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文献检索:
  • 我国深部煤与瓦斯共采战略思考
  • 我国是世界上瓦斯灾害最严重的国家之一,煤炭资源禀赋与长期的旺盛需求导致我国煤炭开发以每年10~25 m的速度快速向深部转移,深部煤炭开采面临的瓦斯问题更加严峻,从安全、能源、环保3个方面考虑,都需要加大深部煤层煤与瓦斯共采力度。分析了我国深部煤层煤与瓦斯共采现状与面临的问题,指出了我国深部煤层煤与瓦斯共采发展对策,认为我国深部煤层应坚持地面和井下相结合的"两条腿走路"的煤与瓦斯共采模式,从基础理论研究、关键技术及装备研发、示范工程建设、政策扶持等方面提高深部煤层煤与瓦斯共采技术整体水平。
  • 矿山压力对煤矿瓦斯涌出影响实验分析及其控制
  • 为了在室内再现工作面煤岩瓦斯涌出量随开采过程矿山压力变化的响应过程,利用自主研发的温度-压力耦合气体运移实验系统,进行了应力状态改变下的气体解吸-运移室内模拟实验。实验中在恒温条件下对煤样进行单轴压缩破坏和施加围压两个应力变化过程,实验全过程实时监测逸出气体压力、流量,并抽样检测气体浓度和成分。实验结果表明逸出气体压力和流量随应力状态变化相应明显:气体在样品破坏和围压降低瞬间出现了负压现象;逸出气体流量与应力状态变化呈近似正相关规律且流量变化略滞后于应力状态改变。结合现场经验提出了以"短壁梁理论"为基础的110工法的矿山压力控制对策,以唐山沟8820工作面液压支架压力监测情况为例展示了其对周期来压的控制效果。
  • 叠置含气系统共采兼容性——煤系“三气”及深部煤层气开采中的共性地质问题
  • 以煤层气、致密砂岩气和页岩气共生为特征的煤系"三气"是一类重要的非常规天然气资源,但我国目前尚未实现规模性共采。煤系"三气"地质条件客观存在的六大基本特点,一方面提供了优越的气源及其保存条件,另一方面造成多套流体压力系统叠置共生,共采兼容性问题突出,常规措施难以解决这一技术难题。控制叠置含气系统共采兼容性的核心地质条件在于2个方面:一是流体能量差异影响到含气系统之间的兼容性;二是不同储层力学性质和孔渗条件差异影响到系统内部共采兼容性。研究认为,层序地层格架、流体能量系统和岩石力学性质是影响叠置含气系统兼容性的3个关键地质要素;实现煤系"三气"共探与共采的基础是对相关地质问题的深刻理解,对共生特性及其共采地质动态的深入阐释则是贯穿煤系"三气"共采工艺优化和技术创新的主线。煤系"三气"共采工艺技术优化和创新的途径,需要以充分释放产能为目标,以叠置含气系统共采兼容性为约束条件。为此,叠置含气系统共采兼容性未来探索方向,集中在关键层高分辨识别、地层流体及能量高分辨识别、共采兼容性定量表征、开发地质单元与开发方式4个方面。
  • 深部煤层气勘探开发进展与研究
  • 我国煤层气资源主要分布于深部。鄂尔多斯、准噶尔等盆地部分煤层气井勘探成功表明深部煤层气资源在含气量、含气饱和度、储层压力及临界解吸压力等关键参数方面较浅部有利,开展深部煤层气研究及勘探是重要前瞻性课题。鄂尔多斯盆地东南缘延川南煤层气田的勘探,尤其是万宝山构造带延3井组的成功开发是我国深部煤层气开发获得突破的1个典型实例。一般来说,影响深部煤层气开发的因素较复杂,是一个系统工程,通常可以将这些因素划分为资源地质条件和开采技术条件两大类。延川南煤层气田开发的经验表明,影响深部煤层气井产能的主要因素是受地质条件控制的压裂技术与排采技术,提高深部煤层气单井产量的途径是做好富集高渗区选区评价和预测,加强以压裂为核心技术的工程工艺攻关研究及做好排采管理。
  • 难动用煤层气资源的高产开采技术研究——论煤层气资源的特殊性及其开发工程中的“窗-尾效应”
