主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

“煤层气勘探开发技术研究进展”专题

来源:煤炭科学技术

来源于《煤炭科学技术》2019年第9期。专题内容涵盖低阶煤煤层气勘探开发理论与技术、煤层气储层评价理论与方法、深部煤层气勘探开发技术、煤层气高效开发与煤矿瓦斯抽采技术和煤系非常规天然气共探共采技术等方面的研究成。

行业视野

煤层气

类别

65个

关键词

81位

专家

16篇

论文

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  • 作者(Author): 王涛, 邓泽, 胡海燕, 曹明亮, 张宝鑫, 焦鹏飞, 余喆

    摘要:中国低阶煤煤层气资源丰富,但勘探和认识程度较低,煤层气成藏条件、煤储层特征和资源潜力等方面研究不足。首先分析了中国低阶煤分布特点和煤层气成因,基于二连盆地、海拉尔盆地、准东地区、吐哈盆地与美国粉河盆地和澳大利亚苏拉特盆地的煤层气地质资料,探讨了国内外盆地地质构造演化,对比分析了国内外盆地煤阶和煤岩组成、含气量、孔隙度、渗透率和水文地质条件等特征,指出了国内外低煤阶盆地在煤层气含量构成、储层物性条件及水文地质条件等方面的差异,并全方面地阐明了国内外低煤阶盆地含气量差异性的原因。研究结果表明:国内外低煤阶盆地地质构造特征和煤岩特征相似,且煤层气主要是次生生物成因气,国内外低煤阶盆地煤层含气量随埋深总体呈现为先增加后降低的趋势;国内低煤阶盆地与粉河盆地含气量介于0~4 m3/t,但是含气量梯度差异大,埋深相同的条件下,国内低煤阶盆地煤岩含气量低于粉河盆地和苏拉特盆地的含气量。水文地质条件是影响低阶煤煤层气含气量差异的最为重要的因素之一,国内低煤阶盆地水文地质条件差,导致煤层含气量低,粉河盆地和苏拉特盆地水文地质条件好,则含气量高。国内外低煤阶盆地渗透率差异大;国内低煤阶盆地渗透性差,一般小于1.0×10-3 μm2,粉河盆地和苏拉特盆地渗透性好,要比国内低煤阶盆地高1~2 个数量级,导致了国内低煤阶盆地与美国粉河盆地和澳大利亚苏拉特盆地在低煤阶煤储层特征方面的巨大差异。
  • 作者(Author): 刘世奇, 方辉煌, 桑树勋, 吴建光, 张守仁, 张兵

    摘要:数值模拟技术是在煤层中注入CO2提高煤层CH4采收率(CO2-ECBM)工程方案优化设计与增产效果评价的有效方法。考虑温度效应和有效应力影响下的CO2与CH4竞争吸附、扩散与渗流作用,以及煤层孔隙度与渗透率的动态演化特征,建立了CO2注入煤储层结构演化-流体运移-储存能力THM(thermo-hydro-mechanical)全耦合数学模型,并采用有限元法进行多物理场全耦合求解。通过对沁水盆地3号煤层典型五井式CO2-ECBM开发井网开展模拟,探讨了不同注入压力条件下CO2注入与CH4产出特征。模拟结果显示,数学模型具有较高的准确性,证实了CO2-ECBM过程中煤层渗透率总体呈降低趋势,注入井附近渗透率主要受CH4与CO2竞争吸附的影响;注CO2对提高CH4累计产出量具有积极作用,增大注气压力可提高CO2注入及CH4产出的效率。
  • 作者(Author): 吴双, 汤达祯, 李松, 李翔

