我国低煤阶煤层气地质特征及最新进展

为了更好地加快我国低煤阶煤层气勘探开发,在借鉴国外成熟低煤阶开发技术基础上,总结了适合我国低煤阶地质特征的相应技术。目前我国的煤层气开发已经从试验阶段进入了小规模商业化生产阶段,但大部分勘探开发工作都集中在沁水盆地高煤阶地区,低煤阶地区的勘探开发尚处于起步阶段。而低煤阶地区煤层厚度大、渗透性好、资源量大以及常规油气与煤层气共生的特点,加之国外低煤阶盆地成功的商业开发,使其具有十分良好的前景,是我国煤层气下一步勘探开发重点。当前形成适应我国低煤阶储层的技术体系成为我国低煤阶煤层气勘探开发成功的关键因素。     

低煤阶煤层气藏水文地质条件的物理模拟

采集低煤阶煤岩样品,利用煤层气成藏模拟装置模拟了低煤阶煤层气藏的水文地质条件,探讨了动力条件及地下水化学特征对煤层气保存、富集及成藏的影响.结果表明：强烈的水动力交替作用使煤层气藏中的甲烷碳同位素变轻,甲烷含量降低,N₂和CO₂含量增大,这对煤层气成藏不利;低煤阶褐煤倾向于低矿化度,有利于生物气的生成和低煤阶煤层气的富集成藏.     

新疆地区低煤阶煤层孔隙特征实验评价研究

近年来,随着新疆低煤阶煤层气勘探开发的突破,低煤阶煤层气储层评价受到重视.本研究以新疆低煤阶煤样为研究对象,通过低温N2吸附实验、低温CO2吸附实验以及高压压汞实验相结合的方法,分析全孔径分布特征.成果如下:高压压汞实验显示原生结构孔隙中的大孔和微孔较发育;低温N2吸附实验显示孔隙以微孔为主,为开放型"墨水瓶"孔隙;低...     

低煤阶煤储层产气潜力定量评价

为研究低煤阶煤储层的产气潜力,以彬长矿区大佛寺井田4号煤储层为例,引用临储压差、临废压差、有效解吸量、解吸效率等指标,并结合低煤阶储层含气量低、厚度大、渗透性好等特点,运用煤层气数值模拟软件对低煤阶煤储层产气潜力进行定量评价。研究结果表明：大佛寺井田4号煤层的临储压差为1.27MPa、临废压差为0.76～1.26MPa、有效解吸量为1.25～2.35m3/t,最大解吸效率为1.99～2.46m3/(t·MPa),相对于中高煤阶煤储层都偏低|但由于4号煤层厚度大、渗透率高,抽采数值模拟显示5年平均日产气量达965m3,具有形成工业气流煤层气井的产气潜力|现场单井排采实践也验证了4号煤层定量评价结果的可靠性。论文认为应将煤层厚度和渗透率指标纳入低煤阶煤储层定量评价指标体系中。     

新疆低煤阶煤层气勘探选区评价标准的探讨

新疆煤层气资源丰富,加强煤层气主控因素和优选有利的勘探目标是新疆煤层气获得突破的关键因素。作者针对新疆低煤阶煤层气的特点,探讨了新疆煤层气地质选区评价的关键因素及新疆低煤阶煤层气地质选区评价方法。煤层气地质选区评价方法可分为两步走,第一步为综合选区阶段,应用一票否决制进行有利区选择,第二步为有利区预测阶段,根据有利区预测标准,应用预测公式进行分级,评价煤层气勘探目标区,为新疆煤层气产业大发展打好基础。     

鄂尔多斯盆地低煤阶煤储层孔隙特征及地质意义

对采自鄂尔多斯盆地侏罗系煤层气勘探开发地区的煤样,采用压汞、低温液氮试验、显微镜观测等手段,研究了煤储层孔隙类型、孔隙连通性、孔隙形态及煤心煤样的裂隙密度、裂隙连通性、裂隙发育特征。研究表明：鄂尔多斯盆地南部煤储层的似孔喉比比较小（一般小于15）,退汞效率比较高（大于50%）,采收率较高,排驱压力一般大于0.7 MPa,最大进汞饱和度小于65%,煤的孔隙度小于12%,煤储层渗透率小于0.01×10-3μm2,产能较高,对煤层气开发比较有利。煤层气井的煤心煤样观测显示,盆地内煤层多为原生结构煤,盆地南部焦坪、大佛寺一带煤中裂隙较发育,连通性中等,对煤层气开发相对有利。     