  • 针对中国煤层气产业发展中,工程成功率和产量达成率双底以及开采难动用资源缺乏有效技术的两大难题,提出了解决两大难题的基本技术思路,建立了1套新的资源认识标准,并在这个标准指导下探讨如纠偏并设计更有效的开发技术路径和实施办法。研究发现了煤层气在赋存规律和开采技术要求上不同于其他天然气资源的三大特殊性,第一"非气",典型意义上的煤层气以特殊的固流体状态赋存,独立相态的气体资源是不存在的,依据耦合动力的不同把煤层气资源分为四大类;第二"育采",开采煤层气从来都不是直接采气,采气之前必须先通过解构工程把气培育出来,要么先"采水(排水)",要么先"采煤(掏煤)";第三"窗-尾效应",难动用煤层气资源的开采工艺的有效性取决于储层改造"时间窗"和排水"长尾"的管控效率。
  • 中—高煤阶煤层气系统物质能量动态平衡机制
  • 基于中—高煤阶煤储层欠饱和特性及煤层气井生产数据,以临界解吸压力为关键参数节点,揭示了中—高煤阶煤层气系统物质能量动态平衡机制及其对煤层气开发过程的控制作用。结果表明:基于上述机制可以实现储层压力和含水饱和度实时监测、煤层气井单井可采储量计算、储层渗透率(包括绝对渗透率、相对渗透率、有效渗透率)动态预测、产能动态数值模拟等4方面现场需求;煤储层相对含气量(吸附态气体饱和度)越高,储层压力与含水饱和度下降越快,煤层气越容易解吸产出;临界解吸压力后,煤层气井生产时间越长,储量计算准确性越高;在整个煤层气生产过程中,煤储层渗透率被统一为储层压力的函数,欠饱和相渗曲线能更好地反映煤储层正负效应及气体滑脱效应;在产能预测方面,欠饱和相渗模型较饱和相渗模型更加准确,精确度更高。
  • 吸附解吸迟滞现象机理及其对深部煤层气开发的影响
  • 针对瓦斯在煤中的解吸与吸附过程并非完全可逆,吸附解吸迟滞现象非常普遍,分析了以往研究中存在的问题,提出了关于吸附解吸迟滞程度的定量评价指标,通过等温吸附解吸实验考察了最高吸附压力和煤体粒径与迟滞程度的关系,并讨论了吸附解吸迟滞现象的发生机理及其对于深部煤层气开发的影响。结果表明:新的定量评价指标可以反映吸附解吸迟滞从完全可逆至完全非可逆的程度;随着最高吸附压力和煤体粒径的增加,吸附解吸迟滞程度随之增强;吸附解吸实验结果是综合了扩散作用的扩散-吸附及解吸-扩散结果,且这两个过程很难区分开来;实验发现的该现象是由于气体分子在高压作用下嵌入连通性较差的微孔中并引起孔隙变形,被吸附的气体分子受窄小的孔隙通道限制,无法从孔隙中解吸并扩散出来而导致的,即本文提出的"扩散受限"假说;深部煤层气的气体含量可能会很高,但受解吸迟滞现象影响,其真正的可采储量和产出规律需要利用等温解吸线而非等温吸附线进行评估;除了通过增透措施提升煤体的渗透率外,如何促进微尺度下的气体解吸与扩散也应该成为深部煤层气开发需要着重考虑的问题之一。
  • 煤层气封存单元及其地震-地质综合识别方法初探
  • 煤层含气性与渗透性的空间分布具有强烈的非均一性,基于地质选区理论预测的富集有利区控制精度不能完全适应煤层气开发的空间尺度需求。为将稀疏的钻孔测井资料和空间密集采样的地震资料有机结合起来,实现区块尺度下煤层气富集高产区的精细预测,引入煤层气封存单元的概念,并对其构成要素和基本特征进行了讨论;提出基于地震地质综合研究,识别区块尺度下煤层气封存单元的研究思路和方法。初步研究表明:在煤层气地质理论指导下,以煤层气封存单元的封堵层(带)为研究对象,运用以地震属性分析、地震反演为核心的地震综合解释技术,将构造、围岩岩性及其组合、聚煤前后沉积微相等封堵层(带)构成要素作为主要研究内容,可以实现对煤层气封存单元的识别与划分。
  • 以煤系天然气开发促进中国煤层气发展的对策分析
  • 为了提高中国煤层气勘探开发程度,促进煤层气产业发展,分析了中国煤层气勘探开发现状与面临的问题,提出1 200 m以深煤层蕴藏十分丰富的煤层气资源,且多与致密砂岩气叠合共生,展现了煤系天然气广阔的勘探开发前景。根据煤层气及煤系砂岩气开发特点,对煤层气及煤系砂岩气划分为自生自储型、内生外储型2类气藏模式,提出将煤系的煤层与砂岩互层段,统一作为目的层进行综合评价,在垂向上拓展勘探开发空间,显著增加资源丰度,同时煤层与砂岩立体压裂改造也比单一煤层压裂更能提高储层改造效果,并提出煤系天然气综合勘探开发工作建议。
