高硅铁尾矿制备陶粒工艺试验研究

以铁尾矿为原料，粉煤灰为成分校正剂制备高强轻质陶粒。利用热分析仪（TG-DSC）和X射线衍射仪（XRD）分析了原料的热反应过程，确定陶粒烧制温度范围。设计正交试验研究了成分配比、烧制温度、高温区升温速率和保温时间对陶粒堆积密度、表观密度、吸水率和筒压强度的影响，优化陶粒制备工艺。结果显示，陶粒的原料配比对堆积密度和表观密度影响较大，而烧制温度对吸水率和筒压强度影响较大。料球中Al₂O₃含量为17%，以10℃/min的速度升温至1 000℃，再以25℃/min的速度升温至1 210℃，保温30 min，所制备陶粒堆积密度888.20 kg/m3，表观密度为1 907.14 kg/m3，筒压强度为8.34 MPa，1 h吸水率为5.04%，满足国标GB/T 17431.1—2010中规定的900级轻质高强陶粒性能要求，为高硅铁尾矿的综合利用提供了一条新途径。      

煤层气抽采过程中煤储层参数动态响应物理模拟

针对在煤层气抽采工程现场难以对煤储层参数动态响应进行深入研究的问题,提出了基于物理相似模拟技术,采用真实煤样建立相似物理模型,试验研究煤层气抽采过程中煤储层参数动态响应特征的方法,并利用自主研制的煤层气抽采物理模拟试验系统,开展了三维应力状态下单一储层煤层气抽采物理模拟试验,初步获得了煤储层抽采流量、气体压力、流场及温度等参数的动态演化规律:抽采流量在抽采初期急剧增大,然后逐渐降低;距离钻孔越近气体压力下降越快;靠近钻孔处气体流速较大;抽采初期,煤储层温度变化量小,抽采后期,随着吸附气体的解吸,温度变化量逐渐增大。研究结果可为数值模拟和煤层气抽采工程设计提供基础参数和理论依据。     

褐煤同参数液态水热和蒸汽水热提质对比

通过改变煤水布置方式,分别对霍林河褐煤进行同参数下液态水热提质和蒸汽水热提质处理,考察不同水热提质方法对褐煤理化结构和水分复吸特性的影响。实验结果表明,蒸汽水热处理与液态水热处理的脱水、提质效果相似,但前者能有效降低有机组分损失,提高褐煤产率。随温度升高,两种水热提质煤孔隙结构均呈现先增长后减小趋势,但蒸汽水热提质煤孔结构在250℃以后才发生明显下降。随温度升高,水分形态对含氧官能团脱除的影响逐渐减弱,但液态水热处理对褐煤中脂肪族等有机结构降解作用更强。在300~350℃,由于含氧官能团的脱除和孔结构收缩,两种水热处理均对褐煤水分复吸行为有显著抑制作用,但采用蒸汽水热处理能有效降低固体损失,工程应用前景更好。     

大庆油田地热资源潜力及开发利用方向

随着碳达峰、碳中和目标的提出,大庆油田大力推动新能源业务发展,确定了“清洁替代、战略接替、绿色转型”三步走战略,“十四五”期间力争实现可再生能源利用总量达到油田总耗能量的35%以上,地热资源是实现“清洁替代”的现实领域。松辽盆地北部平均地温梯度3.8℃/100m,是中低温传导型热盆,纵向上发育三种热储层类型,第一种类型以青二三段和姚家组含水砂岩为主,深度1000~2000m,地层温度40℃~80℃;第二种类型以泉二段及以下致密层为主,深度2000~3500m,地层温度80℃~150℃;第三种类型以基底花岗岩为主,深度3500~6000m,地层温度大于150℃,具备“清洁替代”的潜力和基础。地热水采用砂岩回灌技术实现采灌平衡、地热能采用和密闭管道方式实现循环取热,达到民用供暖和生产用能清洁替代的目标,真正实现“取热不取水”。     

