煤岩抗压强度和弹性模量对不同煤阶区煤层气开发的影响

为了分析煤阶控制下的煤岩抗压强度和弹性模量变化规律,提出不同煤阶区煤层气开发建议,通过岩石单轴压缩试验和煤质测试,获得了我国18个矿区20块煤岩样品的力学参数（抗压强度、弹性模量）和最大镜质体反射率R_{o, max}数据,综合前人部分测试数据,系统探讨了从低煤阶到高煤阶(R_{o, max}=0.33%～3.44%)煤岩抗压强度和弹性模量的变化规律及其对煤层气压裂和排采的影响。结果表明：煤阶显著影响煤岩割理和孔隙发育,褐煤、次烟煤(R_{o, max}≤0.50%)割理不甚发育,但是孔隙度最大且以大孔为主。演化到中煤阶的过程中,煤岩孔隙度降低,中煤阶(R_{o, max}≥0.65%)之后,煤岩孔隙度略有增加并趋于稳定,但是割理逐渐发育直至R_{o, max}=1.50%左右达到最大割理密度。当煤岩进一步演化至高煤阶(R_{o, max}≤1.9%),煤大分子官能团重新聚合导致割理融退。受到煤阶控制,煤岩抗压强度和弹性模量随煤阶升高呈“M”型变化规律。在R_{o, max}...     

沁水盆地中高煤阶煤储层覆压孔渗试验研究

为了研究中、高煤阶煤储层在覆压条件下孔隙度、渗透率及应力敏感性的差异变化特征,从山西沁水盆地采集4块中煤阶样品和4块高煤阶样品,开展了覆压孔渗试验对比研究,探讨了中煤阶煤和高煤阶煤的应力敏感性的差异,研究了应力敏感性随煤阶改变的变化规律。研究结果表明:煤的孔隙度随镜质组最大反射率R_(o,max)的增大呈现先增大后减小的趋势,而渗透率则与镜质组最大反射率之间无明显关系;中、高煤阶煤覆压下的孔隙度和渗透率均随有效应力增加呈现指数式减小;高煤阶煤平均孔隙压缩系数、应力敏感性系数分别是中煤阶煤的1.61倍和1.26倍,高煤阶煤的孔隙度和渗透率损害率分别是中煤阶煤的1.42倍和1.1倍,中、高煤阶煤的无因次渗透率曲率随有效应力的增加而降低,当有效应力为12 MPa时,高煤阶煤的平均渗透率曲率是中煤阶煤的1.33倍。随R_(o,max)的增大,煤的应力敏感性呈现增强的趋势,即高煤阶煤的应力敏感性高于中煤阶煤。因此,在不同煤阶煤储层排采过程中,针对不同煤阶煤储层所采用的生产压差应当有所差异。与中煤阶煤储层相比,高煤阶煤储层随有效应力增加孔隙度、渗透率损害率高,渗透率曲率降低幅度大,因此针对高煤阶煤储层排采过程中所采用的生产压差应低于中煤阶煤储层,才能获得较高的煤层气产出量。     

煤的工业分析参数对多煤阶煤岩吸附性能的影响研究

为探究煤的工业分析参数对多煤阶煤岩吸附性能影响,选取252组不同煤阶煤岩样品,开展工业分析和等温吸附实验。结果表明:高煤阶煤岩兰氏常数对工业分析参数敏感程度大于中煤阶,低煤阶敏感性最低。高煤阶煤岩兰氏常数随着挥发分产率增加而减小,随着水分增加而增加,兰氏体积随着固定碳增加而增加;中煤阶煤岩兰氏体积随着水分增加而减小,随着固定碳增加而增加,兰氏压力随着水分和挥发分产率增加而增加。该研究结果可以为多区域预测煤层气含量、评价煤储层等提供重要数据支持。     