  • 临兴区块深部煤层气富集规律与勘探开发前景
  • 临兴地区位于鄂尔多斯盆地东缘,横跨晋西挠褶带和伊陕斜坡,东部断层发育,西部地层平缓,中部紫金山岩体侵入。煤层气富集受到构造、成熟度和水文地质条件的三重控制,较高的成熟度反映煤岩已经大量生烃;后期构造破坏煤层气藏,但地层水滞留,水文条件有利于煤层气保存。含气量呈现东低西高的整体趋势。中部紫金山热液作用和断层破坏作用形成了环形含气量低值区和高值区。区内含气饱和度总体受到成熟度的控制,与含气量总体规律不一致,研究区中部出现含气饱和度高值窗口(1 600~2 000 m)。本区煤岩微孔发育,煤岩孔隙的差异小,结构相对均匀,整体扩散性和渗透性较强。总体评价该区煤层气资源量大、丰度高、含气饱和度高和物性较好。在评价有利区具备进一步开展先导试验的条件。
  • 准噶尔盆地白家海凸起深部含煤层气系统储层组合特征
  • 准噶尔盆地东部白家海凸起发育较稳定的侏罗系煤层,埋深大于1 500 m。以往该区西山窑组和八道湾组煤层气试采取得了较好的效果,显示了白家海凸起深层煤层气具有较好的勘探前景。由于区内以常规油气开发为主,丰富的煤层气资源有待勘探开发。基于此,分析了区内侏罗系深部煤层赋存特征、热演化程度、煤层含气量及煤层顶底围岩等成藏地质条件,认为西山窑组煤层气为独立含煤层气系统,八道湾组煤层及其顶底砂岩组合为统一含煤层气系统。八道湾组源内型、源外型含煤层气系统成藏条件优越,煤层气及煤系砂岩气资源丰富,具有较大的共采潜力。
  • 鄂尔多斯盆地东缘临兴区块深部关键煤储层参数识别
  • 深部条件下煤储层关键参数的识别是煤层气开发评价的基础。基于鄂尔多斯东缘临兴区块深部煤层气勘探和测试研究结果显示:朗格缪尔体积随镜质组反射率的增大先增加后减小,朗格缪尔压力与镜质组反射率呈"U"型变化,两者均在2.5%Ro,max左右出现转折。采用非线性分析方法,基于实测含气饱和度与煤层埋深的关系,建立了含校正系数的深部煤层含气量计算模型。山西组4+5号煤层预测含气量6.7~22.1 m3/t;本溪组8+9号煤层含气量在12~20 m3/t,在平面上总体均呈东低西高展布。4+5号煤预测临界解吸压力介于1.03~9.40 MPa,临储比介于0.11~0.63,平均为0.33;8+9号煤预测临界解吸压力介于1.27~10.47 MPa,临储比介于0.12~0.64,平均0.334。在平面上,4+5号煤临界解吸压力与临储比均呈西高东低、西北部最高展布,而8+9号煤总体呈北高南低展布。
  • 基于空气环境下的高压击穿电热致裂煤体实验研究
  • 利用搭建的高压击穿电热致裂煤体试验系统,以贵州林华煤矿的无烟煤为研究对象,研究了在空气环境下高压击穿电热致裂煤体的可行性,并对高压击穿电热致裂煤体的宏观和微观特征进行了研究。实验结果表明,在针-针电极下,空气介质的击穿场强为18.0~18.3 k V/cm,煤体的击穿场强为0.3~0.8 k V/cm,无烟煤的击穿场强小于空气的击穿场强。在相同条件下,各个煤样的击穿电压和破坏特征均不相同,击穿电压在20~41 k V,煤样主要有3种破坏类型。高压击穿电热致裂煤体过程中,等离子体通道位置的煤样呈现出烧灼状态,形成了大量裂隙和孔隙。同时,等离子通道周围煤体在高温条件下发生氧化反应,形成了新的氧化产物。
  • 800m以深直井煤储层压裂特征分析
