注气驱替煤层气作用机理的探讨

阐述了煤对气体单分子层吸附与多分子层吸附理论，将煤层对不同气体吸附进行比较，得出煤对不同气体吸附能力强弱，并阐述了注气驱替煤层气作用原理及其优点，从而证明了注气驱替煤层气的可行性。     

注气驱替机理研究现状及展望

注气驱替因其安全环保性成为近年来解决低渗煤层瓦斯抽采问题的主要方法之一。将注气驱替机理总结为3种,即气体的置换作用、驱赶作用及支承作用,分析了注气压力、气体种类、温度等因素对3种作用的影响;认为在3种作用中驱赶作用起主导作用,主要通过压力势差来强化抽采,区别于其他压裂方式强化抽采。总结了目前注气驱替技术的研究进展,对相关重点和难点进行归纳,认为大多实验是以单变量研究为主,考虑复合影响因素共同作用的研究较少。最后在目前注气驱替技术的运用基础上,从液氮致裂—注气驱替联合增产技术、智能化注气驱替技术、高温气体注气驱替技术3个方面展望未来注气驱替技术的运用。     

温度场对注气驱替煤层气运移影响的数值分析

根据热弹性力学、对流弥散理论和多孔介质热力学原理,建立了包含煤的变形方程、气体运移方程、热传导的注气驱替热-流-固多物理场全耦合数学模型,求解耦合模型,研究温度场对注气驱替开采煤层气运移过程的影响。结果表明:煤层温度升高可以促进煤层气解吸,加速煤层气产出。研究成果可为注气驱替开采煤层气工程实践提供相应的理论基础,对深部开采高瓦斯矿井时施行先抽后采技术具有借鉴意义。     

我国注气驱替煤层瓦斯技术应用现状与展望

注气驱替煤层瓦斯技术的应用可以显著提高煤层瓦斯采收率,并具有环保性。基于国内外注气驱替煤层瓦斯发展状况及主要机理,从注气位置(地面和地下)、注气模式(自然涌出、负压抽采、只注不抽、边注边抽和间歇注气等)和注入气体种类(纯CO_2、纯N_2和混合气体等)等三个方面对比分析了我国注气驱替煤层瓦斯技术的应用现状。最后,结合注气驱替煤层瓦斯现阶段的发展现状,从低煤阶煤层气注气技术、多储层联合开采注气技术、深部煤层气注气技术、新型气体注气技术和多措施联合注气技术等五个方面对注气驱替煤层瓦斯技术进行了展望。     

注热CO_2驱替增产煤层气试验研究

当前煤变质程度高、割理不发育及煤储层压力低等因素严重制约着我国煤层气的开采与利用。为完善注CO_2驱替增产煤层气的基础理论研究,利用自主研发的煤层瓦斯驱替装置探讨了不同注气温度与注气压力条件下CO_2对煤层瓦斯驱替置换的效果,并分析了注气温度与压力对煤体的变形与渗透率的影响。研究发现:驱替气体注气压力与温度是影响CH_4产出率与CO_2储存量的关键因素,提高注气温度与注气压力能够在单位时间内驱替出更多的CH_4并存储更多的CO_2;注气压力由2 MPa增至4 MPa,CH_4产出率可提高6.7%~17.4%,CO_2储存量可提高78.60/%~99.7%;注气气体温度从28℃上升至60℃,CH4_产出率与CO_2储存量分别增加40.0%~43.8%和23.8%~38.4%,而驱替置换比降低8.4%~20.2%;驱替压力与温度的增加会使得煤体轴向应变增加98.1%和104.7%;常温注气试验后煤体渗透性下降37.1%~71.3%,提高驱替温度可使渗透率下降幅度降低19.8%~64.3%。     

驱替置换煤层甲烷的注气影响半径及其在不同方向上的差异性

注气置换驱替煤层甲烷是煤层强化预抽的一种新理念,并在阳泉矿区试验成功。采用实测法测定了石港煤矿15#煤层注气驱替置换煤层甲烷影响半径,发现注气影响半径在煤层的层理方向和垂直层理方向上存在差异性,并对此进行了分析,提出布孔建议以避免驱替置换盲区,更好地实现煤层消突。     

煤层气井注氮驱替增产改造技术

本文主要针对樊庄区块中部煤层气井生产特点,选取有高产井史、远离断层、煤矿、井网相对完善的煤层气井区开展注氮增产试验,探索出一套煤层气井注氮增产改造技术,通过向煤层中注入氮气来降低游离气体中的甲烷分压,从而促使甲烷从煤层中的解吸,增加甲烷的产气,实现煤层气高效开发的目的.结果表明:选取的樊庄中部地区的HB-X1井组、HB...     

