阳泉矿区3＃煤层气吸附—放散特性的实验研究

阳泉矿区是全国最大的无烟煤基地,主采煤层3＃煤层富含大量的煤层气,开采过程中煤层气涌出量较大,煤储层吸附－解吸特性是煤层气开放成败的关键因素之一,文章以实验为基础,研究了3＃煤层气的吸附－放散特性,实验表明3＃煤层气吸附过程是一个非常缓慢的过程,需要很长一段时间才能达到吸附平衡;3＃煤层气产气速率主要受裂隙中气体流动的限制,增加裂隙度,提高渗透率是3＃煤层气开发和利用最关键的环节。     

潘庄区块3号煤层煤层气储层特征分析

从煤层、煤岩、煤层含气性、煤孔裂隙特征、煤储层压力及煤的吸附特性等方面对潘庄区块3#煤层气储层特征进行了分析和研究。结果得出:3#煤层含气饱和度以略欠饱和为主,个别地带可见过饱和现象。煤层气地质储量丰度为中等;煤的孔隙度低,孔裂隙被无机矿物质充填现象较甚,彼此连通性较差;煤储层压力较接近正常地层压力系数,为略为欠压状态;煤中具有大量的储集甲烷空间。     

成庄区块3号煤层煤层气储层特征

对成庄区块3号煤层的煤岩特征、含气性、渗透性、煤储层压力及煤的吸附特性等储层参数进行了测试与分析。结果表明,3号煤层厚度大,为煤层气的生成提供了大量的物质基础,煤的高变质进一步提升了煤层气的生气率,使得区内煤层含气量高、煤层气资源储层丰度较好,可为煤层气开发提供较好的资源条件;煤层孔隙度低,孔隙以微孔和过渡孔为主。煤中裂隙主要为微-小裂隙,中裂隙次少见,未见大裂隙和巨型裂隙。煤中孔裂隙常见被无机矿物质充填现象,彼此连通性较差,在一定程度上影响了煤层渗透性,后期可通过人工储层改造措施,提高煤层的增透导流能力;煤层压力状态以略欠压状态为主,其压力正效应有助于煤层气在煤中的吸附保存,但对其煤层气开发排水降压的时间和难度均相对正常压/超压煤层时间长和难度大;煤层的略欠饱和状态,进一步增加了排水降压的难度和影响着煤层气的最终采收率。研究结果,可为区内煤层气开发和矿井瓦斯治理提供可靠技术参数。     

阳泉矿区3煤层煤层气放散特性的实验研究

介绍采用容量法对阳泉矿区3煤层煤层气的放散特性进行实验的结果；同时指出增加裂隙度，提高渗透率是开发3煤层煤层气的最关键环节。     

突出煤层表面裂隙特征与瓦斯吸附/放散特性关系实验研究北大核心

瓦斯吸附、放散特性对于煤与瓦斯突出灾害预测、检验与防治十分重要,且与煤体裂隙结构特征密切相关。选取东曲煤矿2#、4#、8#和9#煤层的煤体试样,利用分形维数表征煤体表面裂隙特征,研究了煤体裂隙分布与瓦斯吸附、放散特性参数之间的关系。结果表明:基于分形理论求解了煤体表面裂隙分布的分形维数,取值范围为1.4~1.5,原生裂隙发育程度为9#煤层>4#煤层>8#煤层>2#煤层;通过瓦斯吸附、放散实验测试分析了煤体等温吸附常数及瓦斯放散初速度,吸附常数a取值范围为34.180~36.920 m3/t,瓦斯放散初速度取值范围为12~18 mmHg,上述参数的大小顺序与分形维数值一致。统计分析了东曲煤矿煤体分形维数与瓦斯吸附、放散特性参数的相关性,结果表明二者呈显著正相关性,分形维数能够表征该煤矿煤体瓦斯吸附与放散的特性与能力。     

