大佛寺井田煤储层孔隙特征

对采自大佛寺煤矿侏罗系中统延安组4上、4#煤的煤样,采用压汞、低温液氮吸附、扫描电镜等测试方法,系统分析大佛寺井田煤储层孔隙大小分布特征、孔隙类型、孔隙成因类型。研究表明,大佛寺井田4上、4#煤储层孔隙度为2.70%~6.30%,以小孔为主(10~100nm),孔隙类型以墨水瓶状或细颈瓶形孔为主,孔隙成因类型均属于原生孔中的组织孔。大佛寺井田4#煤储层裂隙发育(一般为5~20μm),渗透性好,对煤层气开发有利。     

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。      

大佛寺井田4号煤CH_4与CO_2吸附解吸实验比较

以迅速降低大佛寺4号煤含气量,提高地面煤层气井采收率为目标,进行CO2驱替CH4技术的实验研究。对采自大佛寺矿井40114工作面的样品,进行多个温度点柱体原煤与60~80目平衡水样的CH4与CO2吸附解吸对比实验。结果表明:CO2在煤孔隙表面与CH4一致,吸附过程符合Langmuir方程,解吸过程可用解吸式描述;由热力学计算可知,柱体原煤升压过程CO2吸附热为56.827 kJ/mol,CH4吸附热为12.662 kJ/mol,降压过程CO2吸附热为115.030 kJ/mol,CH4吸附热为23.602 kJ/mol,无论升压过程还是降压过程CO2吸附热远大于CH4吸附热,两种气体在煤孔隙表面竞争吸附时CO2占据优势,导致置换解吸;吸附势、吸附空间计算验证了这个结论;利用CO2驱替CH4技术,提高煤层气采收率,理论依据充分可行。     

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...     

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。     

在交变电场声场作用下煤解吸吸附瓦斯特性分析

在交变电场、声场作用下对煤解吸、吸附瓦斯特性进行了实验研究。得出在交变电场作用下，煤样吸附甲烷的量能很好地遵从Langmuir方程。随交变电场电压增大，吸附常数a变化不大，而吸附常数b却逐渐减小。交变电场的作用减弱了煤的吸附能力和解吸能力，减缓了含甲烷煤的解吸过程。声场的作用使煤的吸附量明显减少，吸附能力降低，且煤的瓦斯吸附量随声强增大而减小。     

不同温度条件下煤中甲烷解吸特性的实验研究

实验研究了不同温度条件下煤中甲烷的解吸特性,结果表明:在相同温度和气压条件下,煤中甲烷的初始解吸速度较快,随着时间的增加,解吸速度慢慢减小,最后达到解吸平衡;煤中甲烷的最终解吸量随温度的增加而增大,煤对甲烷的吸附能力降低。甲烷的解吸动力学规律能用经验公式、扩散模型、渗流模型来描述,且扩散模型能较好地描述甲烷气体的解吸特性;经验公式中参数α、扩散模型与渗流模型中参数Qd∞随温度的增加而增大,扩散模型中参数B与渗流模型中参数b随温度的增加而减小,经验公式中参数β与温度变化无规律性。     

河南省中-高煤阶构造变形煤甲烷吸附/解吸特征研究

煤体变质程度和变形结构不同,其对甲烷的吸附/解吸能力及特征也不同,通过对河南典型矿区5种中高煤阶构造变形煤的等温吸附/解吸试验研究,结果表明:中-高煤阶弱脆性构造变形煤的甲烷吸附能力随着煤变质程度的增加而增大;甲烷吸附量增量随着压力升高逐渐减小趋近于0,且甲烷吸附量增量随变质程度的增加而增大。单位压力段内甲烷解吸量随压力降低呈幂函数增大趋势,且变质程度越高,单位压力段内甲烷解吸量越大。不同类型构造变形煤单位压力段解吸量随压力降低呈单调递增的对数函数,且甲烷解吸量随着构造变形程度的增强而增大。     

煤岩层理效应对甲烷吸附-解吸影响的试验研究

为了研究煤岩试件中的层理倾角对甲烷吸附-解吸的影响,通过实验室制取层理试件,并通过特制仪器进行室内试验,研究了煤岩试件在甲烷吸附-解吸过程中,层面倾角对其影响规律,得出以下结论:甲烷在吸附-解吸过程中,随煤岩层面倾角增大,层理接触面在试件中的长度、接触面积随之增大,因此吸附、解吸速度增大,吸附量、解吸量增大;煤岩试件吸附瓦斯量对其体积变化有较大影响,吸附量越大,体积应变越大。     