高温矿井热湿环境对人体机能的影响

矿井高温热害及其治理已成为国内外采矿界公认的科技难题，矿井降温技术已成为高温矿井正常安全生产、企业发展的瓶颈技术和关键技术。随着矿井开采深度逐渐增加，作业人员的安全及职业健康问题愈加突出，尤其是高温高湿环境下矿工的健康问题。研究热湿环境对人体机能的影响尺度，可为更好地调节高温矿井热湿环境提供依据和借鉴。针对3个高温金属矿井，选取不同中段的5个作业点（其环境温度范围分别为23~26 ℃、27~30 ℃、31~34 ℃、35~38 ℃、39~42 ℃，湿度范围介于60%~70%、70%~80%、80%~90%三个区间，风速调控为0.5 m/s、1.5 m/s、2.5 m/s），对50名矿工（10个作业小组）进行生理、心理及行为测量。通过测量及数据分析得到热湿环境下人体各机能参数的变化趋势，结论为温度27 ℃以下、湿度60%~70%、风速0.5 m/s为矿工作业环境的舒适范围。温度超过27℃，湿度超过70%时，需采取降温除湿措施改善井下作业条件。     

地应力和储层压力对煤层气地面预抽影响的 数值模拟研究

为分析煤层气地面预抽效果影响规律,采用Comsol数值模拟软件,对在不同工况的地应力和储层压力条件下煤层气地面预抽进行数值模拟研究,结果表明:随着煤层中地应力增大,煤层基质孔隙率下降、裂隙趋于闭合,致使煤层渗透率降低,减小了气体在孔隙和裂隙中的渗流速率,最终导致瓦斯产出速率和产气量的下降;储层压力与煤层气产出速率呈正相关关系,储层压力越大,瓦斯产出率越高同时累计产气量也越高;随着瓦斯抽采时间增加,煤层渗透率逐渐增大,且储层压力越大煤层渗透率变化越明显。     

乏风瓦斯蓄热氧化床阻力特性的数值模拟

基于自行开发的煤矿乏风热逆流氧化试验装置,采用多孔介质均质模型,建立了煤矿乏风蓄热逆流氧化的控制方程组和化学反应方程,模拟研究了氧化床运行参数、蜂窝陶瓷的结构参数和物性参数对氧化床的流动阻力和出口温度的影响规律。计算结果表明：在气流方向切换瞬间,氧化床的压强损失瞬时增大,经过1~2 s后趋于稳定;随着进入氧化床的乏风气体表观速度的增加,压强损失和出口温度都增加;乏风甲烷浓度对压强损失影响较小;提高蜂窝陶瓷的孔隙率,可以有效降低阻力损失,但是蓄热能力明显下降;提高比热容,有利于氧化装置稳定运行;随着当量直径的增加,压强损失显著降低。     

红透山铜锌矿循环预热通风系统重构及可行性研究

为解决红透山铜锌矿上部采空区充填后冬季预热防冻系统面临失效的问题，利用上部恒温带及增温带多个中段井巷工程，增大预热岩壁暴露面积，对循环预热通风系统进行了重构和可行性研究。研究结果表明，红透山铜锌矿重构循环预热通风系统，将西风井改成进风井，入风温度在-25℃及以上，循环预热通风系统预热空气总量大于124.3 m³/s,冬季120 m³/s总风量预热后空气温度可达4.43℃,高于防冻井空气温度2℃。Ventsim热模拟预热效果显著，可以有效解决冬季主要提升井筒结冰、竖井卡罐及水管冻裂等问题。与进风井口设置空气加热设施的通风方案相比，循环预热通风系统在能耗上每年可节省754万元，经济效益显著。     