晋城矿区胡底区块3号煤层气储层物性特征分析

煤层气储层物性及特征影响着煤层气的生成、储集和产出,文章基于研究区煤层气勘探开发资料、矿井开采资料及参数测试等,对区内重要的3号煤层气储层物性及特征参数进行了详细的分析。研究得出:3号煤层地处甲烷带,煤层含气量、含气饱和度及资源丰度较高,具备良好的煤层气资源潜力;煤中孔裂隙系统相对发育,孔裂隙充填不甚严重,煤层渗透率较高;煤对甲烷吸附能力强、吸附量大、吸附时间较其他煤阶长;煤储层压力多以稍欠压和接近正常压力为主。研究结果可为本区井上下煤层气抽采提供可靠技术参数。     

彬长矿区煤岩孔隙特征的实验研究

为了研究彬长矿区煤岩孔隙特征,采集彬长矿区大佛寺煤矿4#、4#煤层和胡家河煤矿4#煤层样品,通过肉眼挑选出宏观煤岩组分中的镜煤和暗煤,分别进行低温液氮吸附、扫描电镜实验。结果表明,大佛寺井田4#、4#煤层更有利于煤层气资源勘探开发;相对于镜煤而言,暗煤更有利于煤层气资源勘探开发。     

左权宏远矿15~#煤层气储层特征分析

对研究区15#煤层气储层特征进行了分析和研究,结果得出:15#煤层厚度大、含气量高;煤储层压力以略欠饱和为主;煤的孔隙度低,孔隙以微孔和过渡孔为主;煤中裂隙相对发育,但被无机矿物充填较甚,渗透率低;煤对甲烷具有较强的吸附能力、吸附量较大、吸收时间较短。研究结果以期为本区煤层气开发提供可靠技术参数。     

沁水煤田东北部15号煤储层物性及特征研究

基于沁水煤田东北部煤层气开发资料,采用煤层气地质理论和数理统计方法,对研究区15号煤储层物性及特征进行了分析。结果表明,煤层的稳定可采性,为煤层气开发的提供了良好储层条件。煤的高变质及差异,使得煤岩类型及组分有所不同|煤层高含气量,为煤层气开发提供了良好气源条件。欠压煤储层,使得煤层气的压力吸附正效应、驱动煤层气产出的动能均较弱且煤层含气饱和度较低,不利于煤层气井的高产、稳产和采收率的提高|煤中孔裂隙较发育,但连通性差。过渡孔高度发育,为煤层气储集提供了有利空间。小-微型裂隙发育,但充填较严重,煤层渗透率较低|吸附时间较长,不利于煤层气井高产和缩短煤层气开发周期。     

沁水盆地郑庄区块3~#煤层裂隙发育情况预测

查明郑庄区块3#煤层裂隙发育情况是优化煤层气井位部署、提高煤层气井产能的重要保障。以郑庄区块3#煤层压裂资料为基础,根据水力压裂测量地应力原理得出该煤层最大、最小主应力,建立了煤层有效应力数学模型,得出煤层平均有效应力分布特征;根据不同煤体结构具有不同的测井响应特征,结合郑庄区块测井数据,对煤层进行统计分析,查明了煤层煤体变形特征;以煤层有效应力和煤体变形特征为评价指标,建立了3#煤层裂隙发育情况评价体系,并对裂隙发育情况进行了预测,现场测试结果与预测结果基本吻合。     

黔西织纳煤田少普矿区16号煤煤层气富集的地质控制因素

从构造、煤层厚度、煤层埋深和水文地质条件4个方面探讨了少普井田16号煤煤层气富集的地质控制规律。结果表明：现今煤层含气量的分布规律体现出褶皱控气的特征,其含气性在不同褶曲部位有所不同;煤层气含量受煤层厚度和煤层埋深的的影响也比较明显,煤层厚度与含气量、煤层埋深与含气量均呈现出一定的正相关性;同时,矿区地下水条件对煤层气也具有良好的封闭作用。通过配置分析各地质因素表明：矿区中部区块地质构造发育、煤层厚度大、埋藏深度大、地下水动力弱有利于煤层气的富集。     

