沁南柿庄地区高煤阶煤储层吸附性及其影响因素

为了探讨高阶煤吸附性的影响因素,以柿庄地区山西组3#煤为研究对象,采用灰色关联分析方法定量评价了煤储层不同性质与其吸附能力的相关性。结果表明,在温压条件和吸附质相同的条件下,高煤阶煤的固定碳、镜质组与Langmuir体积呈正相关关系,煤的变质程度、孔隙度与Langmuir体积显示出阶段性的变化规律,而挥发分、灰分、水分、惰质组、无机组分与Langmuir体积呈现负相关关系。其中,固定碳对高煤阶煤的吸附能力的正效应最为显著,次为镜质组;挥发分对煤的吸附能力的负效应最为明显,次为灰分、水分和惰质组。     

煤岩显微组成对甲烷吸附能力的影响研究

为分析煤岩显微组分对甲烷吸附作用的影响,对我国柴达木、鄂尔多斯和沁水等盆地的11个煤田49个煤样的煤质、煤岩显微组分和甲烷等温吸附关系进行了系统试验。结果表明：低、中煤阶煤的甲烷吸附能力随镜质组含量的增加而增加,而高煤阶煤的吸附能力则随之增加而降低。惰质组含量对煤吸附甲烷能力的影响较大,高煤阶煤的甲烷吸附能力随惰质组含量的增加而增加,而低、中煤阶煤的甲烷吸附能力则随之增加呈先增加后降低的趋势。低、中煤阶煤中的丝质体含量越低、半丝质体含量越高,煤的吸附能力越强。低煤阶煤吸附甲烷的能力与壳质组呈负相关关系。     

沁水盆地中高煤阶煤储层覆压孔渗试验研究

为了研究中、高煤阶煤储层在覆压条件下孔隙度、渗透率及应力敏感性的差异变化特征,从山西沁水盆地采集4块中煤阶样品和4块高煤阶样品,开展了覆压孔渗试验对比研究,探讨了中煤阶煤和高煤阶煤的应力敏感性的差异,研究了应力敏感性随煤阶改变的变化规律。研究结果表明:煤的孔隙度随镜质组最大反射率R_(o,max)的增大呈现先增大后减小的趋势,而渗透率则与镜质组最大反射率之间无明显关系;中、高煤阶煤覆压下的孔隙度和渗透率均随有效应力增加呈现指数式减小;高煤阶煤平均孔隙压缩系数、应力敏感性系数分别是中煤阶煤的1.61倍和1.26倍,高煤阶煤的孔隙度和渗透率损害率分别是中煤阶煤的1.42倍和1.1倍,中、高煤阶煤的无因次渗透率曲率随有效应力的增加而降低,当有效应力为12 MPa时,高煤阶煤的平均渗透率曲率是中煤阶煤的1.33倍。随R_(o,max)的增大,煤的应力敏感性呈现增强的趋势,即高煤阶煤的应力敏感性高于中煤阶煤。因此,在不同煤阶煤储层排采过程中,针对不同煤阶煤储层所采用的生产压差应当有所差异。与中煤阶煤储层相比,高煤阶煤储层随有效应力增加孔隙度、渗透率损害率高,渗透率曲率降低幅度大,因此针对高煤阶煤储层排采过程中所采用的生产压差应低于中煤阶煤储层,才能获得较高的煤层气产出量。     

煤质特征对煤岩表面润湿性的影响研究

在煤层气的产出过程中,煤岩的润湿性控制着孔隙中气、水的分布,决定着岩石孔道中毛管力的大小和方向,影响煤层微粒的运移。通过测试煤岩的煤质特征和煤岩表面的润湿性,分析了煤岩的灰分、挥发分、水分、固定碳含量对煤岩表面润湿性的影响规律。研究认为:随着煤的灰分、固定碳含量的增加,接触角减小,煤岩中水分含量越大,煤岩表面越容易被润湿,而挥发分对煤岩的润湿性影响较小。     

不同煤阶煤孔隙分布特征及其对煤层气开发的影响

为了查明高、低煤阶煤储层孔隙分布差异性对煤层气富集与渗透运移的影响,根据高、低煤阶煤岩样品的压汞、平衡水等温吸附试验结果,分析了高、低煤阶煤孔隙发育特征,对比了高、低煤阶煤孔隙体积分形差异.结果表明:高煤阶煤孔隙度低、渗流孔含量小、“墨水瓶”型的半封闭孔发育导致孔隙连通性降低、渗流能力差;微孔含量高、水分含量低、吸附能力强,有利于煤层气富集.低煤阶煤孔隙度大,大、中、过渡孔比孔容均较大,孔隙连通性好,渗流能力强;比表面积小、水分含量高,致使吸附能力低下.高煤阶储层煤层气开发应提高渗透性而低煤阶煤层气开发则应首选优势富气区.     