提高煤层气采收率途径的探讨

在概述国内外煤层气开发现状的基础上，着重介绍了水力压裂和注气驱替以提高煤层气采收率的新方法，对加快煤层气开发具有十分重要的现实意义。     

二氧化碳驱替煤层甲烷的试验研究

煤层甲烷的持续抽采会导致煤层甲烷压力的下降。向煤层中注入二氧化碳,可以提高煤层孔隙压力,驱替煤层甲烷。为研究二氧化碳驱替煤层甲烷的可行性,在实验室进行了二氧化碳驱替煤层甲烷的研究。通过研究发现,驱替排采的甲烷产出率明显优于自然排采。因此,可以采用二氧化碳驱替煤层甲烷的方法提高甲烷抽采率。驱替排采对完整煤样和破碎煤样甲烷产出效率的影响不同,破碎煤样的驱替速度较快,而完整煤样的驱替效率较高。因此,在利用二氧化碳驱替不同煤体的甲烷时,要选择合理的驱替方案。     

塔河油田缝洞型油藏注气提高采收率机理研究（增刊）

自2012年塔河油田开展了单井注氮气矿场试验,并取得了较好的效果。但是注气提高采收率的机理不清。通过调研,世界范围内注气提高采收率通常采用二氧化碳气体。在高温高压条件下进行了物理实验,结合理论计算,对二氧化碳及氮气在塔河油田条件下的最小混相压力,在原油中的溶解度,对原油密度、粘度的影响,以及在原油中的体积膨胀系数等进行了深入研究。由此得出了注入二氧化碳及氮气提高塔河油田缝洞型油藏采收率的机理。在塔河油田重质油条件下,二氧化碳/氮气与原油均不会发生混相。二氧化碳在原油中的溶解度大,对原油密度的改变作用更大,对原油的降粘作用更明显。因此,二氧化碳可以改善原油流动性,扩大波及体积。但是,氮气在原油中的混相压力更高,更容易形成气顶,对油水的重力分异能力强。     

注气驱替煤层瓦斯时效特性影响因素分析

为了分析注气驱替煤层瓦斯时效特性的影响因素,建立了注N2驱替煤层瓦斯的数学模型,采用COMSOL Multiphysics软件模拟了注气压力、抽采负压和注气时间对注气驱替煤层瓦斯时效特性的影响,研究了不同条件下煤层瓦斯含量和消突周期的变化规律,结果表明:注气压力越大,瓦斯含量下降越快,消突周期越短,合理的注气压力为0.5 MPa;抽采负压对其时效特性的影响不大,合理的抽采负压为5～13 kPa;煤层瓦斯含量随着注气时间的增加逐渐下降,注气孔附近为注气驱替煤层瓦斯的薄弱区域.在石港公司进行注气驱替煤层瓦斯现场试验,通过与数值模拟结果的对比得出:在相同的条件下,实测的瓦斯含量总是略小于模拟结果,并对造成这种差异性的原因进行了分析.     

孟津煤矿二_1煤煤层气地质条件分析

在分析孟津煤矿二1煤煤层展布、煤层气储层、埋藏的特征,以及构造特征的基础上,对该区的煤层气赋存条件进行深入研究。分析认为研究区二1煤煤储层条件、埋深及构造条件利于煤层气赋存,并提出本区煤层气开发不利条件,以及可能的解决办法,为该区煤层气开发提供科学依据。     

煤层气储层水锁损害机理及防水锁剂的研究

水锁效应是造成煤层气储层损害的主要因素之一,研究其水锁损害机理和防水锁技术有利于保护煤层气储层,从而提高煤层气采收率。以山西沁水盆地3号煤样为研究对象,实验研究了外来流体侵入对煤层气解吸时间和渗透率的影响。结果表明,外来流体侵入延长煤层气解吸时间和降低渗透率,随着含水率上升,煤层气解吸时间延长和渗透率降低。在此基础上进行了防水锁剂的研究,优选出了防水锁剂FSSJ,并对其性能进行了评价。结果表明,FSSJ起泡性弱、降低表面张力、增大接触角、降低煤芯自吸水量、减少煤层气储层水锁损害,具有较好的防水锁效果。煤层气储层水锁损害应具备自然条件、物质条件以及压力条件。     

煤与瓦斯突出机理和防治研究

近几年来,随着煤矿矿井开采深度、强度的增大,矿井瓦斯涌出量,瓦斯突出危险性增加,瓦斯涌出呈不规律性,给煤矿安全生产带来很大的威胁。本文首先从煤与瓦斯突出的机理谈起,重点论述煤与瓦斯突出的防治,为煤矿的安全生产提供重要的理论支持。     

煤系地层注入CO2开采煤层气质交换的机理

论述了注CO2开采煤层气质交换机理和煤系地层封存CO2意义,建立了注CO2开采煤层气的物理数学模型。采用饱和食盐水集气方法测定了表征解吸阻力大小的综合参数--综合传质系数α随浓度、煤变质程度、放散时间的变化规律。试验结果表明：α随煤粒吸附基质浓度的增大而增大;变质程度相同时,CH4的α随时间的衰减较CO2的α随时间的衰减慢;基质浓度相同时,煤变质程度越高,α越小,且对不同变质程度的煤岩,CH4的α大于CO2的α,即不同变质程度的煤岩对CO2的吸附能力都大于CH4。说明注气增加储层压力促进气体解吸置换,各种煤岩对CH4的解吸量大于对CO2的解吸量这一现象与煤的变质程度无关。因此,在不同变质程度煤层,甚至煤系地层中,注气开采煤层气与储存CO2技术在理论上都是可行的。     

