潞安-晋城矿区煤层气开发前景分析

分析了潞安-晋城(新区)矿区主煤储层的平均含气量、饱和度、临界解吸压力、理论采收率以及煤层甲烷解吸率、可解吸量等数据,得出本区主煤储层平均解吸率约为37%,高于全国其它地区.     

煤层气升温解吸特征分析与应用

为了探讨煤层气储层升温解吸效果,设计了高中低三种煤级不同温度吸附/解吸实验。通过对比分析认为,升温解吸在高阶煤中的解吸效果尤为明显,提高(高阶煤)储层温度有利于降低高阶煤储层排采过程中的煤基质收缩负效应,改善储层渗透率。揭示出相同的废弃压力和含气量下,升高温度有利于提高煤层气采收率,减少残余气,最终提升产气量。     

煤层气井液氮伴注辅助水力压裂技术研究

针对我国煤储层普遍具有"低压"、临储比小等特点,提出利用液氮伴注辅助水力压裂技术改造煤储层。系统分析了利用该项技术提高煤储层临界解吸压力的机理:当氮气分子进入到煤储层中,会与甲烷分子共同占据孔隙空间,由此可以为储层提供额外能量,同时能够为煤储层中甲烷分子提供分压,提高其临界解吸压力,促使气体能够更容易、更快地解吸出来。现场试验表明:利用液氮伴注辅助水力压裂技术能够有效提高煤储层的临界解吸压力,能够缩短排采初期的排水降压时间,达到提前产气的效果。     

煤储层特征对瓦斯解吸影响

作为一种非常规储层,煤储层特征对瓦斯解吸特性具有显著影响。基于低温液氮吸附法并结合电镜扫描(SEM),针对霍尔辛赫等5个典型煤储层结构特征进行了定量分析。在此基础上,分析煤储层结构参数对煤体瓦斯解吸的影响。     

煤层气的储层特征及其对煤层气解吸的影响

煤层既是煤层气的源岩又是储集层,煤层气从煤层中的解吸受众多因素影响,其中煤层的储层特征就是其重要影响因素之一。文中从煤储层的孔隙结构特征、渗透性、储层压力、埋藏深度、温度、水分、煤阶和煤岩显微组分等方面,分析了它们对煤层气从煤中解吸的影响,力求为煤层气解吸机理研究和煤层气开采提供一定的理论支持。     

水分对煤层气吸附/解吸微观作用研究进展

水分是制约煤层气吸附/解吸的关键因素之一，受煤储层多元孔隙结构和煤岩组分润湿性差异影响，煤-水-甲烷界面作用导致煤层气产出过程中CH4与H2O相互激励、相互制约。立足于水分对煤层气吸附/解吸作用的研究进展与前沿认识，从煤储层水分赋存状态、煤-水界面微观作用和水分对甲烷吸附/解吸影响3个方面重点分析了水分与煤层气吸附/解吸微观效应之间的内在关系。研究认为煤储层孔隙结构及水分赋存状态复杂。以煤-水界面作用及孔隙结构特征为依据将煤储层水划分为结合水、束缚水和自由水3种主要类型，不同类型水分对甲烷吸附的抑制作用机制存在差异、且对低阶煤的影响程度严重。水分相态变化成为影响甲烷解吸-运移的核心，水蒸汽分子通过竞争吸附置换吸附态甲烷，液态水在润湿性和毛细管力作用下水锁堵孔、抑制气-水运移。在地面煤层气钻采过程中水分的作用机理随储层温度-压力环境动态变化而变化。针对水分对甲烷解吸作用机理不清、影响界限不明的现状，由此提出了量化储层水分含量及分布特征，增强甲烷解吸与气-水运移，完善甲烷吸附/解吸理论与模型，强化水分激励、促进煤层气增产4方面的科学问题及发展方向，进一步深化煤-水界面微观作用在煤层气解吸运...     

