系統風險最小化和使因泄漏所造成的損失最小化方面，分配計量或如某些人稱為的反向配置（back allocation）會是很有效益的。具有獨立見解的人有時會對裝在井口的流量計的理由提出質疑？特別是在下游就有用于銷售的流量計來測量流入管線的流體時，更會問其原因。更應特別指出的是：當獨立的法人自己擁有這所有的井時，為何還要在各個井口裝流量計？在美國各處都是由負責收取烴稅收的管理員來回答這個問題。事實上他是將各種法規強加于生產者頭上以保護其稅源。這樣的管理員可能是但不僅限于是如下機構的一員：如BLM、MMS，得克薩斯鐵路委員會。（BLM：美土地管理局）。
氣體測量的基本原理
采用口徑為2英寸（50mm）和3英寸（80mm）的流量計，V錐或孔板（由多個孔板組成的豆莢式計量系統）
被測的體積流量：250至1000 MSCF／天／井，B.L.M批準或對于美國65%的區域內是不堅持要求的。（注：MSCF－千標準立方英尺，或百萬標準立方英尺）。
在此領域已經使用V錐流量計。雖然有水存在，對于一定的氣體組分進行井口氣體分配測量。通常要求的準確度：±1.5%，重復性：±0.1%；氣井的生產壽命通常為5到10年（從啟動，投運開始計算）。BLM＝美國土地管理局。
對于相當低的井口氣體壓力，例如只有5磅／平方英寸（即5×6.895＝34.475kpa），決定性的一條是要使壓力降（即壓力損失）和差壓式流量計所產生的差壓（DP）盡可能的達到最小值。
由于由系統中的摩擦阻力和差壓損失所造成的對流量計和管線的固有約束，在獲得最佳生產中有一個最好的平衡點。
目前想出的解決方案是采用一種所謂依次逐步遞增管徑的配管方法，以便獲得最大的生產量，同時此方案還有助于防止井之間交叉影響或者通常因一個止回（單向）閥有故障，氣體會反注射到附近的氣井中。（圖20示出了管道配置的新概念）。采用V錐流量計的優點是它的壓損小，即壓力恢復較高，在相同的差壓（DP）下，V錐的壓力恢復比典型的孔板節流裝置要高出20%，還有V錐流量計能在小差壓下工作，并獲得很好的準確度。
在懷俄明州在多個井上，在相似的地質條件下曾作過一系列的試驗，通過試驗發現：在相同的地質區域內，單個的井口計量系統會比采用多孔板的豆莢式計量系統生產出更多的氣體。在一些情況下約高出15%到20%。
實驗證明，V錐流量計除上述優點外，還有所要求的直管段較短的優點。
a） 有流動調整能力（相當強！）。
b）不像孔板裝置那樣需要有30倍D（D－管道直徑）的直管段。
c） 無流動死角，液體會在V錐流量計中自由流過而不會像孔板那樣，在孔板前有液體積存。
d） V錐具有低噪聲能力，從節能上看是經濟的（在1／10英寸水柱差壓下，即2.54mm水柱差壓下，V錐仍能正常工作）。
e） 可將V錐流量計安裝在狹小的空間內，整機外殼也較小。（見圖3a）。
9.0 V錐流量計是如何調整流動的？
V錐流量計的主要組成部分是在一個帶壓管道（封閉管道的精密測量管）內的中心軸線上同軸安裝的平截頭圓錐體形的差壓發生器（即產生差壓的V錐體）和在其下游的另一個平截頭圓錐體（即負責壓力恢復的下游V錐體）。下游V錐體尾部的壓力是借助于一個內孔通道系統獲得的。產生差壓V錐體上游的壓力是通過開在上游管壁上的取壓口獲得的。通過這兩個取壓口就可以獲得兩個平截頭圓錐體界面兩端的壓力差（差壓）。
V錐體能重新分布V錐流量計環形喉部兩端的速度分布（剖面）（見圖7a）。
上述的這種取壓方式可以確保在封閉管道的中心處測得V錐體下游的壓力P2。（目前有某些結構緊湊型儀表是通過管壁取壓來測量P2）。
上游的壓力P1是在上游管壁上開取壓口而測得。（如圖4.0所示）。
上述的利用中心孔來采集下游的壓力具有比傳統的差壓式流量計都優越的一系列優點，如下所述：
（a） 流動調整功能。
（b） 較大的量程比（如果管道中的壓力足夠，量程比約為10:1）。
（c） 靜態混合功能。
（d） 可測濕氣體（有一定優勢）。
V錐流量計流量方程式中的數學常數
將一般性的質量連續性方程式用于這種差壓式流量計就會得出以下公式：
式中：；At=)；
只要以下兩條成立，則可以認為結構上的幾何相似性將是顯然的：
（a） 兩個平截頭圓錐體的角度和長度與原始的V錐體相似。
（b） 所有的比率數據與原始V錐流量計的比率數據組相同。同時V錐體與測量管道有很好的同軸度。
只要幾何相似性的事實成立，則在設計中容許使用如圖5所示的V錐流量計的流量方程式。
為修正氣體密度的變化，在以上公式需要引入ε因子（系數），根據Dr.M.Reader－Harris和Dr.Robert Peters在NEL的研究工作，得出了如下的ε系數方程式：
10.0 流動調整的效能與結果
眾所周知，利用同軸安裝在一個封閉管道中的V錐體，通過對速度分布的重新分布（整形）容易取得流動調整效能。在一個相當寬的雷諾數范圍內都能產生此功能，并且似乎是當遠離過渡區時，這種流動調整效能就更顯著。所謂過渡區是指在這個ReD區間流型會發生改變。（通常是指ReD為8000到10000之間的過渡）。
為展示流動調整功能，于2005年在圣安東尼奧的氣體研究院西南分院（SWRI），曾對一個4英寸（口徑為100mm）的V錐流量計進行了測試，測試時將不在同一平面的雙彎頭安裝在V錐流量計的上游和下游。將流動調整的效果與基線的數據進行比較。在以下的圖9至圖11示出了不在同一平面的雙彎頭和流量計的安裝圖及測試結果的數據。從圖9和圖10可以看出：氣流從裝置經單彎頭后先流經孔。DEC德川 V錐流量計http://www.meter-dec.com/product/llyb/vzhuiliuliangji.html
在許多流量計算機中都采用此ε系數的方程式，在其它，如Barton等其它在市場上可買到的小型流量計算機／器中更是采用該ε公式作為標準。
配管的新概念和壓力降（壓力損失）