主辦單位:煤炭科學研究總院出版傳媒集團、中國煤炭學會學術期刊工作委員會

“煤層氣勘探開發技術研究進展”專題

來源:煤炭科學技術

來源于《煤炭科學技術》2019年第9期。專題內容涵蓋低階煤煤層氣勘探開發理論與技術、煤層氣儲層評價理論與方法、深部煤層氣勘探開發技術、煤層氣高效開發與煤礦瓦斯抽采技術和煤系非常規天然氣共探共采技術等方面的研究成。

行業視野

煤層氣

類別

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專家

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論文

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  • 作者(Author): 王濤, 鄧澤, 胡海燕, 曹明亮, 張寶鑫, 焦鵬飛, 余喆

    摘要:中國低階煤煤層氣資源豐富,但勘探和認識程度較低,煤層氣成藏條件、煤儲層特征和資源潛力等方面研究不足。首先分析了中國低階煤分布特點和煤層氣成因,基于二連盆地、海拉爾盆地、準東地區、吐哈盆地與美國粉河盆地和澳大利亞蘇拉特盆地的煤層氣地質資料,探討了國內外盆地地質構造演化,對比分析了國內外盆地煤階和煤巖組成、含氣量、孔隙度、滲透率和水文地質條件等特征,指出了國內外低煤階盆地在煤層氣含量構成、儲層物性條件及水文地質條件等方面的差異,并全方面地闡明了國內外低煤階盆地含氣量差異性的原因。研究結果表明:國內外低煤階盆地地質構造特征和煤巖特征相似,且煤層氣主要是次生生物成因氣,國內外低煤階盆地煤層含氣量隨埋深總體呈現為先增加后降低的趨勢;國內低煤階盆地與粉河盆地含氣量介于0~4 m3/t,但是含氣量梯度差異大,埋深相同的條件下,國內低煤階盆地煤巖含氣量低于粉河盆地和蘇拉特盆地的含氣量。水文地質條件是影響低階煤煤層氣含氣量差異的最為重要的因素之一,國內低煤階盆地水文地質條件差,導致煤層含氣量低,粉河盆地和蘇拉特盆地水文地質條件好,則含氣量高。國內外低煤階盆地滲透率差異大;國內低煤階盆地滲透性差,一般小于1.0×10-3 μm2,粉河盆地和蘇拉特盆地滲透性好,要比國內低煤階盆地高1~2 個數量級,導致了國內低煤階盆地與美國粉河盆地和澳大利亞蘇拉特盆地在低煤階煤儲層特征方面的巨大差異。
  • 作者(Author): 劉世奇, 方輝煌, 桑樹勛, 吳建光, 張守仁, 張兵

    摘要:數值模擬技術是在煤層中注入CO2提高煤層CH4采收率(CO2-ECBM)工程方案優化設計與增產效果評價的有效方法。考慮溫度效應和有效應力影響下的CO2與CH4競爭吸附、擴散與滲流作用,以及煤層孔隙度與滲透率的動態演化特征,建立了CO2注入煤儲層結構演化-流體運移-儲存能力THM(thermo-hydro-mechanical)全耦合數學模型,并采用有限元法進行多物理場全耦合求解。通過對沁水盆地3號煤層典型五井式CO2-ECBM開發井網開展模擬,探討了不同注入壓力條件下CO2注入與CH4產出特征。模擬結果顯示,數學模型具有較高的準確性,證實了CO2-ECBM過程中煤層滲透率總體呈降低趨勢,注入井附近滲透率主要受CH4與CO2競爭吸附的影響;注CO2對提高CH4累計產出量具有積極作用,增大注氣壓力可提高CO2注入及CH4產出的效率。
  • 作者(Author): 吳雙, 湯達禎, 李松, 李翔