煤体结构与甲烷吸附/解吸规律相关性实验研究及启示

甲烷(CH_4)在煤体中的流动包含"渗流—扩散—吸附/解吸"3个环节,相比粉状煤,采用块状煤体进行CH_4吸附/解吸实验能够更有效地表征煤层中气体的流动状态。为此,依托渭北煤田韩城矿区煤样,利用自行设计的块煤吸附/解吸实验装置,研究了低压下块状同体积原生结构煤、碎裂煤和糜棱煤的CH_4等温吸附/解吸特性;采用显微CT和扫描电镜分析了3种煤样的孔裂隙结构和显微构造,探讨了煤体结构对CH_4吸附/解吸的影响。结果表明:不同煤体结构煤的CH_4吸附/解吸特性有显著差异。结构致密的原生结构煤,孔隙度较低,导致CH_4吸附/解吸平衡时间长,吸附量低,解吸率低;相比原生结构煤,脆性变形碎裂煤张裂隙发育且相互贯通,孔隙度变大,连通性好,导致CH_4吸附/解吸平衡时间变短,吸附量升高,解吸率增大;韧性变形糜棱煤孔隙数量虽增多,但裂隙被揉皱闭合,形成孤立分布的孔隙结构,渗透性变差,导致CH_4吸附/解吸平衡时间最短,解吸速率最快,说明大多数CH_4仅吸附在块煤内构造变形作用下形成的粒间孔隙中。可知,碎裂煤储层是煤层气开发的有利区域;而致密原生结构煤和糜棱煤储层可尝试通过多尺度压裂、注热等技术手段实施储层改造以增加煤体裂隙通道,达到气井增产增效的目的。     

高煤阶储层煤层气解吸滞后现象定量表征及其对开发的影响

通过理论推理提出了残余吸附气量和解吸滞后系数2个定量表征指标,并通过甲烷等温吸附、解吸实验进行了验证,在此基础上分析了解吸滞后对煤层气开发的影响。结果表明,基于残余吸附气量改造后的Langmuir吸附模型适用于高煤阶煤储层等温解吸数据的拟合;残余吸附气量和解吸滞后系数能够定量表征煤层气解吸滞后程度;煤样残余吸附气量和解吸滞后系数受储层物性特征影响,渗透率越低,孔隙半径越小,比表面积越大,残余吸附气量和解吸滞后系数越大。解吸滞后现象导致煤储层实际解吸压力降低,需要用等温解吸曲线来推算实际的解吸压力,且解吸滞后大大降低了煤层气的采出程度和解吸效率。     

煤层气解吸滞后特征分析

通过对不同变质程度的煤进行不同温度点的等温和吸附/解吸的实验,综合分析认为,煤层气在降压解吸过程中,随着压力的降低和煤阶提高,解吸滞后特征显著,温度增大解吸滞后现象不显著。不同变质程度煤的分子构成和孔隙结构导致了煤的物性差异,这是煤层气降压解吸滞后与升温解吸滞后差异的主要原因。实践中,在煤层气井排采后期,用升温解吸技术促进残余气解吸是提高煤层气采出率的重要途径。     

煤层气解吸特征研究进展

煤层气解吸特性是煤层气开发和储层模拟的关键。根据近年来发表的煤层气领域的文献资料研究了煤层气解吸特征的研究进展,论述了煤层气解吸的基础理论、变化规律、煤层气解吸参数的变化态势及煤储层物性和地质因素对煤层气解吸的影响,指出了煤层解吸特性研究目前存在的不足,对煤层气解吸特性研究进展予以总结,并对其发展进行初步分析。     

气水两相流阶段煤基质收缩量预测方法

为了尽量避免实验室对煤中甲烷气体解吸时煤基质收缩量测试结果的局限性,综合考虑煤层气井排采时气、水两相流阶段煤储层中气、水产出时引起的煤基质压缩变形与解吸收缩,构建具有一定普适性的力学预测模型显得很有必要。基于有效应力、损伤等力学理论,结合煤储层孔隙结构特征,构建了有效应力压缩煤基质的压缩效应模型;根据吉布斯公式、Bangham理论和Langmuir方程,构建了气体解吸引起的煤基质收缩解吸效应模型;基于表面自由能和煤基质弹性能等能量理论、断裂力学理论,建立了压缩效应与解吸效应相互影响下煤基质收缩数理模型。以沁水盆地樊庄区块为实例对气、水两相流阶段的煤基质收缩量进行了计算。结果表明:对基质收缩量的贡献方面,压缩、解吸效应及2者相互影响的4种效应贡献能力处于同一数量级。其中解吸效应影响最大,解吸效应的收缩量计算结果与其他学者实验室的测试结果基本相符。所建煤基质收缩量数学模型能对不同储层地质条件下气、水两相流阶段煤基质收缩量做出较准确的预测。     