寺河3号煤甲烷吸附解吸热力学特征

为研究煤层气排采过程CH4解吸内在热力学特征及水蒸汽在排水降压产气过程中的作用机理,在20,25,30,35,40℃五个温度点对寺河3号无烟煤(WY)进行等温吸附解吸实验,利用Clausius-Clapeyron方程计算等量吸附热和极限吸附热。结果表明,升压(吸附)过程和降压(解吸)过程极限吸附热分别为23.31 kJ/mol和24.02 kJ/mol,属于物理吸附,但后者大于前者。从热力学角度看,吸附解吸平衡体系中,降压不足以导致煤层甲烷解吸,但降压促使液态水在煤孔隙中形成局部低压,水分子汽化,水蒸汽分子在煤孔隙表面吸附产生的吸附热约为40 kJ/mol,远大于甲烷吸附热,水蒸汽吸附置换煤孔隙表面吸附的甲烷,最终导致甲烷解吸。     

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.     

煤层气洗井中煤粉分散剂对煤岩的影响

为了综合优选煤层气洗井液中煤粉分散剂,采用韩城矿区太原组11号煤及不同类型的阴离子分散剂,从分散剂对煤粉悬浮性、煤岩表面性质以及分散剂溶液进入煤储层的影响角度出发,开展了不同分散剂对煤粉分散稳定性、润湿性及分散剂进入煤岩中伤害的实验,探究了不同煤粉分散剂对煤岩的影响。研究结果表明,粒径300μm的贫煤煤粉在水中分散稳定性差,添加分散剂有助于提高煤粉的分散稳定性。综合不同分散剂溶液的表面张力、溶液在煤表面的接触角、铺展系数和黏附功的分析,不同分散剂对煤粉润湿程度不同,质量浓度为2 g/L的SDS溶液对煤粉表面的润湿性最好。不同分散剂溶液进入煤岩样品,煤岩样品的渗透率均发生变化,且存在水锁效应,渗透率损害程度表现为SDSCMNSN。随毛细管力的增加,分散剂溶液对煤储层的渗透率损害程度增大。针对韩城区块,在煤层气洗井液中加入SDS分散剂可使煤粉更易排出,同时也会对煤岩渗透率产生一定的伤害。因此,在洗井过程中,应保持井底流压稳定,尽量避免分散剂溶液进入近井地带的煤储层中。     

不同煤阶煤储层应力敏感性差异及其对煤层气产出的影响

通过开展鄂尔多斯盆地东缘高中低煤阶不同含水饱和度煤储层应力敏感性实验,研究了煤储层渗透率动态变化规律及其对煤层气产出的影响。实验结果证实:不同煤阶煤储层渗透率随有效应力的增加均呈现负指数函数降低的规律。在有效应力小于5 MPa时,煤储层渗透率随有效应力增加快速下降73%~95%,平均87%,煤储层应力敏感性最强;有效应力在5~10 MPa时,渗透率随有效应力增加而较快下降5%~18%,平均10.4%,煤储层应力敏感性较强;而当有效应力大于10 MPa后,渗透率随有效应力的增加下降速度减缓,应力敏感性减弱。实验结果表明中高煤阶煤储层应力敏感性随有效应力增加要弱于低煤阶。随着煤样含水饱和度的增加,煤储层应力敏感性也逐渐增强。根据煤储层渗透率动态变化规律提出了煤层气井排采过程中应遵循缓慢—保压—持续的排采工作制度,才能获得煤层气最大产出量。     

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。     

大佛寺4号煤等量吸附热分析

为探讨低阶煤煤层气吸附/解吸特征,对大佛寺4号煤进行多温度点的空气干燥基煤样和平衡水样吸附/解吸实验。根据实验结果绘制等量吸附线,由Clausius-Clapeyron方程计算得到升压（吸附）与降压（解吸）过程的吸附热。计算结果表明:平衡水煤样的等量吸附热小于空气干燥基煤样的等量吸附热,说明水分的存在不利于煤层气吸附;在相同吸附量下,降压过程吸附热大于升压过程吸附热,吸附过程中放出的热量不能满足解吸过程中所需的热量。从热力学角度分析了水分对甲烷吸附量的影响以及煤层气解吸滞后于吸附的原因。因此,在实际排采中应考虑到解吸滞后效应的影响,合理制定排采工作制度。     