    摘要:煤层气在储层高温高压环境中主要以超临界吸附状态赋存,温度和压力是影响煤储层含气性的重要外部控制因素,温压条件改变意味着煤-甲烷吸附体系的原始平衡状态被打破,体系能量发生变化。基于无烟煤等温吸附试验数据,通过Gibbs方程对比了甲烷超临界与亚临界吸附的差异,从吸附热力学和吸附动力学角度,分析了温度和压力对甲烷超临界吸附过程中的能量参数的影响规律。结果表明:超临界条件下的煤-甲烷吸附体系绝对吸附量大于过剩吸附量,二者间的差异随平衡压力增大而增大,随温度升高而减小。对于特定的煤-甲烷吸附体系,吸附势与吸附空间在任意温压条件下呈现单一吸附特征曲线关系,且平衡压力增加引起吸附势减小,吸附空间增大,而温度升高引起吸附势增大,吸附空间减少。甲烷分子主要以菲克型扩散方式在煤岩中传质,由于分子平均自由程受温压控制,扩散系数随压力增大而减小,随温度升高而增大。气体分子吸附活化能本质为分子动能的体现,不受体系压力影响,但受体系温度影响,温度越高,吸附活化能越大。
  • 作者(Author): 刘佳佳, 贾改妮, 陈守奇, 马权

    摘要:为了研究深部低阶煤瓦斯吸附特性,采集新疆艾维尔沟矿深部低阶煤样,采用低场核磁共振技术(NMR)对原煤煤样进行瓦斯吸附试验,并提出了以核磁共振T2(横向弛豫)谱积分面积值作为吸附瓦斯含量的定量表征。试验结果表明:深部低阶煤瓦斯吸附过程T2谱曲线有3个特征峰(吸附峰、游离峰、自由态瓦斯峰);不同瓦斯压力下,瓦斯吸附总量均随吸附时间的增加而增加,直至保持不变,瓦斯吸附速度先增加后减小;不同瓦斯压力下,深部低阶煤吸附孔的瓦斯吸附量随着吸附时间的增加先增加后保持不变,吸附态瓦斯量与瓦斯压力的关系呈双曲线函数分布,瓦斯压力越大,低阶煤中瓦斯达到吸附平衡时间越长。研究成果对深部低阶煤的煤层气勘探开发和瓦斯抽采具有重要指导意义。
  • 作者(Author): 尹振勇, 许浩, 汤达祯, 陈艳鹏, 赵天天

    摘要:为了研究不同煤阶煤样品在热解过程中的孔隙变化规律,采用自制的煤炭热模拟装置对内蒙古褐煤、新疆长焰煤和韩城烟煤进行热模拟试验,并用ASAP2020M型全自动比表面积分析仪分析了煤焦样品在热解过程中孔隙结构变化。N2吸附解吸试验表明:3种煤焦样品的吸附脱附曲线之间没有或存在较小的回线,孔隙形态较为单一,主要由连通性差的半开孔组成(单侧封闭的楔形、圆柱形和狭缝状孔),孔隙体积对应的孔径呈多峰分布,内蒙古褐煤的孔体积主要来自过渡孔的贡献,新疆长焰煤孔体积主要来自过渡孔和微孔的贡献,韩城烟煤的孔体积主要来自微孔的贡献,3种煤焦的比表面积主要由孔直径为2~3 nm的孔贡献,随着煤化程度的增加,其吸附量、比表面积和总孔容呈现减小趋势,总孔容和比表面积成正相关;煤化程度高,有利于微孔的发育,煤化程度低则有利于过渡孔的发育。随热解温度升高,煤中挥发分剧烈析出,更多的孔隙开放,煤焦的吸附量增加。当温度过高时,煤焦碳骨架发生熔融坍塌,部分微孔转化为过渡孔和中孔从而使吸附量下降。随热解温度的升高,内蒙古褐煤的吸附量呈增高的趋势,新疆长焰煤的吸附量先增高后降低,韩城烟煤的吸附量呈降低的趋势,对比不同阶煤样品的孔径随热解温度的变化规律可知,内蒙古褐煤孔隙更加发达,有利于煤中气化剂和气体产物的输送。
  • 作者(Author): 曾玲, 孙晓光, 崔少华, 眭晋阳