盐度、pH对低煤阶煤层生物甲烷生成的影响

在温箱培养条件下对采自河南义马的低煤阶煤进行了6个盐度（0、5 000、10 000、15 000、20 000、25 000 mg/L）和5个pH值（6、7、8、9、10）的生物甲烷生成模拟实验。结果表明：不同条件下的煤样均有CH 4生成,同时生成了CO 2及少量其它气体;随盐度升高,CH 4生成量逐渐减少,至盐度为25 000 mg/L时CH 4生成量急剧减少,同时,盐度升高也导致了CH 4浓度的减少;对于不同pH条件,pH=8时,CH 4生成量最大,随着酸性或碱性增强,CH 4生成量大幅减少,CH 4浓度也有类似的减少规律,且pH条件不适宜会延迟气体的生成时间;与盐度相比,pH值对CH 4生成的影响作用更明显。这些结果表明,盐度、pH是影响CH 4生成的重要因素,对它们的了解是研究生物甲烷生成机理的重要内容。     

准噶尔盆地南缘低煤阶煤层气富集区三维地震预测

为深化煤层气资源潜力调查与评价,开展了准噶尔盆地南缘呼图壁区块三维地震勘探。地震数据采集针对宽方位、小道距和高覆盖次数目标设计,采用16L×6S×160R观测系统。地震数据处理针对复杂地貌野外静校正问题和陡倾角煤层成像精度要求高的技术难点,建立了高分辨率三维地震数据处理流程,以满足煤层气富集区预测需求。根据影响煤层气富集的主要地质因素(煤层埋深、断层特征、煤层厚度、煤层顶板岩性和煤层含气量等)定义了煤层气富集区划分原则和有利区分类模式。基于三维地震资料,将地震资料解释与地震属性分析相结合,利用地震岩性反演结果获得煤层厚度、煤层顶板岩性和煤层含气量信息。在钻孔约束下,进行了研究区B4煤层气富集区预测,提出了煤层气开发生产井部署建议。     

新疆低煤阶煤层气的特殊地质条件及研究方向

国外煤层气总产量中占比超过40%的低煤阶煤层气产业,在中国仍处于科研攻关、试验性开发阶段。新疆地区的五大沉积盆地(群)是中国低阶煤的主要赋存区域,煤层气资源丰富,勘探程度较低。新疆地区特殊的盆地构造特征及演化历史、煤系地层沉积特征及气候环境等因素,造成低煤阶煤层气的成藏地质规律不同于国内外任何一个煤层气盆地,需要通过理论创新及实践来建立本区域的煤层气成藏地质理论体系,并建立相应的煤层气开发工程技术体系。随着成藏地质理论及工程技术的逐渐成熟,新疆地区的低煤阶煤层气产业将大有作为。     

绳索取芯技术在低煤阶煤层气井钻井施工中的应用

海拉尔盆地呼和湖凹陷煤层薄,煤阶低,以褐煤为主,给取芯工作带来很大难度,常规绳索取芯技术已不符合该地区煤层气参数井钻进要求,因此根据呼和湖凹陷地质特征,优选适宜的绳索取芯钻具结构及技术措施。     

我国低煤阶煤层气成因类型及成藏模式研究

基于国内外低煤阶煤层气的富集特点和成藏理论的追踪,对我国低煤阶煤层气的成因类型和成藏模式展开了研究。结果表明,我国低煤阶煤层气藏成因类型有热成因、生物成因和混合成因;煤储层特征包括埋藏浅、含气量低、厚度大、渗透率高且易改造及与其它油气共生等特点;前人从岩性、构造条件及煤储层所处位置、水文地质条件等对低煤阶煤层气的成藏模式进行了划分。基于以上研究,认为应以动态的观点来认识和探讨以有利成煤相带为煤层气富集的物质基础、以构造体为煤层气运移压差和以水动力条件为气源补给和封盖的条件的低煤阶煤层气成藏模式。以东北依兰盆地为例,结合我国低煤阶煤层气盆地的地质特征和前人研究成果,建立了我国低煤阶煤层气的成藏富集模式,即原生成因和次生成因叠合下的斜坡区成煤优势相带高富水区的煤层气富集模式。     