Effect of gas content and actual stresses on coalbed permeability

The analytical review covers the key factors that influence permeability of a coalbed under mining-induced alteration of stress state. The authors put forward an analytical relation between coal permeability, stresses and adsorbed gas to define parameters of gas leakage zone parameters and laws of mass transfer. The analytically derived relation is compared with the known model of coal structure and with the experimental results. The proposed model of coalbed permeability allows mechanism of leakage and localization of seepage zones in coal provided that the model parameters are properly selected or found experimentally.     

考虑时效影响的深部煤层瓦斯运移特性

为了考虑长期抽采过程中时间效应对煤体渗透率的影响,结合平均有效应力建立了时间效应和气体解吸效应耦合作用下的深部煤体孔隙率及渗透率演化模型。运用COMSOL Multiphysics对钻孔周围瓦斯运移过程进行了定量计算,结合现场数据对是否考虑时间效应的瓦斯渗流场变化规律进行了对比分析,并对长期抽采过程中深部煤层瓦斯运移规律进行了模拟分析。结果表明:煤层渗透率随瓦斯压力的下降呈指数型上升趋势;考虑时间效应的孔隙率、渗透率模拟结果明显小于未考虑时间效应模型的结果,且随着抽采时间的增长,蠕变本构中的黏弹性元件使得煤体更为致密,深部煤层的时间效应越发明显,考虑时间效应的孔隙率、渗透率模拟结果与未考虑时间效应的结果差值逐渐增大;考虑时间效应的模拟结果与现场数据匹配度较高,更符合深部煤层孔隙率和渗透率的实际演化特征。在同一抽采时刻,随着距钻孔中心距离的减小,渗透率呈现升高的趋势,压力呈现降低的趋势,当模拟抽采时间为1 d时,临近钻孔中心处渗透率较大、瓦斯压力较小;在不同抽采时刻,当抽采时间逐渐增长时,相同位置处的渗透率逐渐增大,瓦斯压力逐渐减小,当抽采时间由1 d增至30 d时,临近钻孔中心处的渗透率增长近1. 4倍,瓦斯压力降低近3. 8倍,且模型内渗透率与瓦斯压力的演化趋于平衡状态。     

Status of research on biogenic coalbed gas generation mechanisms

Biogenic coalbed gas,how it is generated and the geochemical characteristics of the gas are gaining global attention.The ways coalbed gas is generated,the status of research on the generation mechanism and the methods of differentiating between biogenic gasses are discussed.The generation of biogenic coalbed methane is consistent with anaerobic fermentation theory.Commercial biogenic coalbed gas reservoirs are mainly generated by the process of CO2 reduction.The substrates used by the microbes living in the...     

常村矿煤层气井产水/产气曲线类型及其成因分析

煤层气井的产水、产气曲线形态是地质储层潜力及排采工作制度的合理与否的综合反映。根据常村矿33口煤层气井的日产水量、日产气量曲线形态,结合波动性指数判别方法,划分出5种典型的产水/产气曲线类型。从储层资源产气潜力、围岩水补给情况和排采工作制度等方面分析得出了典型产水/产气曲线类型的成因。结果表明：常村矿煤层气井排采曲线可划分为单峰产水+稳定产气型、双峰产水+双峰产气型、双峰产水+稳定产气型、稳定产水+单峰产气型、稳定产水+稳定产气型等类型。当围岩水几乎无补给或补给较少且资源潜力较大且排采工作制度合理时,一般表现出稳定产气+单峰产水型;排采制度不合理时,容易出现稳定产气+双峰产水曲线。当围岩水补给较多且资源潜力较小时,一般表现为稳定产水+单峰产气型;资源潜力一般或较大时,表现为稳定产水+稳定产气型。当围岩水补给小、资源潜力一般且排采工作制度不合理时,容易表现出双峰产水+双峰产气型。该研究成果为煤层气井不同储层地质条件下排采工作制度优化奠定了基础。     

四川省煤层气(煤矿瓦斯)开发利用现状及前景分析

四川省煤层气资源丰富（资源量3480×108m^3）,具有良好的开发潜力。由于技术和经济等多方面原因,四川省煤层气开发利用相对落后。目前煤层气开发利用主要以井下瓦斯抽放为主,地面钻井处于探索阶段。因此,四川省煤层气开发利用应开展重点井田煤层气资源勘查与评价,着力建设地面抽采煤层气的小井网示范工程,并加大矿井煤层气开发利用项目的投入。