低浓度煤层气吸附过程的模拟

采用Aspen Adsorption软件对CH4 和N2 分别为30%和70%低浓度煤层气的吸附过程进行模拟,得到吸附柱出口CH4 和N2 浓度随时间的变化关系和吸附柱轴向负载分布,考察压力、温度和传质系数对甲烷吸附过程和穿透曲线的影响。研究结果表明：对甲烷出口浓度的模拟值与实验值基本吻合,甲烷在吸附时间3 000 s时达到饱和,吸附量为6.75×10 -4 kmol/kg,约为氮气吸附量的2倍;甲烷穿透曲线随压力的增大后移,从100~500 kPa的穿透时间从392 s延至2 187 s。温度在273~323 K甲烷的穿透曲线基本不变;传质系数远小于1.000 s -1 时对吸附性能影响较大,传质系数为0.001 s -1 时的穿透时间约为0.010 s -1 时的两倍,但其大于1.000 s -1 后对穿透曲线几乎没有影响。     

供水压强对气水喷雾雾化粒度的影响

为了研究供水压强对气水喷雾雾化粒度的影响,基于自行设计的气水混合喷雾试验系统,在供气压强一定的情况下,利用Spraytec马尔文粒径分析仪在不同供水压强下对雾场雾化粒径进行测量,用电磁流量计和转子流量计对水流量和气流量进行测定.结果表明:当供气压强一定的情况下,随着供水压强增大,水流量逐渐增加,气流量缓慢减小;气液比随供水压强的增大而减小,且减小的幅度变缓,最后几乎保持不变;雾滴粒径随供水压强的减小而减小,当供水压强较小时,气液比大,雾化效果好,雾滴粒径可达20μm左右.     

郑庄区块高阶煤层气低效产能区耦合盘活技术

高阶煤层气井低产低效区的普遍存在,已成为制约我国煤层气产业发展的主要瓶颈之一。沁水盆地郑庄区块有2/3的矿井属于低效井,区块整体经济效益差,以郑庄区块为例,剖析造成高阶煤煤层气低效开发问题的影响因素,提出了低效区盘活技术策略和模型。建立了井网部署方式、储层改造适应性技术、高效排采管控方式3个方面的优化技术,形成了适用于高阶煤储层煤层气井增产的技术系列:一是基于开发动态分析和数值模拟的开发井型井网优化技术和水平井耦合降压盘活直井技术;二是基于煤储层特征及煤层气开发机理分析的高阶煤储层疏导式储层改造技术;三是基于煤储层气-水赋存机理和微裂隙气-水流动机理的高效排采管控技术。在此基础上,提出了郑庄区块低效产能带耦合盘活的工艺技术思路:以资源有效动用为核心,通过调整井网井型,采取疏导式储层改造技术和高效排采管控模式,实现低效区带整体协同降压,新井高效开发,老井稳定增产,达到区块整体盘活的效果。建立了低效区整体盘活工艺技术模型,并在郑庄区块进行了现场试验。为期3 a的现场试验取得了显著的开发效果:44口直井平均单井日产气量2 400 m~3,是周围老井峰值产气量的3.6倍;22口水平井盘活试验井产量是调整前水平井的4.2倍,耦合降压使得周围低产直井平均单井日产气量提高了435 m~3,试验区采气速度由调整前的1.8%提高为目前的7.6%,提高了区域煤层气储量动用程度和采气速度,使区块开发经济效益转亏为盈。该项技术的研发成功,为国内类似地质条件煤层气低效区盘活提供了示范和借鉴。     

贵阳市乌当区地热田地温场特征及大地热流估算

根据钻孔测温资料及热储分布规律,分析了乌当区地热田地温场特征,得出该区的地温梯度为2.25×10-2～2.59×10-2℃/m,并且随着地层向东南方向延展,盖层厚度增大,地温梯度有随之减小的趋势.通过钻孔测温数据及临近地区的岩石热导率值,得出乌当背斜核部的大地热流值为63.40 ～ 67.19 mW/m2,高于贵阳市的区域大地热流值.     