低煤阶煤层气可采性主控因素及定量评价

针对低煤阶煤层的煤层气抽采不均衡、可采性不明导致的选区难问题,为了实现快速、定量化煤层气开发选区,以彬长大佛寺井田为例,采用正交法,结合数值模拟技术,对影响低煤阶煤层气产能的地质因素进行了敏感性分析,最终筛选得到裂隙渗透率、煤层厚度、含气量是影响大佛寺井田煤层气产能的三大主控因素。进而以24口排采直井的实际产气效果为基础,验证了三大主控因素对产能的影响程度。据此,提出了主控因素阶梯式数值模拟方法,并采用该方法,得到了低煤阶不同含气量、不同煤厚组合条件下,具有可采价值的渗透率阈值,从而定量化表征了低煤阶煤层气可采的主控因素组合,建立了大佛寺井田煤层气可采能力查询图版。主控因素阶梯式模拟方法可用于指导煤层气选区及井位部署,并实现快速指导有利区的选择。     

低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术

为了有效解决低透气性高瓦斯煤层群治理难题,加大低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术的推广应用力度,促进煤矿安全形势持续好转,详细介绍了该关键技术的产生背景、最新创新成果及工程实践案例.从典型地质条件下的留巷充填方式、瓦斯卸压抽采等方面分析了技术应用现状及发展趋势.结果表明:应从设计源头优化充填系统、瓦斯抽采系统,实现充填自动化、瓦斯抽采最大化和成本最小化,推动技术应用标准化及产业化.通过不断完善和发展无煤柱煤与瓦斯共采理论与技术,为低透气性高瓦斯煤层群安全高效开采提供科学可靠的技术途径.     

低煤阶煤层含气量特征及瓦斯涌出机制探讨

煤层含气量是表征煤层气储层特征的关键参数之一。为了准确获取低煤阶煤层含气量,以彬长矿区大佛寺煤矿为例,根据Langmuir方程和排采过程中实测的临界解吸压力计算了4号煤层含气量。根据计算结果,4号煤层含气量为2.30~3.62 m^3/t,平均为2..87 m^3/t,是煤层含气量测试结果的0.88~1.93倍,符合低阶煤的特征,最为接近4号煤层原始含气量。并根据矿山岩层移动理论和渗流理论探讨了4号煤层含气量低而煤矿生产过程中瓦斯涌出量大的原因。分析认为,煤层在开采过程中,随着顶、底板岩层变形、垮落和移动,应力释放使煤体产生大量的新生裂隙,改变了煤体结构特征,促使煤层渗透性发生了根本性的改变,形成卸压增透和增流效应,造成大佛寺煤矿瓦斯涌出量急剧增大。      

二连盆地群低煤阶煤储层裂隙地质建模与精细描述

以二连盆地群霍林河盆地低煤阶煤储层为研究对象,通过在露天煤矿选取典型剖面进行实例解剖,辅以光学显微镜、CT扫描等室内测试分析的研究方法,精细描述研究区煤储层裂隙系统发育特征,构建目标煤储层垂向上空间裂隙发育模型,为后续工程开发提供参考。研究结果表明：霍林河盆地煤储层大裂隙系统及微裂隙均表现出良好定向性,外生节理倾角多近乎直立,内生裂隙及微裂隙多垂直于层面发育。显微裂隙主要为原生张性裂隙,未见具有构造特征的剪性裂隙。外生节理发育的程度与方向、内生裂隙形态特征受构造影响明显,但微裂隙发育程度主要受煤岩组分影响,受构造影响不明显。大裂隙系统少见充填,微裂隙充填度较大,在40%～50%,储层连通性整体较好。煤CT三维重建成像表明无机矿物充填空隙和未被充填空隙都具有分层分布特征,整体孔裂隙发育,Ⅳ煤组无机矿物充填较ⅢA煤少。     

