煤吸附13CH4与12CH4的特性曲线及其应用

根据实测的4个不同煤阶煤的等温吸附实验数据，采用Dubinin建立的计算吸附空间的经验公式，分别计算了¹³CH₄与¹²CH₄在4个煤样的吸附势及其吸附空间，建立了煤吸附甲烷特性曲线的定量表达式.结果发现，¹³CH₄在煤表面的吸附势普遍高于¹²CH₄，也就是说¹³CH₄与¹²CH₄相比具有优先吸附、滞后解吸的特点.这种差异具有随压力增加而增加的特点.这一发现合理地解释了煤层气解吸实验中发现的先解吸甲烷δ¹³C偏轻、后解吸偏重的现象，同时也解释了浅部煤层甲烷碳同位素轻、深部重的地质现象.     

基于自适应相似组稀疏表示的图像修复算法

针对图像修复结果中存在的结构连续性和纹理清晰性较差的问题,提出了一种基于自适应相似组的图像修复算法。区别于传统的以单一图像块或固定数目图像块作为修复单元的方法,该算法根据自然图像中纹理区和结构区的不同特点,自适应地选取不同数目的相似图像块,构造自适应相似组;然后以相似组作为基本单元,学习自适应字典,并构造基于稀疏表示的图像修复模型;最后,采用Split Bregman Iteration算法高效地求解目标代价函数。实验结果表明,与基于图像块的图像修复算法和图像块组稀疏表示（GSR）算法相比,该算法在峰值信噪比（PSNR）上平均提高了0.94~4.34 dB,在结构相似性指数（SSIM）上平均提高了0.0069~0.0345,同时,修复速度分别是对比算法的2.51倍和3.32倍。     

沁水盆地煤层气开发区岩石节理发育特征

通过对沁水盆地南部煤层气开发区节理的野外观测和统计分析,发现本区含煤岩系发育4组共轭剪节理,其中以NW—SE向和NE—SW向共轭剪节理最为发育,同时探讨了节理发育程度与岩层厚度的关系,恢复了沁水盆地南部中生代以来的四期构造应力场。现在最大主压力场方向与煤层主裂隙的方向基本一致,这是本区煤层气井稳定高产的主控因素之一。煤中裂隙的方向和现在地应力场方向决定了本区羽状分支水平井主水平段的方向以NE—SW向为最佳。     

荥巩煤田谷山井田构造演化与煤层气含量的关系

煤层气含量及其控制因素的研究是煤矿瓦斯灾害预测和煤层气的可开发性评价的基础.根据勘探和建井阶段的资料,荥巩煤田谷山井田东部山西组二1煤埋深200m以下的区域,煤层气含量与井田构造演化有着密切的关系.印支期(T末)在正常地温梯度下发生第一次生烃和燕山期(J3-K1)在异常热事件作用下发生了第二次生烃,奠定了高含气量的基础.但由于燕山期煤体所受温度极高(300℃),煤的理论吸附量不超过 15m3/t.K2到喜山早期,随南部嵩山不断隆起,浅部煤层中的煤层气在地下水作用下向深部运移,在滞留区煤层内聚集.这一时期构造决定的地下水动力条件控制着煤层气的运移富集.第三纪晚期形成的滑动构造使煤体破坏严重,储层渗透性降低,沿滑动构造面形成的糜棱岩带增加了煤的吸附能力,阻止了煤层气的扩散,并可能存在动力变质引起的生烃,对含气量进行补充.     

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煤阶是煤层气的生成和煤的吸附能力的重要影响因素之一，对煤层气含量起控制作用。文章根据相关文献中的吸附资料和实测数据，系统探讨了平衡水分下煤的吸附能力与煤阶的关系。指出随煤阶的增高煤的吸附能力先后经历了4个阶段：快速增加阶段（R_o<1.3%）、缓慢增加阶段（R_oo介于1.3%~2.5%）、达到极大值阶段（R_o介于2.5%~4.0%）和降低阶段（R_o>4.0%）。这种变化与煤化作用跃变完全对应，煤化作用控制了煤的孔隙度和表面物理化学性质，进而控制了煤层气的赋存空间和煤的亲甲烷能力。     

沁水盆地东南部寺头断层对煤层气藏的封闭性评价

寺头断层是沁水盆地东南部煤层气藏的主要控制断层,其封闭性对于煤层气富集成藏具有重要意义。根据煤、油气、煤层气勘探开发资料,在分析寺头断层发育史的基础上,从断层两侧岩性配置、泥岩涂抹效应,颗粒碎裂作用、胶结作用等方面对寺头断层的封闭机理进行了研究。结果表明:①当断层落差较小时,断层泥比率(SGR)和泥岩涂抹潜势(CSP)值较大,泥岩涂抹效应强烈,且与断层两侧煤层对接的岩石主要为泥岩类,此时起封闭作用的主要为泥岩涂抹作用和断层两侧岩性配置关系;②当断层落差较大,泥岩涂抹作用较弱时,对接越不利于封闭形成,但碎裂作用强烈,沿断层两侧形成的糜棱岩对煤层起到了封闭作用;③地下水活动导致的胶结作用对整个断层的封闭具有重要的意义;④断裂作用形成的糜棱煤沿断层两侧分布,此糜棱煤带是一种低渗透、高排替压力的特殊储层,其规模与断层的落差、性质、上下盘都有一定关系。对寺头断层而言,落差越大,糜棱煤的分布宽度越大。     