低煤阶煤的煤岩成分液化性能及实验研究

以西北侏罗纪煤中的镜煤和丝炭为研究对象,液化实验结果表明：同一变质程度的镜煤的液化转化率（9067%）、油产率（5888%）均高于丝炭;而不同变质程度的镜煤和丝炭,因其结构和性质的差异,随变质程度的增高,液化性能整体呈降低趋势。镜质组和惰质组分别作为镜煤和丝炭的主要物源,形成于截然不同的泥炭沼泽环境,致使结构和性质差异大。显微组分特征、红外光谱和分子结构模型分析表明：镜煤中活性组分含量高,H含量和脂肪氢含量高,大分子结构模型中21个单芳环,具有芳香性的吡咯环2个;丝炭中活性组分含量低于镜煤,含氧官能团多,碳含量和芳香氢含量高,大分子结构模型中14个单芳环、6个双芳环、1个三芳环,具有芳香性的吡咯环2个。     

沁水盆地北部中高煤阶煤结构的FTIR特征研究

为了研究中高煤阶煤中官能团的变化特征,以采自沁水盆地北部不同变质程度的10个煤样为研究对象,采用傅里叶变换红外光谱仪对样品进行了红外光谱(FTIR)分析。通过对FTIR曲线分峰拟合,可以获得煤中脂肪结构、含氧官能团和芳香结构的相对含量。研究结果表明:中高煤阶煤中,脂肪结构含量较低;芳香结构中,只有一个邻近氢原子的芳香环含量最高,芳香结构被替代的程度高;含氧官能团中,醚氧逐渐成为含量较高的含氧官能团,表明以醚氧形式存在的氧原子稳定性强。通过对煤样的最大镜质体反射率R_(max)进行测试,探讨样品红外结构参数与R_(max)的相关性,发现随R_(max)(1.1%～2.7%)的增大,芳香度增大,芳香结构的缩聚程度增加,反应生烃潜力的‘A’因子降低,表明在此阶段煤化作用的结果是芳香烃类物质增多。     

高、低煤阶煤中宏观煤岩组分孔隙特征研究

为了研究高、低煤阶煤中不同宏观煤岩组分孔隙结构特征,在煤层气勘探开发有利区采取了低阶煤和高阶煤两种不同变质阶段煤岩样品,人工对煤岩中镜煤和暗煤进行了分离,采用氦孔隙度、液氮吸附、扫描电镜实验分别对两种煤类宏观煤岩组分孔隙结构特征进行了测试。研究结果表明高阶煤氦孔隙度高于低阶煤,镜煤的氦孔隙度要高于暗煤。高阶煤各煤岩组分的比表面积明显大于低阶煤,暗煤的比表面积明显大于镜煤。高变质煤宏观煤岩组分较低变质煤微孔隙发育,同种变质程度煤暗煤组分微孔隙较镜煤组分发育。煤的孔隙度、孔隙结构及孔隙形态受控于煤化作用。     

夏店区块中高煤阶煤层气扩散行为探讨

随着煤层气开发产业不断扩大,煤层气单井产量未获得"质"的提高;在煤层气开发未取得突破性认识背景下,本文采用分子动力学方法,针对夏店区块中高阶煤煤层气扩散性质进行分析研究,探讨扩散对本区煤层气开发的影响。     

煤岩润湿性影响因素研究

煤岩润湿性是影响煤岩各种特性的重要因素之一。了解煤岩润湿性影响因素对改善煤层物理化学性质,提出合理的煤层气生产方案,有针对性地选择处理煤层的表面活性剂类型,预测入井液进入煤层后煤层损害程度及保护煤储层等具有重要的指导意义。文章从煤阶、含氧官能团、表面电性、分子结构、组分与润湿历史等方面对煤岩润湿性进行了深入研究,并从机理上分析了煤岩润湿性的各种影响因素,以期为今后煤炭开采和煤层气开发等生产环节中的煤岩处理提供理论依据。     