煤质特征对煤岩表面润湿性的影响研究

在煤层气的产出过程中,煤岩的润湿性对煤岩孔隙中气和水的分布有较大的影响:控制着煤岩裂隙中毛管力的大小和方向,同时对煤岩微粒的运移有一定的作用。通过测试煤岩的煤质特征和煤岩表面的润湿性,分析了煤岩的灰分、挥发分、水分、固定碳含量对煤岩表面润湿性的影响规律。研究认为:随着煤的灰分、固定碳含量的增加,接触角减小,煤岩中水分含量越大,煤岩表面越容易被润湿,而挥发分对煤岩的润湿性影响较小。     

中高煤阶煤层煤体结构识别测井法适用性评价研究

煤体结构对煤储层渗透率有重要影响,渗透率是煤层气勘探开发中的一个核心参数,而测井方法在大量煤层气区块煤体结构识别中得到应用,但尚处于探索阶段。分析研究了前人在不同煤层气区块煤体结构识别中使用的测井参数组合和针对不同煤体结构的测井参数数值,将这些区块按煤岩的镜质组最大反射率平均Ro,max划分为中煤阶区块(0.65%Ro,max1.90%)和高煤阶区块(Ro,max1.90%),基于对前人成果中各测井方法使用情况的统计和对成果中测井参数与煤体结构相关性的分析,探讨不同测井方法在中煤阶煤层和高煤阶煤层的适用性。结果表明:井径测井在中煤阶煤层和高煤阶煤层均适用,自然伽马测井在此2类煤层中均具有参考作用,电阻率测井、声波时差测井和密度测井在此2类煤层中的应用效果差别较大,补偿中子测井在2类煤阶煤层均不适用;因中煤阶煤岩与高煤阶煤岩力学强度差异造成其对外力的变形差异和不同测井参数的敏感性差异,导致不同测井方法对不同煤阶煤层的适用性存在差异。在中煤阶煤层煤体结构识别中,建议以井径测井和电阻率测井作为主要识别方法,以声波时差测井和自然伽马测井作为次要识别方法;在高煤阶煤层煤体结构识别中,建议以井径测井、自然伽马测井和密度测井作为主要识别方法。     

黔西滇东地区不同煤阶煤储层物性特征分析

为了分析煤阶对黔西滇东地区煤储层孔隙性和渗透性的控制作用,对不同煤阶煤样的孔-裂隙结构、吸附能力和孔渗特征进行了探讨。结果表明:镜质组反射率小于2.5%时,随着煤阶升高,煤岩压实程度不断增强,煤中吸附孔含量逐渐增多,BET比表面积和BJH总孔体积逐渐增大,致使煤岩吸附能力逐渐增强,而渗流孔含量相对减少,渗流孔隙结构变差,渗透率随煤阶升高而减小;镜质组反射率大于2.5%时,随着煤阶升高,煤中吸附孔含量减少,BET比表面积和BJH总孔体积呈下降趋势,吸附能力减弱,而煤岩后期演化过程中产生了再生孔隙,致使煤岩渗流孔含量增加、渗流孔隙结构变好,总孔隙度升高,渗流能力增强。     

鄂尔多斯盆地煤储层低温氮吸附孔隙分形特征研究

在利用低温氮吸附法测试鄂尔多斯盆地煤储层孔隙分布的基础上 ,计算了煤样的孔容及比表面分维数 ,并分析了煤储层对甲烷的吸附能力与孔隙分维之间的关系。研究表明随着比表面分维数的增加 ,煤储层兰氏体积减小 ,而兰氏压力增加 ,随着孔容分维数的增加兰氏体积减小。     

