地层水、煤层结构对煤层甲烷开采效率的影响

煤层甲烷是一类由煤层自生自储的非常规天然气,在中国具有巨大的资源前景;煤层中的天然气主要呈吸附状态储集,煤层甲烷的开发实贡上是如何有效地将天然气从煤层中解吸出来。地层水的静水压力控制了甲烷气的解吸作用,地层水的排出可为气体的解吸提供压力差和空间。煤层结构不仅影响煤层的孔渗性能,同时制约着其中天然气排出的难易程度。另外,在煤层甲烷地质评价中诸如物性、含气量等参数的求取亦需认真对待。     

影响煤层甲烷富集的地质因素

煤层甲烷主要以吸附状态赋存于煤层中，具有完全不同于常规天然气藏的富集因素。煤层是否有利于富集天然气，取决于煤层本身特征，煤层所处的外围环境及地质构造运动。从现有的研究成果看，影响煤层甲烷富集的主要地质因素有：煤的组成，变质程度，煤层的厚度，埋藏深度，埋藏深度（压力）和围岩的封闭性，以及地构造运动等。     

煤层甲烷的特征与富集

煤层甲烷是由煤层自生自储的一类非常规天然气。80％以上呈吸附状态赋在于煤层中。压力是影响煤层甲烷吸附能力的主导因素,对煤层甲烷的勤探应着眼于煤层含气量较高、物性较好的区块。作者提出了评价煤层甲烷开发区的9个条件;同时从煤层的埋藏史阐明了煤层甲烷的富集。     

煤层甲烷——我国能源开发的新领域

指出煤层甲烷是一种潜力巨大的非常规天然气。概述了美、苏、澳等国煤层甲烷的勘探开发现状,介绍了我国煤层甲烷的理论研究和试验开发情无。论述了煤层甲烷的一般属性和影响其勘探开发的地质因素以及开发的特点.说明了煤层甲烷是我国能源开发的新领域。     

甲烷在煤层水中溶解度的实验研究

基于山西沁水盆地不同矿区煤层水样的甲烷溶解度实验,探讨了温度、压力和地层水矿化度及其离子组成对甲烷溶解度的影响。煤层水中的有机质使甲烷的溶解度普遍偏高。低温度、低压力时,矿化度对甲烷溶解度的影响较显著。当地层水离子组成中Ca2+、Mg2+含量高时,甲烷溶解度低。印支期和燕山期温度和压力高,水溶甲烷多,煤层气随水径流逸散量大;而现今温度和压力较低,水溶甲烷少,水径流缓慢,煤层气随水径流逸散量少。     

测井评价煤层天然气的方法

由于煤层天然气藏与常规的砂岩孔隙性气藏或碳酸盐岩裂缝性气藏在储集特性上有较大差别，所以用测井方法评价煤层天然气具有特殊性。论述了煤层的储藏特性及煤层的测井响应。根据煤层矿物成分特征以及煤层对甲烷的吸附特性，讨论了利用测井方法确定煤级，计算煤中固定碳、灰分、挥发分、水分含量以及煤层含气量的方法。探讨如何计算煤层孔隙度和渗透率。     

应用CO2提高煤层甲烷气的采收率

煤层甲烷气(CBM)现已成为美国天然气供应的主要部分.1997年,煤层甲烷气的产量上升为8.212 8×108m3/d,大致占美国总天然气产量的6%.     

煤层甲烷气储量评估的多种技术

煤层内气体生产机理与常规气藏有着明显的差异，因此人们把煤层气看着一种非常规的气体资源。本文叙述了甲烷气在煤层中的储存、释放和流动，气体解吸机理受含水层静水压力的控制。应用本文给出的吸附／解吸等温线可得出每吨煤中含气量与煤层中地下压力的关系。解吸释放的气体通过煤层扩散，扩散作用受斐克定律所控制，最后根据达西定律扩散到煤裂隙内，并与水一起流动。煤层的厚度、解吸等温线、解吸压力、储层静力压力、固有渗透率     

甲烷水合物在煤层中存在的可能性

已有实验证明：在一定的温度下，只要压力合适，有甲烷气源和水，就能合成甲烷水合物，而且多孔介质的存在将有助于水合物的形成。煤是一种多孔介质，在其形成过程中生成了大量的甲烷，并含有大量的水份。受构造应力和地应力的影响，煤层中存在着褶皱、断层等，结构复杂，因而在煤层中存在高应力区，而这种高应力区为甲烷水合物的存在创造了条件，同时，在一些煤与瓦斯突出中，吨煤瓦斯突出量高出吨煤瓦斯含量很多，以致无法解释，更为煤层中的局部地点存在甲烷水合物提供了佐证。因此，推断煤层中可能存在零散分布的甲烷水合物。     

