煤层气中甲烷δ^13C值偏轻的机理探讨

文中列出了５１个典型煤层气样品的甲烷δ＾１３Ｃ值测试数据，系统地分析了煤层气甲烷稳定碳同位素组成特征，深入探讨了甲烷δ＾１３Ｃ值偏轻的原因。     

中国煤层甲烷稳定碳同位素分布与成因探讨

在系统总结我国煤怪甲烷稳定碳同位素的地域 、地域和煤级分布特征的基础上,对其成因进行了探讨。研究表明：我国煤层气稳定碳同位素具有分布范围广、同位组成偏轻的总体特点,在进入无烟煤阶段之后煤怪甲烷б＾１３Ｃ１开始迫近或落入腐殖型常规天然气甲烷稳定同位素分布范畴,煤层一次脱气的б＾１３Ｃ１轻于二次脱气;我国大部分地区中一高煤级煤支中现存煤层气碳位素分布要受控于热动力学机制之下的同位素分异,解吸一扩散－运     

热解煤成甲烷碳同位素演化及其动力学研究

采用高温高压封闭体系和不同升温速率的实验条件,选用具有不同显微组成和演化程度的煤岩及原始成煤物质泥炭进行了热模拟实验,研究了热解煤层气甲烷碳同位素的演化和沁水盆地煤层气碳同位素动力学特征,发现热解煤层气甲烷碳同位素组成及演化与煤岩的性质和煤化程度、源岩初始演化程度、升温速率等因素密切相关,提出了热解煤层气甲烷碳同位素组成与lg(Ro)之间的关系式,确定了沁水盆地上古生界煤岩生成的甲烷碳同位素演化史及煤层气成因.结果表明:煤岩的初始演化程度低、壳质组含量高、升温速率高的条件下,形成的煤层气碳同位素组成比较轻.样品在不同升温速率形成的热解煤层气甲烷碳同位素组成与lg(Ro)具有良好的正相关关系.沁水盆地上古生界煤岩生成的甲烷碳同位素演化史是随着煤岩的埋藏史,阳城地区太原组、山西组和泥炭热解煤层气甲烷碳同位素基本保持了持续变重的趋势,并且在早白垩世(K1)末都达到最重,之后甲烷碳同位素基本保持不变.首次对成煤物质泥炭进行了碳同位素动力学实验模拟,与煤岩的碳同位素动力学特征进行了对比,表明了泥炭比煤岩具有更轻的碳同位素.将沁水盆地阳城地区二叠系自然煤层气样品的甲烷碳同位素组成与碳同位素动力学研究获得的资料比较研究发现,阳城地区煤层气甲烷碳同位素组成与K1演化至今的煤层气甲烷碳同位素值相近,反映了阳城地区煤层气具有"阶段聚气"的特征.从而反映了甲烷碳同位素动力学是研究煤层气成因的有效方法.     

煤层气的成因及地球化学特征

煤层气有两种基本成因类型：生物成因和热成因．而生物成因气据其形成阶段又可分为早期生物成因气和晚期生物成因气．现今储存在煤层中的气体是由上述各类成因气体混合而成的,其成分及同位素特征一方面取决于煤级（埋深／温度）和煤岩成分等原生因素,另一方面受煤层后期抬升引起的气体解析—扩散及晚期生物成因气的形成等次生因素的影响．次生因素迭加在原生因素之上,导致了煤层气独特的地球化学特征．     

晋城和昌吉地区煤层甲烷碳同位素分馏特征对比分析

为了探讨煤层甲烷碳同位素分馏特征,采集晋城和昌吉地区样品进行了罐装解吸实验.结果表明,晋城地区煤样解吸气体δ13C1随时间增加逐渐变重;昌吉地区煤样解吸气体δ13C1随时间增加先轻后重,后者是由于取心操作及煤样解吸过程中的基质收缩变形破坏了煤体原生结构,从而对正常的同位素分馏效应产生了影响.晋城地区煤样解吸气体的同位素分馏效果比昌吉地区的明显,孔隙结构差异是一个主要影响因素.罐装煤样气体解吸半量时间点所取气样的同位素值能代表全部解吸气体的同位素平均值,对于昌吉地区煤样,应先剔除异常数据点,然后再对实验数据进行分析.由于压裂裂缝的存在影响了煤层甲烷碳同位素的分馏效果,使得开采初期井口气样δ13C1的变化规律不明显.     