煤岩抗压强度和弹性模量对不同煤阶区煤层气开发的影响

为了分析煤阶控制下的煤岩抗压强度和弹性模量变化规律，提出不同煤阶区煤层气开发建议，通过岩石单轴压缩试验和煤质测试，获得了我国18个矿区20块煤岩样品的力学参数（抗压强度、弹性模量）和最大镜质体反射率R_{o, max}数据，综合前人部分测试数据，系统探讨了从低煤阶到高煤阶(R_{o, max}=0.33%～3.44%)煤岩抗压强度和弹性模量的变化规律及其对煤层气压裂和排采的影响。结果表明：煤阶显著影响煤岩割理和孔隙发育，褐煤、次烟煤(R_{o, max}≤0.50%)割理不甚发育，但是孔隙度最大且以大孔为主。演化到中煤阶的过程中，煤岩孔隙度降低，中煤阶(R_{o, max}≥0.65%)之后，煤岩孔隙度略有增加并趋于稳定，但是割理逐渐发育直至R_{o, max}=1.50%左右达到最大割理密度。当煤岩进一步演化至高煤阶(R_{o, max}≤1.9%),煤大分子官能团重新聚合导致割理融退。受到煤阶控制，煤岩抗压强度和弹性模量随煤阶升高呈“M”型变化规律。在R_{o, max}...     

和顺区块贫煤吸附特征及影响因素研究

基于和顺区块22个贫煤煤样平衡水等温吸附成果,分析了和顺贫煤的吸附特征,探讨了影响贫煤吸附的因素.研究表明贫煤总体吸附性较强,兰氏体积较高、兰氏压力较低,吸附能力与煤化程度、孔隙率、比孔容、比表面积正相关,与水分含量、灰分含量负相关,显微煤岩组分的影响较微弱.     

西南典型矿区煤等温吸附/解吸影响因素研究

为了探讨煤质、变质程度、变形程度、实验温度、压力等因素对煤吸附/解吸性能的影响,系统采集了西南典型矿区煤样,进行了煤岩测试、工业分析和等温吸附/解吸实验。结果表明：中变质阶段,煤的吸附能力与变质程度呈正相关,高变质阶段呈负相关,Ro,max在3%左右吸附能力最强|煤的吸附能力与镜质组含量呈正相关,与惰质组含量呈负相关|低-特高固定碳阶段,煤的吸附能力与固定碳含量呈正相关关系,水分、挥发分的存在降低了煤的吸附能力|变形程度越高,吸附/解吸能力越强|温度升高,煤吸附量下降,解吸率增高。压力升高吸附量增大,解吸率下降。     

煤储层微小孔孔隙结构的低场核磁共振研究

基于系列中高煤阶煤样的低温液氮吸附实验和低场核磁共振实验,系统分析了样品的吸附脱附曲线特征及孔径分布特征,通过对比分析获得了测试样品的核磁共振表面弛豫率,获得了核磁共振T2弛豫时间与煤的微小孔孔径分布之间的转换系数C。结果表明：对于研究煤样,高煤阶煤的吸附脱附曲线有明显拐点,中煤阶煤的吸附脱附曲线拐点不明显;高煤阶煤的表面弛豫率约为0.54×10-8 m/ms,而中煤阶煤集中在1.18×10-8 m/ms左右;进一步求得高煤阶煤的C值为1.62×10-8 m/ms,中煤阶煤的C值为3.54×10-8 m/ms;利用求得的C值计算得到基于核磁法的微小孔的赝孔径分布,发现赝孔径分布与采用BJH获得的孔径分布在形态和变化趋势上都具有高度一致性。     

甲烷在煤表面的吸附势与煤阶的关系

本文根据在平衡水分、30℃条件下实测和收集的煤的等温吸附资料，采用吸附势理论，计算了各个煤样吸附等体积（5cm^3／g）甲烷时的吸附势，发现随煤阶的增加吸附势呈规律性变化。这种变化规律与兰氏体积随煤阶的变化规律一致，且完全与四次煤化作用跃变对应。可见煤层甲烷的吸附与煤的分子结构、晶体结构和孔隙度密切相关。     

煤体灰分与挥发分对煤吸附甲烷性能的影响实验研究

为研究煤体灰分、挥发分对煤吸附甲烷性能的影响,运用高容量吸附装置测定同一煤矿不同灰分、挥发分煤样的等温吸附曲线和吸附常数a、b值,并运用SPSS多元线性回归软件进行分析。实验结果表明:不同灰分、挥发分煤样的等温吸附曲线符合Langmuir方程,且二者对于煤吸附甲烷性能均有一定的影响。煤灰分不变时,吸附常数a值随挥发分的增大而线性递增,吸附常数b值随挥发分的增大而线性递减;煤挥发分不变时,a值随灰分的增大而线性递增,b值随灰分的增大而线性递减。研究结果为准确测定煤层瓦斯含量、瓦斯压力等参数提供了一定的理论依据。     