煤矿深部开采瓦斯压力计算的解析算法

在考虑地应力和地温影响的基础上,提出了煤层瓦斯渗透率ｋ（,θ）与平均应力和地温的关系及一维稳定流动的瓦斯渗流方程,并根据煤层在地表有无露头和通道的情况,导出了煤层瓦斯压力计算分析的解析式．现场实测和理论计算的比较分析表明,该算法能较准确反映实测结果,并从理论上进一步完善了煤层瓦斯压力的计算方法,对煤矿深部开采煤层瓦斯压力和含量的预测以及渗流场的分析具有重要意义．     

基于吸附势理论的深部煤储层吸附气量研究

为了揭示深部煤储层煤吸附特性,量化表征煤储层吸附气量,以鄂尔多斯盆地东缘石炭—二叠系煤为研究对象,通过高温高压条件下煤的等温吸附实验研究,从煤级、温度及压力的角度解读高温高压条件下煤吸附特征。基于吸附势理论,建立了不同煤级煤的吸附特征曲线及吸附气量预测模型。应用预测模型对临兴地区石炭系8+9号煤层吸附气量进行了计算,结果表明:深部煤储层吸附气量受煤级、压力、温度的综合控制,煤级在0.77%~2.18%,即气煤—贫煤阶段,煤级和压力对煤吸附能力显示正效应、温度起负效应,且随着压力增大温度的负效应更为显著。不同煤级对应的煤吸附甲烷特征曲线不同,煤级越高则吸附势随吸附空间增大而减小的速度越缓慢。计算的绝对吸附量为19.6~31.1 cm~3/g,含气饱和度为37.8%~78.8%。     

煤层气井水力压裂液氮伴注与CO2驱替技术研究

在我国煤层气的开发中普遍面临煤层具有的低压、低渗、低饱和度等自然属性问题,针对此问题,提出利用液态气体伴注辅助水力压裂改造煤层技术。文章阐述了液氮伴注技术提高煤层临界解吸压力机理和CO2驱替煤层甲烷机理,结合芦岭煤矿地面煤层气工业试验,进行了液氮伴注辅助水利压裂、液态CO2驱替煤层甲烷试验以及效果分析。结果表明:注入液氮后氮气分子会挤占煤层甲烷分子的空间,为甲烷气体提供外部能量,同时能够降低煤层甲烷分子分压,提高其临界解吸压力,促使煤层更快的解吸出甲烷气体,提高产气量,试验2号井,达到产气峰值3145.2m^3/d仅用190d,稳产期平均产气量为1400m^3/d;CO2具有的强吸附性能够与吸附态煤层甲烷发生置换作用,促使煤层甲烷更快的由吸附态变为游离态,实现煤层甲烷大量解吸的效果,同时CO2在等压条件下还能够降低游离甲烷分压,进一步提高产气量,试验3号井,实际/理论临界解吸压力比值为3.29,达到产气峰值3351.9m^3/d仅用了124d,稳产期平均产气量为800m^3/d。对比可知:液氮伴注技术优势明显,且在后续煤矿工作面回采过程中无新的CO2突出风险。     

山西保德中低阶煤层气地质特征

通过对钻井岩心及地化进行分析,揭示了山西保德地区煤层气地质特征。山西保德煤层厚度较大（5～10 m）,埋藏较浅（450～700 m）,为高发热量低阶煤层（30.98 MJ/kg）。其分布稳定,有机质成分高（60.2%～92.7%）,变质程度低（Ro为0.55%～0.88%）,硫含量较低0.24%～1.73%,应用安全性较高,抗碎强度大（80.1%～86.0%）,不易破碎,便于压裂开采。煤层孔隙度大、渗透率高,易形成游离气的运移和聚集。煤层地处地下水径流区,地下水渗流具有侧向封堵性能,封闭性的逆断层对煤层气也具有良好的封堵作用。其构造简单,顶底板均为砂质泥岩与泥岩,封堵条件好。实验室测试,煤层吸附能力很强（3.79～14.27 m³/t）,并随埋深增强。其含气饱和度较大（10.67%～85.94%）,具有随埋深增强的趋势。储层压力较大（2.09～2.96 MPa）,具有富集成藏的良好条件。实践开采显示,8煤层含气量为0.48～7.856 m³/t,自上而下逐步增大,且甲烷含量高（18.29%～95.47%）;11煤层含气量为0.44～4.67 m³/t,自上而下逐步增加,甲烷含量高（1.24%～93.29%）。目前2层合并开采后稳定日产3 000 m³,具有工业开采价值,可在该区加大勘探开发力度。     

碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂煤层气高效抽采模式

碎软低渗煤层的煤层气高效抽采一直是制约我国煤层气产业化发展和煤矿瓦斯灾害防治的技术瓶颈。以安徽淮北矿区芦岭煤矿8号碎软低渗煤层为研究对象,通过开展现场调研、分析测试、理论分析、水力压裂物理模拟和数值模拟等工作,提出了碎软低渗煤层的煤层气顶板岩层水平井分段压裂高效抽采模式,揭示了该模式下水力压裂裂缝的扩展延伸规律及控制机理,构建了该模式实施的主要工艺流程。研究结果表明:顶板岩层相对脆性、裂缝扩展压力较高,碎软煤层相对塑性、裂缝扩展压力低。在顶板岩层水平井进行套管射孔和水力压裂,顶板岩层中产生的压裂裂缝,在垂向上向下扩展伸延并穿入碎软煤层;同时在水平方向上也快速扩展延伸,由此产生的牵引作用撕裂下部碎软煤层形成较长的压裂裂缝。数值模拟结果显示,在给定的压裂施工参数条件下,顶板岩层中压裂在碎软煤层中形成的压裂裂缝长度,是直接在碎软煤层中压裂形成的压裂裂缝长度的6.7倍。碎软煤层和顶板岩层中形成的这些压裂裂缝在后续加砂压裂过程中被充填,成为煤层气从下部煤层向顶板岩层水平井运移的导流通道。显然,采用这种抽采模式,碎软低渗煤层可以获得良好的压裂改造效果。研究成果应用于淮北矿区芦岭煤矿煤层气顶板岩层水平井抽采示范工程,取得了很好的产气效果,水平井单井曾连续3,6,12个月平均日产气量分别为10 358,9 039,7 921 m3,截至2017-11-16,已累计产气500万m3,日产气量仍在3 200 m3以上,创造了我国碎软低渗煤层的煤层气水平井气产量的新记录。     

大阳煤矿3~#煤层综放开采可行性研究

分析了大阳煤矿的开采现状和问题,就该矿3＃煤层综放开采的可行性进行了煤层厚度、煤层硬度等6个方面的分析,认为该煤层进行综放开采是可行的,在工作面设备选型方面实现了小型化和轻型化,指出了改善顶煤冒放性、提高顶煤回采率和瓦斯防治是该矿进行综放开采的技术关键,并提出了相应的技术措施。     

对江南煤矿井上下立体化抽采工艺分析

为了解决对江南煤矿“先抽后建”以及煤与煤层气协调开发的问题,根据对江南煤矿采掘部署以及首采煤层M78煤体结构好、气含量高、渗透性较好的特点,对首采面提出了地面水平井和丛式井相结合的方式进行高效地面预抽瓦斯,而对较晚开采的备用面和准备面采用丛式井地面预抽方式。模拟显示,地面抽采5年后,首采面M78煤层瓦斯有了大幅度降低,最高降低幅度超过50%。在地面预抽后井下采用底板排水巷定向长钻孔抽采技术,实现井上下立体化抽采。该工艺降低了煤矿瓦斯治理投资,提高了煤炭安全生产的效率,同时可充分有效地利用煤层气资源。     

三软突出煤层工作面区域预测方法研究

准确评价回采工作面的突出危险性,并对工作面进行突出危险区域划分,是实现矿井突出分级管理的前提,是矿井突出综合防治的关键技术环节。针对三软突出煤层瓦斯含量高、构造煤普遍发育和煤层厚度变化大的特点,提出了以煤层瓦斯含量、煤层厚度变化作为区域预测指标进行工作面瓦斯预测,并确定了该预测指标的临界值,为有效制订防突措施、提高安全经济效益提供技术依据。以新安矿11221工作面为例,利用选取的预测指标,进行了工作面的瓦斯突出区域预测。