鄂尔多斯盆地东缘煤层气中氮气的地球化学研究

氮气(N2)作为煤层气的重要成分,其地球化学特征对煤层气勘探与开发具有一定的指导意义.以鄂尔多斯盆地东缘地区煤层气为研究对象,对煤层气中N2的地球化学特征、影响因素及成因进行分析和探讨.鄂尔多斯盆地东缘煤层气中N2的体积分数较低,平均为3.33％,含气量平均值为0.119 m3/t,δ15 N平均为+4.470‰.煤化程度对煤层气中N2的地球化学特征有显著影响.鄂尔多斯盆地东缘由北向南(保德地区—柳林-三交地区—韩城地区),煤化程度逐渐升高,相应煤层气中N2的含气量呈现逐渐升高的趋势,这主要是煤化过程中N2不断生成并积累所致;N2的体积分数呈现先降低后增高的趋势,这是因为柳林-三交地区在早白垩世经受岩浆的烘烤作用,导致该区煤层气中N2体积分数偏低而CH4体积分数偏高;氮气的同位素组成具有先变轻后变重的趋势,岩浆活动引发的烘烤作用及岩浆源N2的混入导致柳林-三交地区煤层气中氮气同位素组成偏轻.鄂尔多斯盆地东缘煤层气中N2属于热氨化-热裂解混合成因,其中柳林-三交地区由于受岩浆的烘烤作用,煤层气中N2兼具岩浆源N2的特征.     

是“瓦斯”？是“沼气”？是“煤层气”？还是“甲烷”？

由于这一组名词在现实生活中运用得也很广,在全国科技名词委出版的《煤炭科学名词》中得以体现。甲烷（methane）是单一气体化合物,是一个重要的化学词。凡是能够确定是专指甲烷的场合,就不要用＂瓦斯＂或＂沼气＂。沼气（marsh gas）这个词在农村能源和生物化工行业,以至日常用语中使用很广泛。甲烷来源于沼气。沼气和甲烷不是同义词,甲烷是单一气体,沼气是混合气体。     

煤层气的赋存运移机理及产出特征

煤层气是储集在煤层中的非常规天然气.煤层中发育有微孔隙系统和裂隙系统,煤层气主要以物理吸附的形式赋存于煤的内表面上,当压力降低时,煤层气发生解吸、扩散和渗流,最后由井筒中产出.了解煤层气的赋存、运移机理及产出特征,对进行煤层气的可采性评价十分重要.     

非预混甲烷湍流扩散火焰中碳烟生成的模拟研究

采用FLUENT软件并基于详细化学反应机理和RANS-PBE-PDF碳烟模型对非预混湍流扩散火焰中碳烟的生成进行数值模拟,研究分形维数取不同数值对碳烟生成的影响.结果表明,随着分形维数增大,碳烟凝结体尺度、碳烟体积分数和碳烟颗粒凝结频率减小;随着克努德森数的增大,碳烟的凝结频率减小;通过与实验数据对比验证了基于RANS-PBE-PDF碳烟模型的模拟数据的准确性,并得出碳烟凝结体的最终分形维数接近于1.8的结论.     

超短半径水平井开采煤层气的探讨

超短半径径向钻井系统可以在0.3 m半径的立井井段中,完成从垂直转向水平,保证水平井准确进入目的层,并采用高压水射流破岩形成水平井眼,解决了常规钻水平井技术所遇到的施加钻压困难和钻杆旋转所带来的一系列问题,减少了井下事故的发生并提高了钻井速度.本文通过对超短半径径向钻井系统的基本原理和施工方法的详细介绍,试图把超短半径径向钻井系统这项先进技术作为一个新的技术手段引入煤层气开采中来,以提高煤层气的采出率.     