煤层气资源储量评估基础参数研究

煤层甲烷在煤层中有3种赋存状态,即游离态、吸附态和溶解态。煤层甲烷以自由状态存在于煤的割理和其他裂缝孔隙中,可以自由运移,运移的动力是地层水压力和气体浮力。煤层甲烷绝大多数是以吸附状态存在于煤层中,一般可占煤层甲烷总量的70%～95%。天然气在煤层中的储集主要依赖吸附作用,而不依赖于是否有储集气体的常规圈闭存在。煤层中还有一小部分气体以溶解的方式存在于煤层地层水中。这3部分气体构成了煤层气中全部气体总量,理论上计算煤层气储量,应该分别计算相应的气体量。根据煤层气的赋存状态,提出了煤层气资源储量计算参数的确定原则及要求。通过对3种气体富集方式的实际测算,提出了我国目前煤层气资源储量评估的优化方法。     

煤层甲烷气井中煤层的破坏及其后果

对典型的煤层甲烷气井从钻开井眼到生产过程中煤层的破坏及对煤层甲烷气行业的影响进行了综述.因为煤层易碎,会对煤层甲烷气井的钻井、完井和开采产生很大的影响,所产生的后果往往不容忽视.钻井过程中煤层的破坏:例如,Arkoma盆地一般采用水平井完井,但水平井钻井经常受到井壁坍塌的影响,特别是采用欠平衡钻进或钻进压力衰竭煤层时.通过对比不同煤级和不同深度的煤层在钻井过程中的稳定性,说明了煤级和深度等参数在井壁稳定性中的相对重要程度.水力压裂过程中煤层的破坏:在脆煤层中,裂缝周围孔隙压力增加会引起剪切破坏.对给定的原地应力和压裂压力,作出了剪切破坏可能性与煤级的关系图表.当煤剪切破坏后,储层中会采出煤粒,这与室内实验现象一致.煤粒的产生和运移会降低煤层渗透率和裂缝导流能力.但剪切破坏引起的剪膨也会使渗透率增加.生产过程中煤层的破坏:煤层甲烷气井投产后,如果煤层非常脆,井底流压降低会导致煤层破坏(或水平裸眼井段坍塌).借用先进的砂岩地层出砂预测技术,可以预测煤层破坏和煤粒采出的临界生产压差.可以根据煤级、生产压差、压力衰竭程度以及其他参数(如原地应力)等来表征煤岩破坏的可能性.评价煤层在钻井、压裂和开采过程中的破坏可能性与煤级和原地应力的关系,可以减少煤层破坏引起的不利后果.例如,通过降低煤层甲烷气井的生产压差可以防止或延缓脆煤的破坏,减轻微粒对地层和裂缝的堵塞、在井筒内的淤积,以及对泵或压缩机的损害.     

��ų�Ӱ��ú����������Ļ����о�

利用物理学、分子热力学、表面物理化学理论分析了电磁场影响煤层甲烷吸附的机理，为电磁场提高煤层甲烷抽放率提供了理论支持。研究结果表明，影响机理主要包括：热效应及微观上对甲烷分子和煤表面相互作用能的影响，并对电磁场（对煤体产生）的热效应进行了估算，结果表明热效应对于甲烷吸附解吸具有重要的影响，而且由热效应产生热应力引起的应变差异形成孔隙对于甲烷的吸附解吸和运移也有积极的作用。通过对电磁场作用下煤层甲烷的吸附势垒降低量ΔE进行的计算，结果表明，ΔE与电磁场频率和强度基本呈正相关，即电磁场频率和强度越大，吸附势垒减小得越多，越有利于煤层甲烷的解吸。电磁场对煤层甲烷吸附解吸的影响对于煤层甲烷抽放提供了一种新的技术手段，研究其作用机理具有重要的理论和现实意义。     

煤层中甲烷水合物存在可能性探讨

之所以进行此项研究，就是力图使煤层气和瓦斯研究者重视煤层中甲烷水合物的存在，拓展煤层气或天然气水合物研究领域。为此，依据目前形成甲烷或天然气水合物的物质基础和温度压力的最新研究成果，结合煤层气形成及组成、含气煤层条件和煤的孔隙特征，探讨了煤层中甲烷水合物形成的可能性，并对煤层中甲烷水合物的相关问题进行了初步讨论。研究表明：①煤层中存在着甲烷水合物形成的物质、储存和温压条件；②煤的微孔结构和煤层气组成，特别是重烃组分有利于甲烷水合物在煤中的形成；③煤层中不仅存在着吸附态、游离态和溶解态甲烷，而且还存在着固态水合物甲烷；④煤层周围的岩层中也可能存在非常规天然气水合物。煤层气勘探开发和瓦斯防治过程中应重视煤层及其围岩中甲烷水合物的存在，对此还有大量的研究工作要做。     