樊庄区块煤层气井产能差异的关键地质影响因素及其控制机理

以樊庄区块16口煤层气井地质资料、排采资料为依据,分析了该区块煤层气井之间产水量和产气量差异的地质影响因素,并进一步探讨了这种差异的地质控制机理。研究结果表明：产水阶段,地下水流体势通过影响煤层水的流向和煤储层含水量控制煤层气井产水量,渗透率通过影响煤层水在储层中的流动能力控制煤层气井的产水量,煤储层渗透率与地下水流体势的负相关性促进了煤层气井之间产水量的差异;产气阶段,排水降压效果通过影响煤层气的解吸量及气、水两相的饱和度和相对渗透率控制煤层气井之间的产水量和产气量差异;另外,煤层气井连通后出现的气水分异现象,进一步促进了煤层气井之间产水量、产气量的差异。     

周口凹陷区（周口段）地热资源评价

地热能是集热、矿、水为一体的可再生绿色能源。为保障周口凹陷区地热资源的可持续利用，实现节能、减排，保护环境，通过对周口凹陷区的地质背景、地热地质条件、热储赋存条件的分析，阐述了该区具有经济价值的新近系热储层的赋存特征，建立热储地质模型，对周口凹陷区（周口段）2 000 m以浅的地热资源储量进行评价。评价结果表明，该区主采热储层地热流体温度40～70 ℃，2 000 m以浅地热流体资源储存量为24 560.08×10⁸ m³、热能储存量为104 123.24×10¹⁶ J，地热流体可开采量为4 234.58×10⁴ m³/a，按照100年保证开采年限，可采热能为161.30 MW，属低温大型地热田；分析了该区地热水资源利用现状及存在的问题，并对合理开发利用与保护地热水资源提出了合理化建议。     

平煤八矿地热水害治理与地热资源开发利用

平煤八矿随着矿井开采深度的延伸,二水平己组煤层开采时底板寒武系石灰岩含水层高压水的威胁随之增加,降低二水平己组煤层承受的水压值已刻不容缓。经井下现场测定:寒武灰岩水水温高达50～62℃,若按正常疏水降压方法进行处理,受高温水散热影响,采掘工作面温度将达到35℃以上,生产工作将被迫停止。在查清地热形成机理和分布规律的基础上,依据地热水压力、温度特征和矿井采掘情况,提出了经济上合理、技术上可行的地热灾害治理措施,设计地热开采井并制定优化的地热水综合开发利用方案,实现了矿井地热灾害由被动防治到主动利用的战略转移。     

渤海油田复杂压力动态调控技术研究

渤海湾蓬莱油田多年注水开发，储层压力系统复杂，层间矛盾突出，小层间压力差更是达到3~4 MPa。复杂压力体系将导致调整井钻完井复杂情况频发，蓬莱油田多口调整井出现了高压层溢流、低压层漏失等井控情况，严重影响着钻完井作业效率和费用。合理的注采井关调方案是保证调整井安全高效作业的重要手段。基于此背景，利用注水井和采油井生产动态数据，建立了注水指数和产液指数的概念，并基于卡尔曼滤波算法创新性地建立了判断注采关系的新方法，同时结合实际注水井关井压降规律，建立了基于注采关系估计和关井压降规律的注采井关调制度。该研究成果在PL19-3-V41井应用，钻进过程安全顺利，单井少停注水7 000 m³。提出的复杂压力动态调控技术能够为周边注水井关调方案提供科学依据，经济效益显著。     

开封市区地热水可开采量评价

评价地热水可采量时，评价方法的选用对于评价的结果有着重要的意义。根据开封市区地下热流系统的特征和已有的地热资料，可采量的评价方法可选用侧向迳流补给法和均匀布井法(改进的均匀布井法)这两种方法。通过这两种方法分别对开封市区300～1600m热储层的可采热水量进行了评价，分析得出改进的均匀布井法计算结果更为合理。故以改进的均匀布井法计算的可采水量作为开封市区的允许开采量。     