煤层气井排采过程中压裂裂缝导流能力的伤害与控制

煤层气井排采过程中,压裂裂缝导流能力大小变化,直接影响压降漏斗扩展范围,进而影响煤层气井产气量的高低。以晋煤集团寺河矿3号煤制作煤片,以兰州石英砂为支撑剂,运用FCES-100裂缝长期导流能力评价仪,在实验室物理模拟了排采过程中煤储层压裂裂缝的导流能力变化规律。实验结果认为：煤层气井排采过程中压裂裂缝导流能力具有较强的应力敏感性,如果控制排采降压连续缓慢稳定进行,可以使压降漏斗充分扩展前应力敏感对导流能力的伤害较小;在水力压裂施工中可以通过增加砂比来减小支撑剂嵌入的影响,对于深井选用更高强度支撑剂可以克服支撑剂破碎引起的伤害;不稳定和断续排采可造成压裂裂缝导流能力快速下降,只有坚持排采降压的“连续、缓慢、稳定”进行,才能避免应力敏感和流速敏感带来的储层伤害,确保煤层气井开发取得好的效果。     

不同极性溶剂萃取对泥页岩孔隙结构的影响

页岩的孔隙类型与孔隙结构直接影响着气体的赋存和产出。为了研究泥页岩中可溶有机质对孔隙结构的影响，按照正己烷、二氯甲烷、四氢呋喃的顺序依次对泥页岩中不同极性可溶有机质进行分离与抽提，利用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和低温氮气吸附实验，对比分析了原始样品和萃余物的孔隙结构特征，探讨了不同极性溶剂萃取对泥页岩孔隙结构的影响。结果表明：随着有机溶剂极性的增强，泥页岩中的可溶有机质依次按照饱和烃、芳香烃和非烃组分顺序溶出；原始样品的孔隙主要为粒间孔、粒内孔、有机质孔和微裂缝4种类型，可溶有机质溶出后，孔隙形态更为不规则，出现更多溶蚀孔，部分粒间孔被脱落黏土矿物碎屑充填；溶剂极性增强，滞后圈的面积减小，BJH孔体积和平均孔径增加，BET比表面积变化不明显；可溶有机质的溶出对泥页岩具有"增孔"和"扩孔"作用，孔径≤2 nm的孔隙含量增加，孔径>2 nm的孔隙含量减少；2~10 nm孔径范围内孔体积和孔比表面积的百分含量减小，10~30 nm孔径范围内变化不明显，30~50 nm孔径范围内明显增加；对孔隙形态的改造过程为：瓶身与瓶颈的孔径比相对较大的"墨水瓶"孔→瓶身与瓶颈的孔径比相对较小的"墨水瓶"孔→楔形孔→平行板状孔。     

煤层气运移分馏机理初探

煤层气的分馏效应是指运移过程中气体组份和同位素值发生变化的现象．分馏机理的探讨对煤层气的运移聚集具有重要指导意义．本文以吸附势理论为指导,以等温吸附实验数据为依据,对甲烷碳同位素和多组分气体分馏机理进行了探讨．确定了4种分馏机理的存在：（1）解吸-扩散-运移不仅造成甲烷碳同位素分馏,而且造成多组分气体分馏．^13CH4因其吸附势普遍高于^12CH4而具有优先吸附、滞后解吸的特征,^12CH4更容易发生运移分馏．二氧化碳与甲烷相比,具有优先吸附、滞后解吸的特征,特别是在高压下,甲烷具有强的分馏效应;（2）发生在地下水径流带的溶解作用使得13^CH4被优先溶解并被运移至滞留区聚集,^12CH4保留在原地;（3）浅部次生生物气的产生造成甲烷碳同位素变轻的假象;（4）高温裂解气的生成造成甲烷碳同位素变重的假象．4种分馏效应都引起浅部甲烷碳同位素变轻,深部变重,这已为众多的实例所证实．     

沁水盆地南部煤层气成藏机理

煤层气成藏机理研究是煤层气勘探开发的前提和基础。为此，以油气、煤田和煤层气各勘探阶段积累的资料为基础，结合前人的研究成果，系统探讨了沁水盆地南部煤层气藏的成藏机理。通过对煤层气藏特征（包括煤层空间几何形态、煤层气成分和含量、储层物性、吸附特征、储层压力及封闭条件）和煤层气成藏过程（包括煤层气形成、运移和聚集）的分析，进而认识到：晚古生代煤层在经历了印支期和燕山期两次煤化作用后大量生气，并在喜山期遭受了强烈的调整与改造作用，最后逐渐形成了现今的沁水盆地南部煤层气藏；直接控制和影响该区煤层气富集的因素除了煤层顶底板的岩性与边界断层外，地下水的补给、运移、滞流和排泄也是关键因素；该区目前的高产煤层气井基本上都位于地下水滞流区。