    摘要:煤層氣在儲層高溫高壓環境中主要以超臨界吸附狀態賦存,溫度和壓力是影響煤儲層含氣性的重要外部控制因素,溫壓條件改變意味著煤-甲烷吸附體系的原始平衡狀態被打破,體系能量發生變化。基于無煙煤等溫吸附試驗數據,通過Gibbs方程對比了甲烷超臨界與亞臨界吸附的差異,從吸附熱力學和吸附動力學角度,分析了溫度和壓力對甲烷超臨界吸附過程中的能量參數的影響規律。結果表明:超臨界條件下的煤-甲烷吸附體系絕對吸附量大于過剩吸附量,二者間的差異隨平衡壓力增大而增大,隨溫度升高而減小。對于特定的煤-甲烷吸附體系,吸附勢與吸附空間在任意溫壓條件下呈現單一吸附特征曲線關系,且平衡壓力增加引起吸附勢減小,吸附空間增大,而溫度升高引起吸附勢增大,吸附空間減少。甲烷分子主要以菲克型擴散方式在煤巖中傳質,由于分子平均自由程受溫壓控制,擴散系數隨壓力增大而減小,隨溫度升高而增大。氣體分子吸附活化能本質為分子動能的體現,不受體系壓力影響,但受體系溫度影響,溫度越高,吸附活化能越大。
  • 作者(Author): 劉佳佳, 賈改妮, 陳守奇, 馬權

    摘要:為了研究深部低階煤瓦斯吸附特性,采集新疆艾維爾溝礦深部低階煤樣,采用低場核磁共振技術(NMR)對原煤煤樣進行瓦斯吸附試驗,并提出了以核磁共振T2(橫向弛豫)譜積分面積值作為吸附瓦斯含量的定量表征。試驗結果表明:深部低階煤瓦斯吸附過程T2譜曲線有3個特征峰(吸附峰、游離峰、自由態瓦斯峰);不同瓦斯壓力下,瓦斯吸附總量均隨吸附時間的增加而增加,直至保持不變,瓦斯吸附速度先增加后減小;不同瓦斯壓力下,深部低階煤吸附孔的瓦斯吸附量隨著吸附時間的增加先增加后保持不變,吸附態瓦斯量與瓦斯壓力的關系呈雙曲線函數分布,瓦斯壓力越大,低階煤中瓦斯達到吸附平衡時間越長。研究成果對深部低階煤的煤層氣勘探開發和瓦斯抽采具有重要指導意義。
  • 作者(Author): 尹振勇, 許浩, 湯達禎, 陳艷鵬, 趙天天

    摘要:為了研究不同煤階煤樣品在熱解過程中的孔隙變化規律,采用自制的煤炭熱模擬裝置對內蒙古褐煤、新疆長焰煤和韓城煙煤進行熱模擬試驗,并用ASAP2020M型全自動比表面積分析儀分析了煤焦樣品在熱解過程中孔隙結構變化。N2吸附解吸試驗表明:3種煤焦樣品的吸附脫附曲線之間沒有或存在較小的回線,孔隙形態較為單一,主要由連通性差的半開孔組成(單側封閉的楔形、圓柱形和狹縫狀孔),孔隙體積對應的孔徑呈多峰分布,內蒙古褐煤的孔體積主要來自過渡孔的貢獻,新疆長焰煤孔體積主要來自過渡孔和微孔的貢獻,韓城煙煤的孔體積主要來自微孔的貢獻,3種煤焦的比表面積主要由孔直徑為2~3 nm的孔貢獻,隨著煤化程度的增加,其吸附量、比表面積和總孔容呈現減小趨勢,總孔容和比表面積成正相關;煤化程度高,有利于微孔的發育,煤化程度低則有利于過渡孔的發育。隨熱解溫度升高,煤中揮發分劇烈析出,更多的孔隙開放,煤焦的吸附量增加。當溫度過高時,煤焦碳骨架發生熔融坍塌,部分微孔轉化為過渡孔和中孔從而使吸附量下降。隨熱解溫度的升高,內蒙古褐煤的吸附量呈增高的趨勢,新疆長焰煤的吸附量先增高后降低,韓城煙煤的吸附量呈降低的趨勢,對比不同階煤樣品的孔徑隨熱解溫度的變化規律可知,內蒙古褐煤孔隙更加發達,有利于煤中氣化劑和氣體產物的輸送。
  • 作者(Author): 曾玲, 孫曉光, 崔少華, 眭晉陽

