高阶煤的孔隙结构特征及其对煤层气解吸的影响

以沁水盆地高阶煤3^#煤层为研究对象,借助高压压汞实验对高阶煤的孔隙参数进行测试,研究了高阶煤的孔隙结构特征,采用解吸速率实验对高阶煤的解吸速率和解吸量进行分析,并探讨了孔隙结构对煤层气解吸产出的控制规律。结果表明:3^#煤层的孔隙半径较小,煤层孔隙结构复杂;煤层主要以气体吸附孔和气体扩散孔为主,气体渗流孔占比很少,煤层的吸附气体体积大、吸附性能强、气体的扩散、渗流条件差。3^#煤层孔隙结构分形特征曲线呈"两段型",孔径大于940.7 nm时,不具有分形特征;孔径小于940.7 nm时,分形维数介于2.67~2.76之间,具有很好的分形特征。高阶煤的煤层气解吸特征具有快速解吸和慢速解吸2个阶段,快速解吸时间短,解吸量占比低;慢速解吸时间长,解吸量占比高,煤层气解吸困难。煤层的孔隙结构对煤层气的解吸具有重要影响,高阶煤较差的孔隙结构控制着煤层气解吸速率慢、解吸量低、产出程度低,煤层气井生产实践中表现为开始阶段产气量增长快,产气高峰时间短,稳产气量低、生产时间长,煤层气开发难度大。研究结果为高阶煤的煤层气抽采效果评价提供参考依据。     

煤储集层解吸特征及其影响因素

中国煤层气储集层的解吸特征受多种因素影响,不同地区差异很大.煤层气解吸率一般在40%左右,多小于70%,主要与煤层原位含气量和储集层压力等因素有关.煤层气解吸时间主要为0.188 3～19.17d,随着煤阶的增高解吸时间有增大的趋势,其中以高煤阶煤岩吸附时间跨度最大,最高可达30d之上.统计大量实验数据发现,煤层形态、温度、煤阶、灰分含量、含气量、割理发育程度、沉积环境与煤岩类型是影响煤岩吸附时间的主要因素.根据数值模拟的结果,煤岩解吸量影响煤层气井的单井产量,解吸量越大单井产量越大.煤岩的吸附时间主要影响煤层气井产量峰值的大小和出现的时间,吸附时间越长,煤层气井产气高峰出现得越晚且峰值越小.图6参16     

华北石炭、二叠系煤化变质程度与煤层气储集性的关系

煤化变质程度与煤层气储集性关系密切。华北石炭、二叠系煤化变质程度分为低、中、高三级。低演化变质程度的煤,微孔隙发育而大中孔隙及裂隙不发育,渗透率和解吸率虽然较高,但吸附性和甲烷含量较低,对煤层气的扩散、运移不利。高演化变质程度的煤因受高温高压的影响,亦是微孔隙较发育而大中孔隙及裂隙不发育,虽然吸附性和甲烷含量高,但渗透率和解吸率都低,是储层评价中不利的煤级。中演化变质程度的煤,因温度和压力适中,产生大量的内裂隙,大中孔隙十分发育,增加了渗透性和孔隙连通性,大量的气体生成后得以吸附保存,在勘探开发中易降压、解吸、扩散和运移,是煤层气勘探中最有利的煤级。太原-长治-郑州弧形高演化变质带的内外翼及弧形内侧太行山东麓含煤区是寻找煤层气的有利地区。     

高低煤阶煤层气解吸机理差异性分析

煤层的解吸作用是当煤储层压力降低时,甲烷吸附气从煤层中逸出的过程。大多数人认为煤层气的解吸过程是随着时间推移解吸量单一下降的过程,但通过实验解吸数据以及实验区块生产排采的实际情况,发现煤层甲烷解吸过程决不是单一下降的过程,并且高低煤阶有非常大的差异。高煤阶经历了快速下降到升高到再下降的过程,出现了一个波峰。低煤阶煤的解吸则出现了两个波峰。解吸过程中解吸量在快速下降后又升高的主要原因是煤基质收缩效应和自调节效应,而本质原因是高低煤阶不同的分子结构特征以及孔隙、裂隙、割理发育特征差异所导致的。     