比德—三塘盆地多煤层条件下煤储层吸附解吸特征研究

结合不同次级向斜13个煤样的等温吸附解吸实验以及比德—三塘盆地多煤层区两口煤层气试井资料,分析了不同含气系统内煤储层吸附解吸特征,研究了含气系统类型与多煤层区煤层吸附解吸特征的相关性。研究表明:在多煤层条件下,影响煤吸附解吸特征的主控因素并非不同的含气系统类型,而仍然为储层条件及煤质。     

煤的非均匀势阱分布及其对甲烷吸附/解吸的影响

为了研究煤的非均匀势阱分布及其对甲烷吸附/解吸过程的影响,在吸附科学和分子动力学理论基础上建立了非均匀势阱模型。该模型可以表征煤的吸附/解吸性能以及精确计算出煤体内不同势阱所对应的势阱数量。为了验证非均匀势阱模型对煤的吸附/解吸性能方面的表征能力的准确性,将其与Langmuir模型分别对甲烷吸附/解吸过程进行拟合,再将拟合数据和等温吸附线的相关系数分别进行比较。结果表明,非均匀势阱模型在表征煤体的吸附/解吸性能方面更优。在研究煤体内的势阱分布时,发现煤在不同温度压力下对甲烷的吸附/解吸过程中,煤体内的势阱分布出现明显差异。在分析煤的势阱规律时,发现在吸附阶段煤体内的势阱数量比解吸阶段多,但解吸过程中煤的平均势阱深度比吸附过程大。并且平均势阱深度随着煤阶的降低而降低。在吸附阶段势阱数量集中在某个势阱深度的范围内,但在解吸阶段势阱数量的分布相较而言就更分散。在同一温度下,势阱数量随着煤阶的降低而减少。从势阱分布来看,在相同温度下,高煤阶煤的势阱分布方差明显比低煤阶煤的势阱分布方差要大得多。温度上升会使得平均势阱深度随着温度的升高而下降。对于同一煤阶而言,温度的变化对5～15 kJ/mol内...     

构造煤瓦斯解吸特征及对煤与瓦斯突出的影响

通过改进的煤样瓦斯解吸装置,精确测定了不同平衡压力下构造煤与原生煤的恒温瓦斯解吸量与解吸速度数据,分析了构造煤的瓦斯解吸特征。实验结果表明:构造煤的瓦斯解吸量具有明显的分段特征,其初期瓦斯解吸量更大,第1 min内瓦斯解吸量可达120 min总解吸量的31.55%～38.07%,远高于同条件原生煤的10.94%～14.24%;构造煤的初始解吸速度可达10.11～15.75 mL/(g·min),是同条件下原生煤的的1.72～2.32倍,构造煤的初期解吸特征主要由第1 min内的解吸特性控制。通过现场数据分析了钻屑瓦斯解吸指标K_1随构造煤平均厚度变化情况,两者呈线性关系且显著正相关,说明在构造煤发育区域煤与瓦斯突出危险性显著增加。     

低阶煤储层甲烷吸附解吸过程中导电性变化规律

为了系统探究甲烷吸附解吸过程中低煤阶煤储层导电性变化规律，以彬长地区4#煤层为研究对象，通过测定不同煤岩组分样品甲烷吸附解吸过程中的电阻率，探究吸附和解吸过程中煤的导电性变化规律及机理，并对比分析不同煤岩组分导电性变化差异。研究认为，升压吸附过程中煤的导电性逐渐增强，电阻率与吸附量、平衡压力之间的关系可用一元二次函数描述；降压解吸过程中煤的电阻率小幅度回升，其与吸附量、平衡压力之间为线性关系；甲烷吸附过程中放热和煤基质膨胀变形，使得导电性增强，解吸过程中吸热和煤基质收缩，使得导电性变差；甲烷吸附会导致煤的结构发生不可逆转的变化，即使甲烷解吸后，煤的电阻率也难以恢复到初始水平；暗煤灰分高，孔喉结构相对均匀，双电层带电粒子更少，导电性较镜煤弱，加之暗煤吸附能力强，使得其在吸附过程中电阻率下降幅度和速率更大。      

