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文章采用数值模拟方法，从煤层甲烷的流动机理入手，利用朗格缪尔等温吸附方程描述甲烷从煤表面解吸过程，利用Fick定律描述甲烷从煤基质和微孔隙中的扩散，综合考虑了煤层甲烷的解吸附、扩散、渗流三个过程，并考虑了水力压裂产生高渗透裂缝对渗流场的影响，在煤层理想化等七个假设条件下，建立了煤层甲烷的非平衡拟稳态吸附扩散模型，利用该模型编制了煤层气井产能预测软件，并进行了模拟计算，给出了计算实例。结果表明：煤层在没有经过水力压裂处理时，煤层的气、水产量是很小的；经过水力压裂处理后，由于煤层的排水降压效果，煤层气井气、水产量有明显的增加，具有经济开采的产量规模。     

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为深入探讨煤对甲烷气体吸附—解吸机理及可逆性,作者从物理化学和界面化学以及现代煤层气吸附理论的角度,并通过系统的煤对甲烷气体吸附—解吸可逆性物化模拟实验,进一步科学地求证了煤对甲烷气体吸附—解吸可逆性问题。根据理论分析和实验成果,明确地提出了：①煤对气体分子的物理吸附特性决定了吸附与解吸的可逆性;②吸附在煤内表面的甲烷分子被解吸需要一定的能量,以摆脱煤表面与甲烷分子之间的范德华力,因此解吸过程会不同程度地滞后于吸附。     

地层水、煤层结构对煤层甲烷开采效率的影响

煤层甲烷是一类由煤层自生自储的非常规天然气，在中国具有巨大的资源前景。煤层中的天然气主要呈吸附状态储集，煤层甲烷的开发实质上是如何有效地将天然气从煤层中解吸出来。地层水的静水压力控制了甲烷气的解吸作用，地层水的排出可为气体的解吸提供压力差和空间。煤层结构不仅影响煤层的孔隙性能，同时制约着其中天然气排出的难易程度。另外，在煤层甲烷地质评价中诸如物性、含气量等参数的求取亦需认真对待。     

六盘水煤田盘关向斜煤层气开发地质评价

开发地质条件研究将为贵州六盘水煤田盘关向斜煤层气勘探开发提供科学依据。为此，以煤田地质勘探和矿井瓦斯资料为基础，结合井下煤层割理裂隙观测和室内等温吸附实验等方法手段，总结了煤层气地质背景，揭示了煤储层特征和含气性特征，估算了理论采收率和煤层气资源量。研究结果表明：盘关向斜为水压向斜煤层甲烷气气藏，2000 m以浅煤层气资源量达1778×108m3；该区煤层气资源量丰富、埋深和煤级适中、含气量较高、渗透性较好，具备煤层气开发的基本条件；盘关向斜煤层主要属勉强可以抽放煤层和易于抽放煤层，部分为较难抽放煤层，煤系下部煤层透气性较上部煤层为好；煤层气利用方式则可选择发展以甲烷为原料的化工工业。     

甲烷在煤岩上的吸附研究

煤岩吸附（解吸）气体的类型主要属于物理吸附（解吸）,通常情况下,可采用Langmuir理论模型计算和评价煤层岩石的吸附（解吸）能力,本文研究煤岩吸附（解吸）甲烷就采用Langmuir理论模型,但这种方法评价煤层的含气量存在一定的缺陷,这是因为Langmuir方程基于恒温,只考虑压力变化对煤岩吸附（解吸）的影响。然而,研究深层煤层的天然气,这些煤层会处于高压和高温的环境中,在这种条件下,煤层的吸附能力不仅取决于煤层压力,还取决于地底煤层的温度。根据实验研究表明,平衡压力的增大对于煤岩吸附气体具有促进作用,而温度的升高会增加气体分子的热运动,使煤岩难以吸附气体,但利于煤岩解吸气体。     

煤解吸二氧化碳和甲烷的特性曲线及其应用

二氧化碳与甲烷的吸附与解吸机理决定了二氧化碳在煤中的螯合和强化甲烷产出的能力，是近期人们所关注的焦点。根据对大量甲烷和二氧化碳吸附/解吸等温线和吸附特性曲线的研究结果，从吸附势角度探讨了两者的吸附/解吸机理，并将解吸特性曲线归纳为3类：①两者的吸附-解吸等温线不相交，二氧化碳的吸附势大于等于甲烷的，在两者接近的中压阶段不利于注二氧化碳驱甲烷，高压、低压阶段均有利；②因甲烷的吸附-解吸等温线相交造成两者的吸附特性曲线相交，高压下利于注二氧化碳驱甲烷；③因二氧化碳的吸附-解吸等温线相交造成两者的吸附特性曲线相交，高压下利于注二氧化碳驱甲烷。这一结论为二氧化碳驱甲烷实验所证实。吸附势理论的引入为定量评价注入二氧化碳驱甲烷工艺参数和有利储层的选择提供了方法。     