降压速率对沁水盆地南部高阶煤产气能力的影响

参照山西晋城地区大宁煤矿3号煤层,设计模拟地层条件下解吸仿真实验,进行相同流体饱和状态、不同降压速率下的解吸模拟实验,对产气量及样品两端压力变化进行分析,并对部分实验现象进行机理探讨。实验结果表明,无论快速降压还是慢速降压,高阶煤吸附的甲烷均能有效解吸,解吸效率均能达到90%以上;解吸过程中产气量曲线存在明显拐点,均出现在煤块整体降至解吸压力之后;高阶煤甲烷解吸主要受压差驱动,高压差有利于快速解吸;快速降压出现解吸拐点时间更早,且快速解吸段产气速率更高。实验结论对原公认的煤层气井排采需要坚持"缓慢、长期"的原则提出了质疑,认为对于高阶煤层,快速排水降压可有效提高煤层气开采的经济效益。沁水盆地南部樊庄区块和郑庄区块快速降压排采现场试验结果显示,提高排水降压速率可以显著提高气井的峰值产量并缩短气井达到经济产量的时间;相比慢速排采策略,快速降压排采的气井平均达产时间缩短一半,高峰产气量更高。图8表5参22     

长焰煤中镜煤与暗煤吸附/解吸特征对比

为确定低阶煤不同宏观煤岩组分的煤层气吸附/解吸的能力,选取彬长矿区大佛寺4号煤镜煤和暗煤2种宏观煤岩组分进行吸附/解吸实验,对比二者吸附/解吸特征差异,从吸附热力学角度解释吸附/解吸差异及解吸过程。研究表明:大佛寺镜煤与暗煤组分都以微孔—小孔为主,暗煤的孔隙连通性较好,以开放型孔为主,镜煤则主要以半封闭型的细颈瓶状或墨水瓶状的孔为主;不同煤岩组分吸附/解吸能力的影响因素(从强到弱)依次为:压力、温度、水分、粒度和孔隙特征;降压解吸过程中,水分和粒度在不同宏观煤岩组分中的影响作用不同,暗煤解吸滞后率大于镜煤,压差传递效果对煤的吸附影响不及水分子在煤体内部与甲烷竞争吸附产生的影响,甲烷解吸是降压效果(压差—能量传递作用)和水蒸气置换甲烷(置换效应)共同作用的结果。     

钻井完井液对煤层气解吸—扩散—渗流过程的影响——以宁武盆地9号煤层为例

煤层气以吸附气为主,解吸-扩散-渗流过程共同控制着煤层气的产量,仅采用基于达西定律的渗透率的方法来评价煤层气储层损害有待完善。为此,基于煤岩储层微观结构特征和煤层气运移产出机理,以宁武盆地9号煤层和现场用钻井完井液为研究对象,开展了煤层气解吸、毛细管自吸和钻井完井液动—静态损害评价等实验,并采用微观手段分析了钻井完井液影响煤层气解吸—扩散—渗流过程的机理。结果表明:钻井完井液作用后煤样与平衡水煤样、饱和水煤样相比,煤层气解吸量和扩散系数降低;与地层水相比,煤岩对钻井完井液的自吸能力强且吸附滞留严重,导致气相返排率偏低;钻井完井液滤液损害是造成煤层渗透率下降的主要原因。结合红外光谱、润湿角测定和扫描电镜分析结果,得出认识:钻井完井液滤液通过改变煤的结构、润湿性和孔隙连通性,进而影响到了煤储层气体的运移行为。     