新集一矿主采煤层甲烷吸附解吸特征分析

通过等温吸附试验的方法对新集一矿主采煤层煤储层样品进行了试验,并对主采煤层煤储层的甲烷吸附解吸特征做了相关研究,结果表明:新集一矿主采煤层中的气体富集程度较高,对瓦斯的储集非常有利。并从井田兰式压力的角度来分析,得知在原始状态下13-1#、11-2#煤层比8#、6-1#煤层的瓦斯更难抽放。     

新集一矿主采煤层甲烷吸附解吸特征分析

通过等温吸附试验的方法对新集一矿主采煤层煤储层样品进行了试验,并对主采煤层煤储层的甲烷吸附解吸特征做了相关研究,结果表明:新集一矿主采煤层中的气体富集程度较高,对瓦斯的储集非常有利。并从井田兰式压力的角度来分析,得知在原始状态下13-1#、11-2#煤层比8#、6-1#煤层的瓦斯更难抽放。     

水分对煤层气吸附解吸的影响

煤岩实际储存环境含有水,而目前考虑水分对煤层气的吸附解吸影响的研究较少,因此开展了不同含水率下的煤层气吸附解吸实验。结果表明在压力、温度等不变的条件下,随着煤含水率的增加,吸附量减小,解吸率增大;同一温度下,煤的饱和吸附量、最终解吸率与煤含水率表现出很好的线性关系,饱和吸附量几乎不受水分影响,最终解析率随着含水率的增加而增加。通过拟合分析发现,Langmuir模型可以准确描述煤层气的吸附行为,而改进Langmuir模型适合描述解吸行为,新型改进Langmuir模型可以准确拟合解吸率数据。随着温度增加,Langmuir模型中的参数 a减小;随着含水率、温度的增加,参数b 均减小。     

黔西织纳煤田华乐勘探区煤层气吸附性研究

为了查清华乐勘探区主采煤层的煤层气吸附特征及影响吸附性的主要地质因素,利用采集煤样的等温吸附试验结果,并结合华乐勘探区两口煤层气井试井资料进行了研究.研究表明:华乐勘探区主采煤层吸附量较高,干燥无灰基兰氏体积为17.69～21.38 m3/t,平均19.46 m3/t;煤储层的实测饱和度均普遍小于100％,分布于75.04％ ～ 105.55％,平均84.51％,说明该地区煤储层为欠饱和储层;临界解吸压力1.22～9.10 MPa,平均3.25 MPa;理论采收率为19.96％ ～46.15％,平均34.51％.在影响煤储层吸附性的主要地质因素中,煤储层压力、埋深均与含气量呈明显的正相关关系,同时煤储层变质程度越高,煤层中微孔和小孔越发育,吸附甲烷的能力就越强.     

构造煤煤层气解吸阶段分析及最大瞬时解吸量计算

为了探求构造煤煤层气解吸阶段瞬时特征,选取平顶山五矿的构造煤和原生结构煤,分别在20、30、40℃下进行了甲烷等温吸附/解吸试验,以试验结果为基础构建了基于兰氏方程曲率的煤层气解吸阶段模型,并依据此模型分析了构造煤煤层气解吸阶段,探讨了构造煤煤层气最大瞬时解吸量.结果表明:随温度的逐渐升高和煤体破坏程度的增大,原生结构煤和构造煤的低效解吸阶段、缓慢解吸阶段、高效解吸阶段及敏感解吸阶段总体向低压方向偏移,启动压力、转折压力和敏感压力表现出减小趋势,相比原生结构煤,构造煤的大部分启动压力和转折压力更低,整个解吸阶段具有更明显的向低压偏移的特征;较大的兰氏体积使得高效解吸和敏感解吸阶段前移;同时,随着温度的升高,原生结构煤和构造煤的煤层气最大瞬时解吸量呈减小趋势.