华蓥山隧道隧址区水文地球化学特征及涌水来源识别

针对华蓥山隧道施工中可能存在的涌突水问题,本研究在现场水文地质调查,取样测试分析的基础上,对华蓥山隧道隧址区地表水、地下水和隧道涌水的水文地球化学特征进行了分析,并对隧道涌水水源进行了识别。结果表明:隧址区水体的水化学类型主要为HCO_3-Ca和HCO_3·SO_4-Ca型,水质偏弱碱性,水化学成分主要来源于岩石的风化作用;隧址区浅层地下水和地表水联系紧密,大气降水是各水体的主要补给来源;隧址区地下水补给高程为315~1467 m,在东南区域,隧道涌水主要来自三叠系上统须家河组(T_3xj)碎屑含水层和侏罗系中统新田沟组(J_2x)碎屑岩含水层,西北部主要来自三叠系下统嘉陵江组(T_1j)灰岩岩溶含水层。     

基于CT扫描的煤中孔裂隙精细表征

为了深入探究煤层气赋存和运移的机理,需要对煤中孔裂隙进行定性分析和精细定量表征。为此,以沁水盆地南部五阳矿3号煤层的原煤为研究对象,应用X射线对原煤煤心进行360°全角度步进式扫描,借助CT分析构建出其三维数字化可视模型,在此基础上,采用DTM灰度阈值分割法求出孔裂隙的灰度阈值分割点,识别煤中孔裂隙,并与扫描电镜观测到的结果进行对比;采用Avizo软件建立孔裂隙系统的球棒模型,实现了对孔裂隙的定量表征,并与压汞实验结果进行对比。研究结果表明:(1)DTM灰度阈值分割法可以准确识别煤中孔裂隙,并且与扫描电镜图像中同一裂隙的形态和发育尺度基本一致;(2)利用CT扫描可以准确识别直径19.20 mm、高度10.59 mm样品中孔径大于12.40μm的孔裂隙,展现孔裂隙在三维空间的分布情况;(3)压汞实验结果与CT扫描结果仅在以非连通孔隙为主的20~40μm孔径段存在差异,而在40μm以上孔径段二者的孔裂隙体积变化趋势则一致,其中CT扫描的分析结果更为可靠。     

旬邑地区野外露头岩性组合地震反射特征研究

随着油气勘探深入,地层内部岩性组合关系的精细描述在油气田地质研究中越来越受到重视。地震资料作为岩性组合综合响应,根据其反射特征识别分析岩性组合关系对于油气勘探具有重要意义。目前常规分析手段主要为数值模拟与物理模拟,其中物理模拟受震源主频限制,实验室条件下难以达到其要求。为此,利用探地雷达技术进行物理模拟,并结合基于波动方程的数值正演模拟,将二者联合应用于露头岩性分析,最终得到实际野外露头的砂泥岩层组合关系。研究结果表明,该方法较为清晰地表征了研究区典型露头岩性组合关系的地震响应特征,为基于地震资料的岩性组合精细描述提供了依据,其对于储层预测具有地质指导意义。     

考虑微孔超压环境的煤储层含气量计算方法

目前在煤储层含气量的计算过程中,普遍采用测井、试井等得到的储层压力代替气相压力进行反演计算,但由于超压环境下二者不能等同,故导致这一计算结果并不准确。为此,采集山西、河南不同煤级的煤样进行了煤孔隙毛细管压力测试,结合煤层气成藏过程和煤层生排烃史分析了煤储层微孔超压环境的形成机制,据此建立了考虑微孔超压环境的煤储层含气量计算方法,并对河南焦作中马村矿下二叠统山西组二段1号煤层的含气量进行了计算及分析。结果表明:1煤形成演化过程中不断有部分固体有机质转化为气体和水,在其孔隙内必然会出现气水两相界面,由此产生毛细管压力,致使其微孔内气相压力远高于静水柱压力,形成微孔超压赋存环境;2由于微孔超压环境的存在,致使气相压力高于储层压力,基于常规储层压力评价煤储层含气量的计算方法将导致煤储层含气量被低估;3微孔超压环境主要影响3~100 nm孔隙内煤层气含气量的计算,尤其是3~10 nm孔隙,而对于超过100 nm的孔隙则影响不大。结论认为:所建立的煤储层含气量计算方法厘清了煤层气赋存的压力环境,保证了煤储层含气量计算结果的准确性。     

沁中南断层不发育区多期构造运动作用下煤层气直井产水产气特征

查明小范围内煤层气直井产气特征是减少工程盲目投资、准确进行产能预测的重要保障。通过对沁水盆地中南部小范围内断层不发育区不同构造部位煤层气井产气量、产水量差异主控因素的分析,得出小范围内燕山期、喜山期等多期构造运动作用引起的气水分异、渗透率差异是引起产气量和产水量大小的根本。底板标高差值引起气/水分异,最终导致小范围内储层压力梯度、产水量差异。煤层变形中等/较强区域多期褶皱叠加的隆起或凹陷块段,渗透率最低;变形弱/较弱区多期褶皱叠加的底板高值块段渗透率最好。小范围内储层压力梯度、水/气分流和渗透率的差异导致煤层气井表现出“水大气大、水大气小、水小气大、水小气小”等产气产水曲线特征。     