沁水盆地煤可磨性及其对煤层气排采的影响

为研究高阶煤地区煤可磨性特征,解决煤层气井煤粉伤害问题,采用哈氏可磨性指数测定仪对来自山西沁水盆地的11个矿的煤样品进行可磨性指数（K_HGI）测定,并通过工业分析、煤岩组分测试发现同为高阶煤但可磨性差异较大。分析发现挥发分有利于煤可磨性,水分、灰分、固定碳均会使可磨性变差,其中水分的影响最大;煤变质程度越高煤可磨性越差,惰质组可磨性较镜质组好,原因在于惰质组在研磨过程中充当硬质“介质”的作用。以煤可磨性为切入点,阐述了煤层气井煤粉产出机理。煤层气井钻井遇煤段,产生钻屑的量及粒度与煤的可磨性正相关;水力压裂产生的煤粉量也与可磨性相关;排采过程中,由于排采流体的冲刷磨蚀,导致煤粉产出,可磨性是煤粉产出量的控制因素之一。可通过工业分析和煤岩组分分析,判定煤层井是否易于产出煤粉,为防控煤粉、制定合理排采工作制度及煤层气井开发可行性分析提供依据。     

煤的等温吸附-解吸实验及其精确拟合

针对当前产业界面临的对煤层气解吸机理研究不足的现状,开展了６组煤样的甲烷气体的等温吸附/解吸实验。结果表明,煤层气的解吸过程略微滞后于吸附过程,同一煤样的等温解吸曲线与等温吸附曲线存在一个匮乏压力下的残余吸附量;通过对实验数据的分析,建立了降压条件下煤层气解吸作用的精确拟合方程。     

延川南地区煤层气资源潜力分析

延川南地区是鄂尔多斯盆地石炭-二叠系含煤系的主要分布区,本文通过研究延川南地区的主力煤层厚度、埋深、煤岩煤质特征及演化程度、煤层吸附性、煤储层物性及含气性、煤层气保存条件等因素,认为延川南地区煤层层数多、主力煤层厚度大、储层含气量高、顶底板封盖性能好、构造简单等特点,具有很好的煤层气富集成藏条件,是中高煤阶煤层气勘探有利目标区。并通过与已获得较好煤层气勘探开发先导试验效果的大宁-吉县和韩城地区的对比。认为延川南地区具有较高的煤层气勘探开发潜力。     

煤层气井排采过程中煤储层水系统的动态监测

为了研究煤层气井排采过程中煤储层水系统的动态传播特征,基于煤系不同岩层不同含水状态的导电性差异,在沁南地区选择一口煤层气排采井,分别在该井排采前、排采半年后进行了煤储层水系统瞬变电磁动态探测。在该井排采范围内设置400 m×300 m的矩形测网,垂直地层走向布置16条测线,每条测线上布置400个测点,在测网内部形成20 m×10 m的观测坐标网格,通过数据采集、资料处理与定量解释,获得排采前、排采半年后各测线、测点煤系视电阻率对比图、视电阻率拟断面对比图、视电阻率顺层切片图,分析结果表明排采前煤储层水系统分布相对较均一,排采半年后煤储层水系统非均质性十分明显。在连通性差的区域,排采半年后煤储层水系统中静水储量部分被排出,煤层及其顶板砂岩视电阻率有不同程度地升高;在连通性较好区域,由于地下水动态补给,煤层及其顶板砂岩视电阻率降低。     

煤层气井煤粉产出规律及排采管控实践

为减少煤粉对储层的伤害,分析了煤层气井煤粉产出规律及其对排采的影响。基于煤层气井煤粉浓度、产气量、产水量等监测数据,总结了煤粉产出动态规律;研究了产气初期煤粉大量产出对采气设备及储层渗流通道的影响;提出了通过提高排采设备携粉能力,增加煤粉排出量的极限煤粉浓度管控方法。实践表明该方法能减少煤粉对储层的伤害,延长检泵周期,释放煤层气井产能。