低渗透煤层微观孔隙结构与煤层气解吸规律

为研究低渗透煤层微观孔隙结构与气体解吸规律的关系,运用直接观测法、核磁共振法、液氮吸附法等实验手段,对鄂尔多斯盆地伊陕斜坡8号煤层煤样的含气量、孔隙度、渗透率、孔径分布等进行测定。结果显示：煤层气解吸特征与煤的孔径分布、孔的形态、孔的连通性以及比表面积、煤岩成分等因素有关;研究区相隔小于10 m的2套煤层,其孔隙特征、气体解吸规律差异均较大。其中,亮煤的微孔形态以一端开口的圆筒形孔和墨水瓶孔为主,微孔及吸附孔占比为39.2%,煤体微裂缝相对发育,但微孔与介孔的连通性较差,暗淡煤的微孔形态以一端开口的圆筒形孔为主,微孔及吸附孔占比为33.2%,微裂缝不发育,不同孔间连通性差。亮煤气体解吸初期产量大,后期衰减快,气体产出具有明显的阵发式特征;暗淡煤气体解吸初期产量小,约为亮煤的1/2,后期产量递减相对平缓。低渗煤层的开发对策应充分考虑煤层的孔隙结构、孔型、渗透性,应力敏感性、裂缝充填物种类等因素,在精细表征孔隙结构的基础上,根据煤层气不同解吸期特征,结合地质、开发条件制订合理的开发方案。该研究对认识煤层气产气机理及其控制因素,提高煤层气开采效率具有重要的指导意义。     

煤层气井突然产气机理分析

煤层气井开采时一般先排水后采气,且见气时的产量不是缓慢而是突然升高。为了弄清煤层气井突然产气的机理,从煤储层的结构、产气过程等方面进行了深入分析和研究。结果表明:煤岩储层微观上为双重介质,由割理(裂缝)和基质岩块2个系统组成;割理和基质孔隙中均充满了地层水,煤层气为赋存在基质中的吸附气,需排水降压解吸后才能被采出;刚解吸出的少量气体饱和程度较小,多以气泡的形式分散在基质孔隙水中,由于受到基质毛管压力的限制,这些气体无法流动;随着解吸气量增多,气泡逐渐变成连续相,气体的饱和程度增加,压力升高,流动性也有所增强,但是煤岩基质孔隙一般较小,毛管压力较高,很多气体仍被限制在基质孔隙中,只有当气体压力升高到突破毛管压力之后,大量的解吸气才会倾泻到割理中,致使煤层气井产气量突然升高。煤层气井的产气压力低于解吸压力,而煤层气的解吸压力其实就是地层水的饱和压力或泡点压力。在煤层气开采过程中,可以采取相应节流措施来控制煤层气井的产量变化,以达到稳产及保护煤层和生产管柱的效果。     

高演化富有机质页岩和高煤阶煤中甲烷吸附—扩散性能的实验分析

煤/页岩中甲烷的吸附—扩散性能是煤层气/页岩气资源评价的关键参数之一。通过对晋城矿区寺河井田二叠系山西组3号煤层样和华南古生界下志留统龙马溪组页岩样进行低温液氮和甲烷等温吸附实验,剖析了高演化富有机质页岩和高煤阶煤中甲烷的吸附—扩散性能,建立了煤/页岩中甲烷的吸附—扩散性模型,对比分析了煤/页岩中甲烷的吸附—扩散性能的差异性和控制机理。结果表明,高演化富有机质页岩样和高煤阶煤样的孔容均主要由介孔和大孔贡献,比表面积主要由微孔和介孔贡献,且高演化富有机质页岩样纳米孔隙更发育,比表面积和孔容要大于煤样。高演化富有机质页岩和高煤阶煤中甲烷的吸附和扩散规律服从Langmuir方程,高演化富有机质页岩中甲烷吸附性能明显低于高煤阶煤,且随着高演化富有机质页岩TOC含量的增加而增高;但其对甲烷扩散性能要高于高煤阶煤一个数量级。高演化富有机质页岩样中孔隙多为开放型,而高阶煤基质孔隙多为半封闭型。对于半封闭型孔隙,强吸附质的溶入会改变吸附剂的大分子结构,其吸附与解吸过程不是可逆的,存在解吸滞后现象,导致高演化富有机质页岩与高煤阶煤中甲烷解吸—扩散过程与扩散—吸附过程中的扩散性能差异性。     

石油企业知识型员工流失的原因分析与思考

对石油企业知识型员工流失的现状进行了描述,并分析了流失的原因;阐述了稳定知识型员工队伍的基本思路;从提高待遇、增进感情、发展事业、制度创新四个方面提出了相应的对策。对石油企业的人力资源管理理念的创新进行思考。     

Evaluation of the coking resistance of catalysts of steam conversion of hydrocarbons

Translated from Khimiya i Tekhnologiya Topliv i Masel, No. 10, pp. 9–10, October, 1991.