彬长矿区低煤阶煤层气井的排采特征与井型优化

为研究我国西部侏罗纪低阶煤储层瓦斯的地面井排采特性及影响因素,以彬长矿区大佛寺井田煤层气井的地质资料、历史排采数据为基础,分析了该区块不同井型煤层气井的产水量、产气量的主要影响因素,并探讨了相关因素的主要控制机理。研究发现储层特性、水文地质条件是影响该区煤层气成藏的重要因素,在所研究的几种井型中,多分支井在该区有着良好的地面排采效果,其最高日产气量为16 582.3 m3,垂直井次之,而U型井则相对较差。排采数据显示井底流压与产气量呈指数关系,井底流压的减小,日产气量呈指数增加的趋势。在煤层气井不同排采时期,动液面高度对产气量的影响有着不同的作用规律,且对高产气阶段的影响更为显著。套压与产气量之间近似表现为线性变化的关系,但不同排采阶段二者线性关系的比例截然不同。在煤层气井的产气衰减阶段,多分支水平井的日产气量/累计产气量的比值与排采时间呈现为良好的E指数衰减关系,并以此构建了以日产量与累计产量之比和开发时间之间的关系为基础的煤层气井产能预测模型,拟合相关系数均高于0.848 2。     

新疆典型矿区低煤阶煤层气成藏差异对比研究

基于沙尔湖矿区和阜康白杨河矿区两个发育煤层火烧的典型低煤阶含气地区的地质背景和煤储层物性研究,结合两矿区火烧区水文地质条件的差异对比分析,阐明了新疆火烧区低煤阶煤层气成藏差异及主控因素。研究结果表明:两矿区煤层厚度大、构造样式简单、孔隙发育良好,但沙尔湖矿区由于地下水动力条件较弱,且为矿化度极高的原生水,不利于低煤阶煤层气的生成,且矿区东部煤层火烧使得气体发生逸散,导致矿区内含气量偏低;阜康白杨河矿区水源补给充足,在火烧区低洼处形成滞水层,一方面,滞水层为次生生物成因气的生成提供了有利条件,另一方面形成水力封堵利于煤层气的保存。火烧区滞留水对煤层气富集成藏具有指向作用,因此本次研究成果将为新疆低煤阶煤层气勘探提供理论参考。     

高瓦斯近距离煤层群保护层煤与瓦斯共采技术

根据沙曲矿的具体地质条件,通过对保护层开采机理的分析,确定矿井北翼2号薄煤层为下方3+4号和5号煤层的保护层,计算得出保护层首采工作面22201的保护范围和解放煤量2.4Mt;针对2号煤层的赋存条件,研究了22201工作面的采煤技术,包括巷道布置、工作面主要设备和采煤工艺;采用保护层开采对突出煤层的卸压作用和瓦斯抽采技术,设计了本煤层、下部3+4号煤层和采空区瓦斯的抽采方案,达到解放下部煤层的目的。沙曲矿对高瓦斯近距离煤层保护层煤与瓦斯共采技术的研究,为其他类似条件下开采提供了借鉴。     

煤与瓦斯共采技术有新进展

从2004年开始，煤矿瓦斯治理国家工程研究中心、安徽淮南矿业集团、中国矿业大学等共同进行科研攻关，先后在淮南矿业集团和皖北煤电集团的煤矿对煤与瓦斯共采进行工业性试验，2008年3月，低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术取得进展。这一技术采用Y形通风方式，解决了U形通风工作面上隅角瓦斯积聚超限的难题：在施工顶底板穿层钻孔，抽采临近层或被保护层的瓦斯，解决了低透气性煤层群瓦斯先抽后采问题；     

深部薄煤层无煤柱煤与瓦斯共采技术应用实践

以谢一矿5121B10工作面为例,针对深部薄煤层,采用"Y"型通风技术,并在留巷段施工网格立体式穿层钻孔,拦截抽采邻近突出煤层的卸压瓦斯,实现了无煤柱煤与瓦斯共采。