中高煤阶煤储层水力压裂消突能量耗散特性

煤储层是一种三元孔隙结构和三相介质系统组成的弹性体,煤储层相比其他常规储层对应力的响应更加敏感。水力压裂前后煤储层弹性能发生聚集与耗散,能量耗散特性决定了消突能量失控方式及机制。本文根据煤岩表面学、热力学定律及中高煤阶煤全应力-应变物理模拟实验,提出了不同相态弹性能计算模型,探讨了压裂前后煤储层弹性能聚集与耗散特性,建立了中高煤阶煤储层水力压裂单位体积煤体消突能量计算模型,并界定压裂消突能量指标临界值。研究表明:煤基块弹性能是煤储层弹性能的主要组成部分,是破碎煤体的主要能量,煤基块弹性余能(Ec)是发动突出动力,煤体破碎后剩余弹能(?W)是抛出煤体的动力;压裂后区内煤储层弹性能减小,单位体积煤体弹性能和瓦斯膨胀能消突临界值为21.22,0.79 MJ,对应的瓦斯含量和瓦斯压力临界值为7.54 m3/t和0.77 MPa。     

煤岩学配煤及其应用

通过煤岩学研究,探讨了控制商品煤和配合煤质量的指标,在70多次200kg焦炉试验基础上建立了以3个煤岩参数为主的Vt,st-Rran-S配煤方法;同时介绍了该配煤方法在山西焦化股份有限公司等焦化企业的应用实例。     

不同煤岩组合渗透率的影响因素试验研究

为研究不同煤岩组合的渗透率,针对山西沁水盆地榆社-武乡区块煤、粉砂泥岩和泥岩3种岩石的不同组合方式,进行了不同条件下的渗透率试验.结果 表明:(1)在恒定孔隙压力下,随着有效应力的增加,渗透率先快速降低后缓慢降低,有效应力增大到使煤岩破碎后,渗透率会逐渐增加,趋势符合二次函数,恒定三轴应力下,渗透率随孔隙压力的增加呈二...     

中高煤阶煤层煤体结构识别测井法适用性评价研究

煤体结构对煤储层渗透率有重要影响,渗透率是煤层气勘探开发中的一个核心参数,而测井方法在大量煤层气区块煤体结构识别中得到应用,但尚处于探索阶段。分析研究了前人在不同煤层气区块煤体结构识别中使用的测井参数组合和针对不同煤体结构的测井参数数值,将这些区块按煤岩的镜质组最大反射率平均Ro,max划分为中煤阶区块(0.65%Ro,max1.90%)和高煤阶区块(Ro,max1.90%),基于对前人成果中各测井方法使用情况的统计和对成果中测井参数与煤体结构相关性的分析,探讨不同测井方法在中煤阶煤层和高煤阶煤层的适用性。结果表明:井径测井在中煤阶煤层和高煤阶煤层均适用,自然伽马测井在此2类煤层中均具有参考作用,电阻率测井、声波时差测井和密度测井在此2类煤层中的应用效果差别较大,补偿中子测井在2类煤阶煤层均不适用;因中煤阶煤岩与高煤阶煤岩力学强度差异造成其对外力的变形差异和不同测井参数的敏感性差异,导致不同测井方法对不同煤阶煤层的适用性存在差异。在中煤阶煤层煤体结构识别中,建议以井径测井和电阻率测井作为主要识别方法,以声波时差测井和自然伽马测井作为次要识别方法;在高煤阶煤层煤体结构识别中,建议以井径测井、自然伽马测井和密度测井作为主要识别方法。     