注气驱替煤层气数值模拟研究

注气增产法是一种新兴的提高甲烷抽放率和单井产量的增产技术，其原理是注入的气体与甲烷竞争吸附和降低甲烷有效分压，使甲烷解吸。其优点是保证煤层的能量，有利于甲烷产出，可大幅度提高煤层气的产量和采收率，延长煤层气田的开采期，提高经济效益，加速成本回收。通过研究注气增产法的机理。考虑了气组分和流体组分出现和消失的可能性，建立了注气驱替煤层气的完整的三维拟稳态非平衡吸附数学模型和数值模型．井根据所建立的模型开发了注气驱替煤层气的计算机程序。实例证明，该模型是可靠的，可为注气增产技术在我国煤层气开采中的推广应用起到指导作用。     

煤层气的解吸/吸附机理研究综述

通过对国内外制约煤层气开发的因素和能源需求的分析,指出了研究煤层气的解吸吸附机理的意义。通过分析国内外解吸吸附机理的研究历史和现状,将煤层气的解吸吸附机理归纳综合为单分子层吸附和多分子层吸附两大类;将煤层气的解吸吸附机理模型归纳为五类,即Lang-muir等温吸附及其扩展模型、BET多分子层吸附模型、吸附势理论模型、吸附溶液模型和实验数据拟合分析模型等。对影响煤层气解吸吸附的因素,如煤层的性质、孔隙性结构、煤层气的组分、压力条件和温度条件等进行了详细的分析说明指出,解吸吸附机理未来研究的重点方向是在考虑目前已认识的复杂因素条件下,以研究煤层气吸附状态和煤层气的解吸动态过程为主,尤其是甲烷与水和煤层中碳分子的结合与分离的方式。     

注气提高煤层甲烷采收率机理及实验研究

该文讨论了采用注气方法提高煤层甲烷采收率的机理,认为注入的气体在增加储层能量的同时,还可以与煤层甲烷产生竞争吸附或置换驱替效应,从而提高煤层甲烷的采收率。通过煤对纯甲烷气体和甲烷-氮气、甲烷-二氧化碳二元气体的等温吸附和解吸实验,分别获得了它们的Langmuir方程,并对它们的理论最大采收率进行了对比分析。结果表明,在含气量相同的情况下,煤层中二元气体的理论最大采收率比纯煤层甲烷的理论最大采收率要高得多。      

页岩纳米级孔隙甲烷渗透特性模拟

通过四参数随机增长法构造二维多孔介质模型,采用格子Boltzmann方法模拟甲烷在多孔介质中的流动,研究了多孔介质孔隙率(ε)、进出口压差和吸附解吸对于甲烷气体渗透率(K)的影响。实验结果表明,ε对K影响最明显,ε越大,K越大;K随进出口压差的增大而增大;而甲烷在固体表面吸附解吸对K的影响较小。     

煤岩吸附曲线在煤层气勘探开发中的应用

煤岩吸附曲线是描述在一定条件下煤对气体的吸附（解吸）的性质,是煤层地质评价、试采措施及评估的重要资料。综合国内外几种不同类型的解吸曲线,阐述其在煤层气勘探开发中的参考价值,并提出了以下看法：①有利于煤层气开发的解吸曲线应该具有含气饱和度高、地解压差小、曲线斜率大的特点;②煤层渗透率是实现煤层降压,煤层气脱附和产出的重要因素;③鉴于实验求得的煤岩吸附曲线条件的限制,应使其更接近于实际。     

量化指标在煤层气开发潜力定量评价中的应用

等温吸附曲线蕴藏了丰富的煤储层信息,对于认识煤层气开发潜力至关重要。为了更好地挖掘等温吸附曲线蕴含的丰富信息,定量评价煤层气开发潜力,首先对不同盆地/地区煤岩等温吸附曲线进行了对比分析,探讨了含气饱和度和临储比比值指标的意义和局限性,在此基础上,提出临储压差、临废压差和有效解吸量3个量化指标,并结合具体实例对其应用效果进行分析和论述。研究表明,含气饱和度和临储比是比值指标,可以用来对比评价不同区块、不同煤层、不同井之间开发潜力的优劣和定性评价煤层气开发潜力;相比而言,临储压差、临废压差和有效解吸量可应用于区块和单井不同层次煤层开发潜力定量评价中,能够更好地反映煤层气开发潜力。实例分析表明,寿阳区块15号煤储层有一定的开发潜力,但因其煤岩吸附时间长(扩散速度低),需在见气后通过较长时间的缓慢排采,实现产气潜力的释放;恩洪EH-C6井需要较长时间的前期排水降压过程,但其开发潜力比较乐观。     