    摘要:煤层气富集成藏受构造、沉积环境、水文地质条件、岩浆活动等多方面因素控制,为了研究西山煤田煤层气富集的主控因素及其成藏规律,通过资料收集整理、采样分析研究,发现西山煤田煤层气成藏的主控因素为构造及水文地质条件。利用多口西山煤田水文孔的资料,分别对太原组含水层及山西组含水层的水动力场和水化学场进行研究;利用煤层气井的含气量等资料,找出对煤层气有利的构造、水动力、水化学因素,提出3种构造-水动力成藏模式;最后基于前面的研究提出构造-水动力控制下的煤层气富集区识别标准,对研究区进行富集区识别。研究表明:①西山煤田煤系地层水动力场可以分为三部分地下水流动系统:西北部系统Ⅰ、中南部系统Ⅱ和东部系统Ⅲ;其中屯兰矿东曲矿南部、原相地区以及西部水峪贯向斜核部、杜儿坪断层附近,水动力活动相对较弱,有利于煤层气成藏;②有利于煤层气富集的水化学类型为重碳酸钠型;③提出构造-水动力作用有利于煤层气聚集成藏的3种模式:单斜-水动力成藏、向斜-水动力成藏、断层-水动力成藏;④对西山煤田进行煤层气富集区识别,识别出邢家社附近和杜儿坪南部2个富集区。用上述方法将构造-水文地质条件对煤层气成藏的控制作用定量化和标准化,有利于其他区块参考和利用。
  • 作者(Author): 高丽军, 逄建东, 谢英刚, 周龙刚

    摘要:鄂尔多斯盆地东缘晋西挠褶带临兴中部区块深部煤层气资源潜力大,基于区内煤层气地质评价和单井试采效果,从试采井生产特征入手,分析深部煤层气井气水产出特征。重点从裂缝展布和应力特征方面,浅析深部煤层气井控产地质因素,同时结合煤系气多类型气层(致密气层、煤层)匹配关系,探讨了区内深部煤层气潜在可采地质模式。结果表明:①临兴区块煤层气资源潜力巨大,具有“煤层厚、含气量高、煤岩煤质较好、煤岩顶底板封盖好、滞留水环境”特征,煤层埋深较深,高应力、低孔低渗是制约区内煤层气开采的主要地质因素。②深煤层应力较大,以常规清水压裂为主的直井单压煤层模式难以有效压裂煤层、气井生产效果较差;“兼压砂层差气层、主采煤层气”模式可改善深部煤层气开发效果,且直井产气曲线仍以煤层气典型形态为主,具有“单井见气快、产水多,易应力敏感、气产量上升缓慢”的特点;③煤系地层微裂缝发育区为深煤层单井突破的潜力区。依据临兴区块现有气井开发经验,临兴区块深部煤层气可划分出2种潜力地质开发模式,其中“内生外储型”的Ⅰ型可采地质模式是目前深部煤层气开发现实可行的优选地质模式。“内生外储型”Ⅱ型可采地质模式、“内生内储”的Ⅰ型可采地质模式是后期深部煤层气开发的潜力接替模式。
  • 作者(Author): 陈跃, 马东民, 夏玉成, 郭晨, 杨甫, 邵凯

    摘要:随着我国低阶煤煤层气勘探开发的深入,低含气量、低储层压力、高含水性等问题逐渐凸显。为研究低阶煤不同宏观煤岩组分润湿性差异及影响因素,以黄陇煤田大佛寺煤矿4号煤为研究对象,采集全层煤样、镜煤样和暗煤样,通过测定接触角,对比分析润湿性差异并详细探讨工业组分、化学结构、孔隙特征等因素对润湿性的影响。结果表明:大佛寺煤矿4号煤的接触角为45.8°~60.4°,均小于90°,表现出较强的亲水性,镜煤的接触角大于暗煤,暗煤的润湿性更好,并且润湿性与层理方向有关,润湿性由高到低依次为:垂直层理方向、斜交层理方向、平行层理方向。表面活性剂6501可以有效增强煤的润湿性,其对镜煤的改性作用大于暗煤,并且对平行层理方向改性作用大于垂直层理方向。煤的物质组成和孔隙结构对其润湿性具有显著影响。无机矿物(灰分)具有亲水性,灰分越高,煤的润湿性越好,而挥发分通常具疏水性,挥发分越高,煤的润湿性越差。相对于暗煤,镜煤的灰分更低,挥发分更高,因而润湿性更差。H元素含量高,润湿性变差,C、O元素对润湿性的影响较为复杂,主要取决于含氧官能团的类型,暗煤含有更多的羟基和羧基等极性含氧官能团,而镜煤则含醚氧基和酯键较多,故暗煤的润湿性更好。相较于暗煤,镜煤的孔隙以半封闭孔为主,连通性差、分选差、孔径小、比表面积大、表面更粗糙,使得润湿性更差。

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