煤的比热容及其影响因素研究

阐述了比热容测试概况和磁力搅拌式水卡计的结构、工作原理及使用方法，测定了许多种类煤样的比热容，并对其影响因素进行了研究。     

中高硫煤制备脱硫型水煤浆的试验研究

进行了不同含硫量煤制备脱硫型水煤浆燃烧固硫的试验研究,结果表明：在相同Ca/S值下,水煤浆燃烧固硫率比煤粉高9%左右,Ca(OH)₂的固硫能力比CaCO₃高,钙基固硫剂复配的固硫效果比单一使用某一类固硫剂要好.制备脱硫型水煤浆时添加少量固硫助剂可以提高水煤浆的固硫率,碱金属盐用量为固硫剂1%时,固硫率提高6%~9%.Al₂O₃, Fe₂O₃和TiO₂对水煤浆燃烧固硫有明显的促进和协同作用,水煤浆固硫率提高约11%.     

煤岩渗透特性影响因素量化研究

采用实验及数值模拟的方法,实验了不同破坏类型煤体在不同水分、不同围压下渗透特性的变化情况,模拟了注水后,不同围压条件下煤体透气性的变化情况。结果表明,煤体水分、围岩应力的变化对煤体渗透率产生影响,呈负指数关系;水分、围岩应力对煤体渗透特性影响机理存在差异性:水分占据煤体的渗透容积,围岩应力降低煤体的渗透容积;软、硬煤体渗透特征存在差异性:相同围压条件下硬煤渗透容积大于软煤,软煤对围岩应力影响更加敏感。     

煤岩吸附性能影响因素评价研究

本文根据煤岩的吸附原理,设计了一套煤岩吸附性能评价装置,研究了不同气体在煤岩中的吸附性能,分析了煤质、压力、温度、颗粒粒径、含水量等因素对煤岩吸附性能的影响。研究表明,半烟煤和无烟煤的吸附特征符合Langmuir方程;煤岩吸附量随压力增大而增大,随煤化程度加深而增大,随温度升高而减少,随比表面增大而增大,随含水量的增加而减小;单组分气体吸附量的大小按CO2、CH4、N2顺序依次减少。     

煤岩冲击破碎效果影响因素研究

用理论和实验的方法，确定冲击式采煤机冲击破煤时冲劈厚度和刀齿的形状，并研究它们在煤岩破碎过程中的影响作用。     

含瓦斯煤渗透率影响因素敏感性试验研究

利用三轴瓦斯渗流试验装置对不同含水率的含瓦斯煤进行渗流试验,揭示了受多因素影响的含瓦斯煤渗透率的一些新的认识:不同条件下含瓦斯煤的渗透率均随着轴压的增加而呈现出先减小后增加的趋势,同时发现,含水率越低的煤样,其渗透率随轴压变化的敏感性越强;温度对含瓦斯煤渗透率的影响与外围约束应力(围压)有关,外围约束应力较小时,温度所产生的热应力占主导地位,煤体外膨胀,其渗透率随温度的升高而增加;反之,外围约束应力占主导地位,煤体向内挤压密实,其渗透率随温度的升高而减小。并且发现在外围约束应力较小时,含水率越高的煤样,其渗透率随温度变化的敏感性越强。     

低煤阶煤纳米孔特征及其对吸附解吸影响

以不同煤体结构低煤阶煤样为例,采用低温N2吸附和冰点CO2气体吸附试验,分析了煤储层的纳米级孔隙结构特征;结合现场解吸试验,分析了不同煤体结构煤储层的含气量和解吸速率;从煤储层纳米级孔隙结构层面分析了不同煤体结构煤的吸附解吸控制机理。结果表明:碎粒结构煤的超微孔较原生结构煤发育,碎粒结构煤的自然解吸时间显著短于原生结构煤;常压下甲烷气体吸附在墨水瓶形等复杂超微孔内难以解吸,当通过高温和粉碎煤样后超微孔内的吸附气解吸,呈现出残余气碎粒结构煤大于原生结构煤。     

煤自燃环境及其影响因素

在提出自然环境的基础上，探讨了影响浮煤自燃的特征因素，应用模糊群体决策法确定了各因素的重要度。为进一步深化自燃研究奠定了基础。