绒囊钻井液在煤层气延3U1-P井的应用

煤层气延3U1-P井属于排采井,在三开钻井施工中,选用绒囊钻井液在煤层段水平钻进,通过加入成核剂、成膜剂、囊层剂、绒毛剂等形成绒囊钻井液体系,保持钻井液较低的密度,保持井壁稳定、保护煤层,满足了钻井需要和井下安全、保证无掉块垮塌等现象。     

液态水对煤吸附甲烷影响的机理分析

为了研究液态水对煤吸附甲烷影响的机理,进行了不同煤级干燥煤样、平衡水煤样和注水煤样等温吸附实验,基于分子间作用力对液态水影响机理进行分析,并用维里方程拟合等温吸附实验结果来验证.结果表明,煤基质的润湿程度是液态水影响煤吸附甲烷的主要因素.干燥煤样中煤与甲烷分子间作用力远大于甲烷分子间作用力,第二维里系数较低,吸附能力强;平衡水煤样中煤与水分子氢键能高于范德华力,气态水分子竞争吸附,第二维里系数偏高,煤基质吸附能力弱;注水煤样中煤与甲烷分子之间长程作用力和甲烷与水分子之间短程作用力之和较小,与甲烷分子间作用力相当,第二维里系数最高,煤基质吸附能力很低.煤级增高,煤基质表面极性及其润湿程度降低,第二维里系数随之降低.     

超短半径水平井开采煤层气的探讨

超短半径径向钻井系统可以在0 3m半径的立井井段中,完成从垂直转向水平,保证水平井准确进入目的层,并采用高压水射流破岩形成水平井眼,解决了常规钻水平井技术所遇到的施加钻压困难和钻杆旋转所带来的一系列问题,减少了井下事故的发生并提高了钻井速度.本文通过对超短半径径向钻井系统的基本原理和施工方法的详细介绍,试图把超短半径径向钻井系统这项先进技术作为一个新的技术手段引入煤层气开采中来,以提高煤层气的采出率.     

樊庄区块构造对煤层气井产能的控制机理

沁水盆地南部樊庄区块属于中高阶煤煤层气田,樊庄区块内煤层气井产能受多种地质条件的影响有很大差别.为了查明煤层气富集高渗的构造主控因素及其变化规律,在总结樊庄区块3#煤层构造分布规律基础上,结合煤层气井排采资料,建立了樊庄区块3#煤层背向斜构造、断层构造与煤层气井产能的关系模型,划分出区块尺度煤层气富集高渗区,提出了构造对煤层气井产能的控制作用及机理.研究结果表明:1)樊庄区块3#煤层高产井的构造位置分布于局部复向斜构造轴部及其翼部上次级背斜的翼部以及无明显断距的断层附近;中产井的构造位置主要分布于局部复向斜构造轴部及其翼部上次级向斜轴部,局部复向斜构造轴部及其翼部上次级背斜轴部;低产井构造位置主要分布于远离局部复向斜构造轴部的向斜翼部处以及有明显断距的断层附近;2)局部复向斜构造轴部及其翼部发育的次级背斜翼部应是全区最为有利的勘探开发区,为富气高渗区.靠近断距较小的断层附近由于断层破坏不明显使得断层附近含气量中等而渗透性较好,为中等气高渗区.次级背斜轴部位置为贫气高渗区,次级向斜轴部是富气低渗区.远离局部复向斜构造轴部的向斜翼部处为贫气区,断距较大的断层附近为贫气高渗区.     

丁腈橡胶在变压器油中产生甲烷的机理及消除方法

丁腈橡胶在浸油变压器中存在甲烷产气现象,为此,模拟丁腈橡胶在浸油变压器中的工作环境,对丁腈橡胶进行不同时间的热油老化试验,研究甲烷的形成机理.采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外转换光谱(FTIR)和气相色谱(GC)等测试方法研究了丁腈橡胶在变压器油中热油老化后组织形貌的变化、产气情况以及分子链结构.结果表明,经热油老化后丁腈橡胶的组织结构受到严重破坏,甲烷形成的原因主要来自于丁腈橡胶中添加的一种防老化剂RD(1,2-二氢-2,2,4-三甲基喹啉的均聚物),其分子结构中的甲基容易在热油老化过程中脱落并与油中的氢自由基反应形成甲烷;停止RD的使用能够有效控制丁腈橡胶中甲烷气体的产生.     