煤中显微组分对生物甲烷代谢的控制效应

煤的生物产气过程受诸多因素的影响,为探讨煤自身显微组分对生物甲烷生成的控制效应,采集了河南义马千秋煤矿的长焰煤和山西大同泉岭煤矿的气煤,通过人工手选法以及浮沉分离法对两种煤样进行了显微组分富集和分离,利用从矿井水中提取的本源菌群与相应的显微组分进行生物甲烷代谢模拟实验,以产气总量、CH4生成量、CH4浓度及反应液p H值变化等指标来评价产气效果。实验结果表明:1镜质组富集煤样生物产气总量、CH4生成量、CH4浓度和反应液p H值变化幅度最高,而惰质组富集煤样最少,原煤则居中;2不同显微组分开始大量产气时间在18~30 d,产气高峰在20~35 d,镜质组产气高峰滞后于原煤和惰质组;3煤样H/C原子比与生物产气效果具有一致性,同煤阶镜质组以及富氢、高H/C原子比煤种具有较高的生物甲烷产气潜力。该研究成果可为我国煤层生物产气先导试验区块优选提供理论指导。     

碱性溶液降低煤体冲击倾向性的实验研究

利用RMT-150B岩石力学实验系统对千秋矿原始煤样、清水浸泡煤样与碱溶液浸泡煤样开展实验研究,分析煤样弹性能量指数、冲击能量指数、动态破坏时间和单轴抗压强度指标的变化趋势。综合判断表明,原始煤样和清水浸泡煤样分别为强冲击性和弱冲击性,而碱溶液浸泡后其力学强度急剧下降,由脆性向塑性变化趋势最明显,变为完全无冲击性。通过煤样的工业应用指标、接触角、浸泡时间/力学强度、碱溶液的浓度和用量等测试,初步分析了碱溶液在煤矿的应用前景,对中低阶煤层来说,在煤层注水时加入少许碱性药品实现物理-化学联合作用防治冲击地压,同时还兼具降尘效应。     

单一煤储层煤层气直井合理日产气量的确定

确定单一煤储层煤层气直井合理日产气量可为煤层气井布井及经济评价提供依据。根据等温吸附、水气启动压力梯度流动等理论,建立了单一煤储层条件下煤层气直井合理日产气量的数理模型,研究了平均日产气量与主控影响因素间的关系。研究表明：渗透率、临储压力比与平均日产气量呈指数形式变化;含气饱和度与平均日产气量呈线性关系。沁水盆地中南部煤层气实际排水采气资料与预测结果的对比验证了模型的准确性。该研究结果为现场煤层气直井选址及经济评价提供了理论依据。     

阴离子型表面活性剂溶液物理化学特征研究

为揭示温度对阴离子型表面活性剂在临界胶束浓度时的理化性质和胶束结构稳定性的影响规律,测定了十二烷基硫酸钠(C_(12)H_(25)SO_4Na)和十二烷基苯磺酸钠(C_(18)H_(29)NaO_3S)溶液的表面张力、泡沫半衰期和黏度等性能参数,研究了这两种表面活性剂溶液的黏度活化能、胶束化标准焓变和标准熵变等物理化学性质。结果表明,常温时,C_(12)H_(25)SO_4Na和C_(18)H_(29)NaO_3S的临界胶束浓度分别为0.008和0.002 mol/L。随着温度的升高,两种表面活性剂的表面张力和泡沫半衰期均呈指数型下降,黏度呈线型下降。C_(18)H_(29)NaO_3S的黏度活化能是C_(12)H_(25)SO_4Na的1.96倍,但C_(12)H_(25)SO_4Na降低表面张力的效率和吸附趋势均大于C_(18)H_(29)NaO_3S,其标准胶束化自由能和标准熵变均大于C_(18)H_(29)NaO_3S,更容易产生胶束,且胶束结构更稳定。     

新扩散模型下温度对煤粒瓦斯动态扩散系数的影响

升温促进煤基质中瓦斯快速大幅解吸/扩散是热激励法增产瓦斯机理之一，其首要关键科学问题是探明温度对扩散系数的影响规律和影响机理。采用恒温与升温方法进行了3种不同条件下的扩散实验：（1）初始同压不同温吸附后恒温扩散；（2）同初始吸附量条件下（高温高压、低温低压吸附后）恒温扩散；（3）同初始温压吸附后的升温扩散实验。实验结果表明：实验（1），（2）中用单孔隙经典扩散模型计算的常扩散系数随温度升高呈现无规律的波动形态，经典模型无法解释这一现象。原因是经典模型不能精确描述全时段扩散过程，误差极大，继而发现了扩散系数随时间延长而衰减的特有现象。为此，提出了能精确描述全时扩散过程的动态扩散系数新模型。新模型分析表明，煤基质中多尺度非均质孔隙形态决定了多级孔隙扩散系数分布，进而导致了扩散系数随时间延长而衰减。新模型下动扩散系数随温度升高单调递增，符合阿雷尼乌斯关系，规律惟一，经典模型常扩散系数是新模型动态扩散系数的平均值。新模型涵盖了经典模型，前者是后者的推广。