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。     

高煤阶与低煤阶煤层气藏物性差异及其成因

利用扫描电镜、煤层气成藏物理模拟及热变模拟实验手段,系统研究了高煤阶、低煤阶煤储层在孔隙特征、渗透性、吸附/解吸特征等方面的根本性差异,并深入剖析了该差异的形成机制。研究结果显示,高煤阶气藏的孔隙度低,渗透性差,吸附平衡时间长且较分散,初期相对解吸率与相对解吸速率低;低煤阶气藏孔隙度高,渗透性好,吸附平衡时间短而集中,初期相对解吸率与相对解吸速率高。煤的化学分子结构、物理结构及显微组分的差异是导致其差异的主要原因。因此,高煤阶煤层气藏解吸效率较低,开发难度较大,而低煤阶煤层气藏开发较容易。同时,构造热事件对高煤阶煤储层的改造作用很显著,有利于高煤阶煤层气藏开发。     

页岩气与煤层气吸附特征对比实验研究

煤层气的吸附特征决定了煤层气的开采特征,对比分析煤层气和页岩气的吸附特征对页岩气的开采具有重要的指导作用。通过页岩和煤层的等温吸附实验分别分析了不同温度下煤层和页岩的吸附特征,页岩有机质含量和有机质成熟度对页岩吸附的影响,以及不同煤阶等温吸附特征。研究表明随着温度的升高,页岩和煤层对甲烷的吸附量呈下降趋势,但是温度对页岩的吸附影响比煤层对甲烷吸附的影响更加明显;随着R_O值的逐渐增大,煤层的P_L值逐渐减小,V_L值逐渐增加,页岩的P_L值和V_L值都逐渐减小;随着煤有机质含量的增加,煤层的P_L值逐渐增加,V_L值逐渐减小。随着页岩有机质含量的增高,页岩的P_L值和V_L值都逐渐增大;煤层对甲烷的最大吸附量比页岩多,采用降压解吸的方式对煤层吸附特征影响较大,但是对页岩气的吸附特征影响较小。     

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。     

基于等温吸附曲线的煤储层产气潜力定量评价——以黔北地区长岗矿区为例

含气饱和度、临储比等指标在用于煤层气选区选层评价时,未考虑煤层气解吸能力以及解吸过程中储层压力对气体解吸的影响,因而难以全面反映煤储层的产气潜力。为此,以煤样等温吸附实验为基础,提取临储压差、临废压差、有效解吸量、解吸效率等指标,建立了煤层气产出潜力的定量评价方法,并基于黔北地区长岗矿区煤层气井排采历史进行了分析验证。研究结果表明:(1)长岗矿区7号煤层的临储压差为2.35 MPa,0.2~1.0 MPa废弃压力下的临废压差介于2.06~2.86 MPa,煤层气有效解吸量介于9.32~18.9m3/t,具备较高的产气潜力;(2)研究区煤层气解吸过程只经历敏感解吸阶段,解吸效率高,煤层吸附时间短,见气后短时间内可获得较高产的气流;(3) FX2井煤层气产出潜力定量评价及排采历史验证了该区的煤储层具有煤层气开发产气潜力。结论认为:(1)研究区煤层气井排采初期应缓慢排采,尽可能减小降压速度、扩大降压漏斗波及范围和有效解吸半径;(2)优选相对高渗区及开展高质量的压裂,以扩大有效渗流半径,充分释放煤层气产能。     

煤层气水平井筒加热煤层温度变化规律实验研究

煤层温度的变化对煤层气的吸附和解吸规律有较大的影响,为煤层气高温助排具工艺技术的设计和施工提供理论依据。利用所研制的煤层气水平井筒加热煤层温度变化测量实验装置,进行了7种不同水平井筒温度条件下的煤层温度变化实验,揭示了煤层气水平井筒加热煤层温度变化规律。实验表明:离加热井筒越近,煤层温度升高越快;与井筒相同距离的测点,距离加热端越近的测点煤层温度升高越快;距离井筒远端测点温度变化很小,加热效果差;当井筒温度为140℃以上时,煤层升温幅度明显增加。     

QNDN1井煤层气排采的流体效应分析

为了研究煤层气排采时原位煤储层流体的动态效应,基于煤储层动水孔隙度、含气饱和度等储层物性实测成果,结合中国第一口地面多分支煤层气水平井——QNDN1井的排采数据,通过气、水产能及储层压力曲线的耦合分析,探讨了煤层气井排采时储层压力的传播特征;估算了煤层气单井排采范围内的重力水量,水溶气、游离气量;划分了煤层气井排采的游离气运移阶段和煤层气的解吸阶段;指出煤层气排采流体效应的主要影响因素是储层压力和受煤孔径结构控制的煤层气解吸特征。该研究成果对煤层气井排采制度的确定具有指导意义。