煤炭地下气化过程中温度场及其传热特征研究进展

煤炭地下气化(UCG)技术作为一种环境友好的采煤方法,可被用来开发深部煤层与矿井遗留的煤炭资源。当地下气化时,随着气化时间的推移,煤炭在煤层内部"燃烧"逐渐形成气化炉,炉内温度最高可达1 200℃。从UCG过程中的放热反应出发,综述了热量来源、温度场的变化及其传热特征等,总结了研究温度场的重要手段。分析认为,UCG是一个复杂的温热动态变化过程,在此过程中氧化还原反应、吸热和放热的可逆反应同时进行,导致了气化炉的温度场及其传热机制的复杂性。研究气化过程传热机制的方法主要有物理模拟、试验监测、理论计算和数值模拟4种,各自具有不同的适应性。其中,物理模拟的可操控性强,但是难以解决地层接触关系导致的接触热阻误差;试验监测能真实反映温度场等的变化情况,但是实际操作的经济性差;理论计算通过对气化过程的拆分,从理论角度定性定量了UCG的温度场特征,但理论计算难以考虑到温度渗流等对温度的影响;数值模拟借助计算机进行温度场的多场耦合,综合考虑了渗流、变形、温度等对传热的影响,但多场的物理耦合计算难度较大,且煤层及岩石的热物理性质随温度变化会产生较大的差异,导致数值建模的计算难度增加,制约了数值模拟方法的...     

大宝顶煤矿21~(-3#)煤层瓦斯地质规律分析

为了研究大宝顶煤矿21-3#煤层瓦斯含量分布以及地质规律,以瓦斯地质理论为基础,结合大量的煤田地质勘探资料以及实验室测试数据,分析了影响矿区煤层瓦斯赋存的地质因素,得出了矿井瓦斯含量分布及地质规律。结果表明,煤层埋深以及煤厚与瓦斯含量呈正相关关系;区内地质构造控制了瓦斯和构造煤的分布,高瓦斯带主要位于背、向斜两轴之间煤层陡变带,同时又是逆断层对煤层的切割带;煤变质程度以及水文地质条件在矿区南深部地区均有利于瓦斯的保存。     

滇东恩洪区块地应力分布及深部煤层气临界深度预测

我国滇东恩洪区块二叠系煤层气资源丰富,该区块是今后煤层气开发的重点区域之一,地应力分布对于储层压裂改造等煤层气开发工程具有重要影响。在注入/压降试井方法实测地应力约束下,基于Anderson修正模型对恩洪区块地应力分布进行预测,总体上,水平最大主应力S_(H,max)、水平最小主应力S_(h,min)和垂向主应力S_v在不同深度段呈现不同应力机制类型,由浅至深依次表现为逆断型、走滑型和正断-走滑型。研究结果表明:在该区块二叠系宣威组内,地应力遵循S_(H,max)≥S_vS_(h,min)的关系,呈现正断-走滑型应力机制,而宣威组煤层地应力数值较其顶底板小,表现为正断型应力机制;岩石类型与埋藏深度影响地应力分布,水平主应力随埋藏深度的增加呈线性增大,杨氏模量小的煤岩,其水平地应力值最低;滇东恩洪区块深部煤层气临界深度约为700 m;研究结果可以为滇东恩洪区块煤层气开发提供新的地质参考。     

沁水盆地煤岩力学特征及其压裂裂缝的控制

以沁水盆地煤层气水力压裂井为研究对象,结合实验室煤样测试分析资料和煤层气井实际压裂数据,深入分析了煤层气井压裂效果,并进一步阐明了研究区煤岩力学特征对煤层压裂裂缝的影响。结果表明:研究区煤岩体弹性模量在2～5 GPa,且煤岩体弹性模量越小,压开的裂缝宽度越大;随着裂缝宽度的增加,裂缝长度将受到限制,其长度50～70 m;在对研究区煤层压裂过程中,压裂裂缝均不同程度地延入煤层顶底板,裂缝高度9～20 m,最大时裂缝的高度超过压裂层厚度的4倍;煤层压裂裂缝的形态特征没有固定的深度界限。煤层压裂裂缝的形成除受地应力影响外,还受局部构造应力及先存裂隙的控制,存在着在某一方向裂缝出现概率相对较大的现象。     