超破裂压力注气开发煤层甲烷探讨

中国大多数煤层气藏具有低压、低渗、低饱和等特点，采用常规增产改造和降压开发技术难于奏效。文章提出了超破裂压力注气技术开发该类低渗煤层气藏的设想，将一次开采与增产改造、提高采收率紧密结合，在开发初期即实施提高采收率措施。研究表明，煤层甲烷解吸-扩散-渗流过程受多种因素影响，在煤层气开发中，一方面需要提高煤层渗透率，另一方面还必须促进甲烷高效快速解吸。超破裂压力注气开发煤层甲烷的机理主要包括降低甲烷分压诱发甲烷解吸，通过竞争吸附置换解吸甲烷，诱发微裂隙形成和天然裂缝延伸，补充能量，防止裂缝闭合和水相圈闭，降低应力敏感损害。超破裂压力注气方式包括注气吞吐和气驱，注气吞吐适用于单井开发，气驱则要形成注采井网。要针对注气开发煤层气特点，选用合理的注气和完井方式，形成注气开发煤层气配套技术，提高煤层甲烷产量和采收率。     

甲烷在煤岩上的吸附研究

煤岩吸附（解吸）气体的类型主要属于物理吸附（解吸）,通常情况下,可采用Langmuir理论模型计算和评价煤层岩石的吸附（解吸）能力,本文研究煤岩吸附（解吸）甲烷就采用Langmuir理论模型,但这种方法评价煤层的含气量存在一定的缺陷,这是因为Langmuir方程基于恒温,只考虑压力变化对煤岩吸附（解吸）的影响。然而,研究深层煤层的天然气,这些煤层会处于高压和高温的环境中,在这种条件下,煤层的吸附能力不仅取决于煤层压力,还取决于地底煤层的温度。根据实验研究表明,平衡压力的增大对于煤岩吸附气体具有促进作用,而温度的升高会增加气体分子的热运动,使煤岩难以吸附气体,但利于煤岩解吸气体。     

煤层甲烷气藏模拟：发展中的科学

正确确定在煤层甲烷(CBM)气藏模拟中模拟什么难度很大，全文(SPE 84424)论述了全世界煤层资源的利用和开发情况以及煤层甲烷气藏模拟的发展。     

煤层天然气的开采

煤层中的天然气是一种很重要的资源，可以帮助缓解全球不断增长的能源需求。在许多地区，市场条件以及相应技术的进展已经使得开采这一资源成为一种可行的方法。煤层储藏具有独特的特点，在建井、地层评价、完井和压裂液、模拟以及储藏开发等方面都需要采用新的方法。     

水动力压裂加速煤层甲烷气开采

水动力压裂加速开采深层甲烷气是一个复杂的过程。因此，事先做好地层评价很有必要的。     

沁水盆地陷落柱特征及其对气藏的影响

沁水盆地广泛发育岩溶陷落柱,对气藏形成与分布产生了较大影响。为分析其对气藏的影响,通过对陷落柱的形成条件、发育特征及分布规律等方面的研究发现,沁水盆地陷落柱主要形成于喜马拉雅期;在平面上成群集中分布,多为半截柱,直径为100~300 m,大多切穿主煤层的3号煤层;陷落柱内发育了大量破碎带及松散堆积,为煤层及砂岩中的天然气向外运移提供了通道;陷落柱形成并切穿煤层以后,使煤层压力降低,为柱内及附近的煤层气解析提供了条件;陷落柱还沟通了煤系地层上、下相邻的含水层,致使不同地层之间水动力发生联系,使得解析出来的天然气以游离态或伴随地下水循环运移至上覆地层中。因此,除个别情况起到输导作用在浅层形成新的气藏外,陷落柱对煤系地层中的气藏常起到破坏作用,在其周围形成煤系地层含气量低值区,致使天然气中甲烷含量降低,氮气和二氧化碳含量增高,但陷落柱的影响范围较局限。     

对煤层甲烷生,储概念的重新探讨

在煤层甲烷的勘探与开发中,有一些普遍应用的概念需要重新认识,因为近年来获得的新资料表明这些概念不够确切,已导致了对煤层生、储气机理认识的简单化。美国亚拉巴马大学的J. R. Levine博士最近研究了煤化过程中的生烃现象,发现煤化作用中有机质在碳、氢和氧的相对含量上的变化,表现为富氧和富氢产物(包括气和油)的生成与排出,最后留下了富碳残渣(煤)。根据新近获得地球化学数据,可以从以下五个方面重新探讨煤层生、储烃气的基本概念。