    摘要:煤層氣富集成藏受構造、沉積環境、水文地質條件、巖漿活動等多方面因素控制,為了研究西山煤田煤層氣富集的主控因素及其成藏規律,通過資料收集整理、采樣分析研究,發現西山煤田煤層氣成藏的主控因素為構造及水文地質條件。利用多口西山煤田水文孔的資料,分別對太原組含水層及山西組含水層的水動力場和水化學場進行研究;利用煤層氣井的含氣量等資料,找出對煤層氣有利的構造、水動力、水化學因素,提出3種構造-水動力成藏模式;最后基于前面的研究提出構造-水動力控制下的煤層氣富集區識別標準,對研究區進行富集區識別。研究表明:①西山煤田煤系地層水動力場可以分為三部分地下水流動系統:西北部系統Ⅰ、中南部系統Ⅱ和東部系統Ⅲ;其中屯蘭礦東曲礦南部、原相地區以及西部水峪貫向斜核部、杜兒坪斷層附近,水動力活動相對較弱,有利于煤層氣成藏;②有利于煤層氣富集的水化學類型為重碳酸鈉型;③提出構造-水動力作用有利于煤層氣聚集成藏的3種模式:單斜-水動力成藏、向斜-水動力成藏、斷層-水動力成藏;④對西山煤田進行煤層氣富集區識別,識別出邢家社附近和杜兒坪南部2個富集區。用上述方法將構造-水文地質條件對煤層氣成藏的控制作用定量化和標準化,有利于其他區塊參考和利用。
  • 作者(Author): 高麗軍, 逄建東, 謝英剛, 周龍剛

    摘要:鄂爾多斯盆地東緣晉西撓褶帶臨興中部區塊深部煤層氣資源潛力大,基于區內煤層氣地質評價和單井試采效果,從試采井生產特征入手,分析深部煤層氣井氣水產出特征。重點從裂縫展布和應力特征方面,淺析深部煤層氣井控產地質因素,同時結合煤系氣多類型氣層(致密氣層、煤層)匹配關系,探討了區內深部煤層氣潛在可采地質模式。結果表明:①臨興區塊煤層氣資源潛力巨大,具有“煤層厚、含氣量高、煤巖煤質較好、煤巖頂底板封蓋好、滯留水環境”特征,煤層埋深較深,高應力、低孔低滲是制約區內煤層氣開采的主要地質因素。②深煤層應力較大,以常規清水壓裂為主的直井單壓煤層模式難以有效壓裂煤層、氣井生產效果較差;“兼壓砂層差氣層、主采煤層氣”模式可改善深部煤層氣開發效果,且直井產氣曲線仍以煤層氣典型形態為主,具有“單井見氣快、產水多,易應力敏感、氣產量上升緩慢”的特點;③煤系地層微裂縫發育區為深煤層單井突破的潛力區。依據臨興區塊現有氣井開發經驗,臨興區塊深部煤層氣可劃分出2種潛力地質開發模式,其中“內生外儲型”的Ⅰ型可采地質模式是目前深部煤層氣開發現實可行的優選地質模式。“內生外儲型”Ⅱ型可采地質模式、“內生內儲”的Ⅰ型可采地質模式是后期深部煤層氣開發的潛力接替模式。
  • 作者(Author): 陳躍, 馬東民, 夏玉成, 郭晨, 楊甫, 邵凱

    摘要:隨著我國低階煤煤層氣勘探開發的深入,低含氣量、低儲層壓力、高含水性等問題逐漸凸顯。為研究低階煤不同宏觀煤巖組分潤濕性差異及影響因素,以黃隴煤田大佛寺煤礦4號煤為研究對象,采集全層煤樣、鏡煤樣和暗煤樣,通過測定接觸角,對比分析潤濕性差異并詳細探討工業組分、化學結構、孔隙特征等因素對潤濕性的影響。結果表明:大佛寺煤礦4號煤的接觸角為45.8°~60.4°,均小于90°,表現出較強的親水性,鏡煤的接觸角大于暗煤,暗煤的潤濕性更好,并且潤濕性與層理方向有關,潤濕性由高到低依次為:垂直層理方向、斜交層理方向、平行層理方向。表面活性劑6501可以有效增強煤的潤濕性,其對鏡煤的改性作用大于暗煤,并且對平行層理方向改性作用大于垂直層理方向。煤的物質組成和孔隙結構對其潤濕性具有顯著影響。無機礦物(灰分)具有親水性,灰分越高,煤的潤濕性越好,而揮發分通常具疏水性,揮發分越高,煤的潤濕性越差。相對于暗煤,鏡煤的灰分更低,揮發分更高,因而潤濕性更差。H元素含量高,潤濕性變差,C、O元素對潤濕性的影響較為復雜,主要取決于含氧官能團的類型,暗煤含有更多的羥基和羧基等極性含氧官能團,而鏡煤則含醚氧基和酯鍵較多,故暗煤的潤濕性更好。相較于暗煤,鏡煤的孔隙以半封閉孔為主,連通性差、分選差、孔徑小、比表面積大、表面更粗糙,使得潤濕性更差。

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