吸附势理论在煤层气吸附解吸研究中的应用

以晋城无烟煤为研究对象,进行了30℃时煤对甲烷和氮气的吸附解吸试验。基于吸附特性曲线的唯一性特点,根据30℃甲烷的吸附解吸数据,以吸附势理论为依据,预测了50℃时甲烷的等温吸附曲线,结果表明预测曲线与实测曲线吻合良好,其预测值平均绝对误差为0.5 cm3/g,平均相对误差为3.12%。同时依据30℃时氮气和甲烷的吸附特性曲线,发现氮气和甲烷的吸附势对应压力在0.61 MPa时存在交点,表明压力低于0.61 MPa时氮气的吸附势高于甲烷的吸附势,此时注入氮气对提高煤层气的增产具有促进作用,这为煤储层在N2-ECBM(注氮增产法)过程中确定氮气的注气压力范围提供了初步的理论依据。     

矿产资源在西部大开发中的战略地位

文章通过对我国西部地区丰富的矿产资源的赋存、开发情况的分析，阐述了西部地区矿产资源在我国经济建设中的重要意义以及矿产资源在西部大开发中的战略地位，并对开发西部地区的矿产资源提出了供领导专家决策的建议。     

矿井瓦斯涌出量预测的模糊分形神经网络研究

将模糊控制技术、分形理论中的时间序列分析方法与神经网络技术有机地结合起来，并运用于矿井瓦斯涌出量的预测中。通过对矿井瓦斯涌出量时间序列的模糊分形处理，用BP神经网络对影响因素间的非线性关系进行拟合。检验结果表明，模型可靠，预测精度高。     

滇东老厂区块多煤层煤层气合采层间干扰分析

为研究多煤层发育区煤层气井合层排采过程中的层间干扰行为,以滇东老厂区块多煤层煤层气井合采为研究对象,基于研究区煤层地质条件和气井排采实践,探讨研究区层间干扰的动态过程及其影响因素。结果表明,储层压力和层间距是影响该区煤层气合层排采的重要因素。采用Eclipse数值模拟软件对现有煤层气井进行排采动态研究,分析储层压力和层间距对煤层气合层排采的影响,并引入层间干扰系数A对层间干扰进行量化分析。层间干扰系数A的引入可以有效确定合采煤层选取方案,对煤层气合层排采层位的选取具有理论指导意义。     

高突低渗煤层立体网状穿层压裂防突技术试验研究

为了解决单一低渗高突煤层瓦斯治理难题,运用弹性力学和断裂力学的理论,提出立体网状穿层压裂增透消突技术,建立计算目标煤层起裂压力的模型。集成配套了井下压裂成套设备,首次利用SF6 气体示踪剂确定立体网状穿层压裂范围。结果表明：技术实施后,缝隙网络发育、瓦斯抽采效果提高了1.69~1.83倍,煤层膨胀率达到0.581%,电磁辐射预测突出指标降低了35%~45%,增透消突效果显著。大范围、区域化实施立体网状穿层压裂技术,能够实现技术优越性。     

甲烷吸附前后高煤级煤孔隙结构粒径效应

针对3种不同粒径的高煤级煤开展了甲烷高压等温吸附测试,并对不同粒径煤样甲烷吸附前后的孔隙结构特征进行了对比研究。结果表明,不同粒径煤样的等温吸附曲线没有显著的差异,随着煤岩粒径的减小,煤岩的吸附速率和最大过剩吸附量呈逐渐增加的趋势。甲烷吸附前后,不同粒径煤样的孔隙结构发生了不同的变化。甲烷等温吸附前,随着煤岩粒径的减小,低温液氮吸附滞后环开度呈逐渐减小的趋势,等效吸附率曲率则先减小后增大;甲烷吸附后,DY-5煤样的低温液氮吸附滞后环开度减小,而DY-6煤样和DY-7煤样的低温液氮吸附滞后环开度有所增加,说明甲烷吸附对小粒径煤样中孔和大孔的影响较为显著。甲烷的吸附作用对各阶段孔隙均有影响。大粒径煤样在甲烷吸附作用影响下,孔隙连通性得以改善,而小粒径煤样在甲烷吸附作用后孔隙分布更加的集中。