顾桥井田煤层气井生产周期性波动问题原因分析与预防

在煤层气井生产中,生产周期性波动现象在顾桥井田地面煤层气井排采过程中被观测到,是何原因导致这种现象的产生以及如何进行预防,目前国内外还鲜有报道,开展这一问题的深入研究对碎软、低渗煤层高效开发具有重要意义。通过对煤层气井井底流压、地层产气量等生产数据的深入分析,将周期性波动内生产阶段划分为地层产量(井底流压)平稳阶段、地层产量(井底流压)下降阶段和地层产量(井底流压)升高阶段3个阶段;从气管线集输、数据采集仪器和煤储层3个角度出发,结合煤储层特征、储层改造及修井作业结果,分析得到气阻效应是导致生产周期性波动的主要原因,气阻效应的出现又引起了固阻效应,在两者的综合作用下,导致煤层中流体(水、气)流动不畅,出现生产周期性波动特征,并通过数值模拟方法验证了分析的正确性,最后针对造成生产周期性波动现象的原因,建议在该地区下一步的煤层气开发中,采用煤层顶板岩层代替煤层直接压裂,同时通过表面活性剂的优选、分层控压联合排采技术以及支撑裂缝中煤粉的适度产出等预防措施,达到减小气阻效应和固阻效应的目的。     

Analytical solution of coal-bed methane migration with slippage effects in hypotonic reservoir

Using theoretical analysis, the single-phase gas seepage mathematical model influenced by slippage effects was established. The results show that the pressure of producing wells attenuates more violently than the wells without slippage effects. The decay rate of reservoir pressure is more violent as the Klinkenberg factor increases. The gas prediction output gradually increases as the Klinenberg factor increases when considering gas slippage effects. Through specific examples, analyzed the law of stope pore pressure and gas output forecast changing in a hypotonic reservoir with slippage effects. The results have great theoretical significance in the study of the law of coal-bed methane migration in hypotonic reservoirs and for the exploitation of coal-bed methane.     

煤层气低产井高压氮气闷井增产改造技术与应用

我国煤层气储层地质条件复杂,低产煤层气井普遍存在。低产井增产改造是中国煤层气行业迫切需要破解的重大理论和瓶颈技术难题。本文所研究的低产井是指投产后经过一个时期排采生产,储层水和煤层气已经大量产出,气产量较低的生产井。这类低产井的一个重要储层属性是双低压特征,即低水压和低气压。针对这类双低压低产井,研究开发了高压氮气闷井储层保护型增产改造技术,并在潞安矿区余吾井田进行了工程试验,获得了预期增产效果。余吾井田山西组3号煤层区域上为低压低渗储层,煤层气井的产量普遍偏低。两口试验井LA-011和LA-016于2008年投产,经过4 a的排采生产,平均日产量只有31 m~3/d和20 m~3/d;两井各进行过一次水力压裂二次改造,增产效果仍不明显。两口井试验前的储层压力梯度只有1.0 kPa/m左右,具有典型的低压低产特征。高压氮气闷井增产改造试验于2012年10月进行,分别泵注高压氮气34 800 m~3和44 960 m~3,泵注结束后关井闷压92 h和112 h,在井口压力降低到1.0 MPa以下时开井排采。在高压氮气闷井期间,实时监测了试验井周边邻井的套压变化,分析高压氮气在煤层中的运移方向,试验结束后进行了1～3 a的排采生产。结果表明:①在高压氮气泵注阶段,位于不同方向邻井的套压不同程度升高,这一方面表明高压氮气具有区域性面状穿透扩展和造缝现象,并清晰指示了高压氮气在煤层中的造缝穿透运移方向,而且高压氮气新生裂缝扩展方向不再受控于原始的区域地应力场方向,主要与排采后均化的局部地应力场有关。②试验前后同一时间段的产量对比表明,氮气闷井改造具有"单井改造,多井增产"的区域性增产效果:即2井(LA-011和LA-016)改造,受到影响的5口井(LA-011,LA-016,LA-013,LA-014和LA-015)同时增产。③增产效果显著,两口试验井日产气增加1.2～8.9倍,3口邻井日产气增加1.4～3.7倍。高压氮气闷井技术是低压低产井改造增产的有效技术,对煤层气低压低产井增产改造具有推广应用价值。