煤的工业分析注意事项之浅析

煤的工业分析包括水分、灰分、挥发分产率和固定碳含量测定4项。在平常煤质检验分析中,操作人员不仅要严格遵守操作规程,还需要懂得实验条件的来源和依据。从国标出发,详细解释了煤的工业分析测定中应注意的问题及其原因,以期通过在大量试验中积累的经验,对有关企业的实际运用有所启发。     

阳泉寺家庄井田含煤地层煤层测井密度模型和有效孔隙度计算

在总结阳泉矿区寺家庄井田含煤地层发育特征的基础上,优选出六层可以作为煤层气开发层位的煤层进行煤岩组分分析,并提取各取样煤层所对应的测井参数,建立了自然伽马与灰分、固定碳与灰分、挥发分与视电阻率之间的线性关系。依据煤层体积可以分成固定碳、挥发分、灰分和测井液(孔隙中充满测井液)四部分,作为对测井响应的贡献之和,建立了测井密度模型用于计算煤层有效孔隙度,结果显示孔隙度测井计算结果与实测结果相差不超过10%。研究成果可用于指导煤岩工业组分分析和储层物性分析。     

不同矿化度水对煤储层吸附性能的影响

为了探究水分及其矿化度对煤样吸附甲烷能力的影响,以准噶尔盆地南缘玛纳斯矿区侏罗系西山窑组块状煤样为例,采用矿化度水配制—样品制备—样品大气压下水浸—高压下注水—等温吸附实验的实验步骤,开展煤样干燥、饱水及含不同矿化度水条件下煤的等温吸附实验,探讨不同矿化度水对煤储层吸附性能的影响。研究结果表明:干燥煤样的兰氏体积显著大于注蒸馏水煤样的兰氏体积,注蒸馏水煤样的兰氏体积大于注10 000 mg/L矿化度水煤样的兰氏体积,但后者与注20 000 mg/L矿化度水煤样的兰氏体积相差不大。其主要原因为注蒸馏水煤样中水分子比甲烷分子更容易占据煤基质内表面或微孔内表面的吸附位,从而使得兰氏体积降低,而含矿化度水使得煤基质表面的吸附位进一步减少,从而造成了煤样对甲烷的吸附能力降低,但这也存在着一个极限值,大于20 000 mg/L矿化度水已不能明显降低煤样的兰氏体积。因此可推断,在地下水径流区或弱径流区,煤层水的矿化度不断增大至10 000 mg/L时,煤层中处于动态平衡的游离气含量会增加,而吸附气含量会减少,当煤层水矿化度超过10 000 mg/L,煤层中吸附气与游离气的含量比例趋于稳定。实验从研究创新的角度出发,以低煤阶煤样为例,对比分析了含不同矿化度水条件下煤样对甲烷的吸附能力的差异,并且进行了相关的理论分析和机制解释,认为地下水矿化度影响煤储层对甲烷的吸附能力。     

煤吸附甲烷的影响因素敏感性正交试验

为研究煤体吸附甲烷的影响因素敏感性特征,选取温度、含水率、煤粒度、挥发分为煤吸附甲烷的影响因素,按照正交设计原理选取有代表性的试验点进行甲烷吸附试验,采用极差分析法进行因素敏感性分析,结果表明:Langmuir吸附常数a对各影响因素的敏感性大小次序为挥发分温度煤粒度含水率;Langmuir吸附常数b对各影响因素的敏感性大小次序为挥发分含水率温度煤粒度;对于同煤阶煤体,各影响因素中,温度对Langmuir吸附常数a起主要控制作用,而吸附常数a表征煤体对甲烷的极限吸附量,因此,井下采煤过程中,温度、含水率等多因素变化时,首要实时监测温度变化,以防止温度突然变化诱发瓦斯大量解吸,引发瓦斯超限甚至是煤与瓦斯突出事故。     

不同变质程度煤吸附能力影响因素研究

为研究不同变质程度煤吸附能力的主控因素,通过显微组分分析、压汞试验、液氮试验以及等温吸附试验,分析了不同煤阶煤吸附能力差异。结果表明,研究区中煤的镜质组反射率R_o=0.44%~3.20%,兰氏体积为9.11~30.24 m~3/t,且随煤阶的增高逐渐增大;孔隙度、BET比表面积、微孔体积随煤阶的增高呈现高-低-高的变化规律,在R_o=1.9%左右时达到最小值,其影响着煤储层的吸附空间,但并不能主导煤储层吸附能力的变化;孔隙形态方面,墨水瓶孔对储层吸附能力控制较强;显微组分方面,镜质组含量在中低煤变质阶段对煤储层吸附能力起一定控制作用,在高变质阶段,惰质组中丝质体对储层吸附能力的控制更强。