燃煤烟尘和机动车尾气中PAHs分子化合物的稳定碳同位素研究

研究了燃煤烟尘中和机动车尾气中9种多环芳烃分子化合物的稳定碳同位素组成．气相色谱／燃烧系统／同位素质谱(GC／C／IRMS)分析表明，汽油车和柴油车尾气中多环芳烃的稳定碳同位素组成相差不大，分别为-22．1‰～-23．7‰和-20．5‰～-24．4‰，并随着分子量的增大而增加．电厂燃煤和高效民用锅炉燃煤产生的多环芳烃分子化合物的稳定碳同位素组的范围为-22．0‰～-31．2‰，随着分子量的增大PAHS分子化合物中^13C含量降低．机动车尾气和燃煤产生的三环和四环多环芳烃的稳定碳同位素组成差别不大，而五环和六环化合物的稳定碳同位素组成差别比较明显。因此，利用多环芳烃分子化合物的碳同位素组成能够较好的区分燃煤产生的烟尘中和机动车尾气中苯并(a)芘，茚并(1，2，3-cd)芘，苯并(ghi)苝的来源。     

吸附过程中甲烷分子和煤表面的作用

采用气体临界参数确定甲烷分子势,并计算出3倍甲烷分子直径内的分子势函数。结合甲烷分子的正三角锥、倒三角锥吸附模型和煤表面的势垒,运用量子力学的理论,考虑极限条件下甲烷分子的经典力学特点,建立了甲烷分子在煤表面吸附势作用下的波动方程。同时考虑到甲烷分子虽然不间断地在煤表面吸附和解吸、单个分子的运动是时间的函数,但甲烷分子在煤表面吸附总量与时间无关,故将平面波动方程中的时间和距离作为两个独立变量,基于这种简化求出甲烷分子平面波动方程的特解。该研究为探索煤表面与甲烷分子间的作用机理及形式奠定了理论基础。     

甲烷等离子体交联作用对聚丙烯表面阻燃效果的探讨

等离子体技术被用于聚合物的表面改性，并赋予了阻燃性能． 通过采用燃烧速率表征手段，详细研究了甲烷等离子体对聚丙烯薄膜燃烧性能的影响，结果表明炭层交联作用的存在有利于聚合物薄膜阻燃性能的提高     

论冀中地区O、C—P凝析气藏的形成条件

据凝析油轻烃组成、甲烷及其同系物碳同位素组成、天然气与源岩吸附气指纹对比、双环倍半萜组合特征及地质结构的综合分析,查明O、C—P大多数凝析气藏的油气主要来源于石炭——二叠系煤系腐植型有机质,混入了部分下第三系的油气。对石炭——二叠系成烃特点的分析表明,R_0=0.6％～1.3％,以成气为主,生油为辅,原始油气比一般大于1000m~3/t。成熟期的石炭——二叠系有机质的成烃特点和具备油气富集的良好地质条件是O、C—P凝析气藏形成的基本条件。     

基于DRGEPSA方法的甲烷燃烧简化机理的构建及验证

采用耦合误差传播和敏感性分析的直接关系图(DRGEPSA)法,对甲烷燃烧详细反应机理(Gri-Mech 3.0机理)进行了简化,构建出了一套含有23种组分和110步基元反应的简化机理。为验证该简化机理的合理性和可靠性,采用充分搅拌反应器模型和一维层流预混反应器模型分别对甲烷燃烧反应过程进行模拟,并对温度和组分摩尔分数分布进行了对比分析。结果显示:利用简化机理分析得到的预测数据与详细机理吻合良好。结合该简化机理,建立了二维数值模型对带伴流的甲烷/空气Flame D进行数值模拟仿真研究,流场的温度和组分分布均与实验值吻合度较好,进一步表明所提甲烷燃烧简化机理具有较高的模拟精度。