  • 以沁水盆地800 m以深煤层气井为例,统计归纳了深部煤层地质特征,分析了与之对应的压裂难点;通过统计10口采用活性水压裂技术且产气效果显著提升的深煤层气井的压裂数据,总结了现有技术体系下深煤层直井压裂施工参数特征,分析了导致深部煤层气藏压裂施工中压力异常偏高的因素,提出了深部煤层气藏开发对策。结果表明:深部煤层气藏的高温、高压、高地应力的地质环境、较差的储层物性以及较强的非均质性等特征,使得现有压裂技术体系在适用性和有效性上面临严峻挑战;增产效果较好的深部煤层气直井,普遍采用大液量注入,同时控制砂比在15%左右;压裂时压力异常偏高是受到压裂液性能、地层微裂缝、储层岩性、钻井液污染及煤粉堵塞等因素的影响;未来应对深部煤层气藏的开发,除了要对活性水压裂技术进行优化,还有赖于压裂理论的发展和新型压裂材料的研制。
  • 煤与瓦斯突出、冲击地压复合动力灾害一体化研究
  • 随着煤矿向深部开采,一些矿井动力灾害既表现出煤与瓦斯突出的部分特征,又有冲击地压的部分特征,2种动力灾害互为共存、互相影响、相互复合,难以界定为单一灾害类型,为此提出煤与瓦斯突出、冲击地压复合动力灾害的概念。通过复合动力灾害一体化理论研究,揭示了复合动力灾害发生的统一机理,据此建立了统一失稳判别准则;基于现有动力灾害分类所存在问题,将动力灾害划分为4种类型,在此基础上,针对矿井复合动力灾害类型创新研发了钻屑法多指标一体化检测及煤体温度、煤体电荷实时连续监测设备,形成了复合动力灾害一体化分类分级预测技术;同时,提出了瓦斯抽采、深孔爆破断顶-破煤-断底卸压、煤层注水等消减瓦斯内能、释放煤岩弹性能的复合动力灾害一体化防治技术。
  • 深部低透气性煤层上向穿层水力压裂强化增透技术
  • 煤层气的长时间、高效抽采的是当前煤层气灾害治理与煤层气资源利用过程中亟需解决的问题。利用数值模拟实验与工程试验相结合的方法,系统地研究了井下底抽巷对目标煤层进行水力压裂强化增透技术。研究发现,水力压裂的裂隙扩展过程经历了能量与应力累积、微裂隙产生、局部压裂损伤、煤体抵抗失效与裂隙迅速拓展以及压裂水能量再蓄集再扩张循环5个阶段,水力压裂产生了大量的裂隙,再加上顶底板碎胀作用而使煤层卸压,使得煤体透气性大幅提高。水力压裂工程试验验证了压裂水的运移轨迹,与数值模拟与分析结果相吻合,实现了大范围增透和长时效的煤层气抽采,从而为深部低透气性煤层强化增透和煤层气高效抽采提供了技术保障。
  • 煤与瓦斯共采钻孔增透半径理论分析与应用
  • 在煤与瓦斯共采时,受采动加、卸载应力影响,瓦斯抽采钻孔围岩塑性区内煤体会产生大量裂隙,增大了瓦斯的渗透率,形成瓦斯增透圈,增透圈半径的大小直接影响瓦斯的抽采效果。以钻孔围岩"蝶形塑性区"理论为基础,建立了钻孔塑性区与瓦斯增透圈模型,首次推导出了钻孔增透圈半径解析式。深入分析了钻孔增透半径影响因素发现:增透半径与钻孔半径成线性正比例关系,与最小围压和围压比值呈类指数增长关系,与岩石黏聚力和内摩擦角呈负指数变化关系;其中最小围压与围压比值是影响增透半径的关键因素,深部开采与高围压比值是形成大尺寸有效增透圈的必要和充分条件。这一理论为煤与瓦斯共采中瓦斯抽采钻孔间距设计、位置选择、方向确定、采场与钻孔布置在时间和空间上关系协调提供了科学依据。
  • 煤层压裂开采与治理区域瓦斯的基本问题
  • 由于煤层的矿物成分、结构体系、瓦斯的吸附解吸效应等导致含瓦斯煤层水压致裂复杂,煤层压裂治理区域瓦斯技术目前整体上还处于起步阶段。提出了煤层水压(流压)致裂治理区域瓦斯的理论、技术与装备等基本问题框架。在分析煤层物理化学特性的基础上,初步给出了煤层压裂的力学机制与裂缝基本空间形态。分析了含瓦斯煤层水压致裂的物理化学作用、结构改造增透、应力扰动效应、驱赶瓦斯效应、水锁效应等作用。以孔隙压力梯度作用机制为切入点,深入研究煤岩层压裂的细观破裂机理、应力扰动效应与评价方法、体积致裂机制、驱赶瓦斯效应、支撑剂在裂缝网络的运移规律与压嵌特性、排采规律等理论问题。针对驱赶瓦斯效应扬长避短,使含瓦斯煤层压裂上升至压裂驱赶层次。提出了需要深入研究的技术安全性评价、工艺技术、合理泵注排量、压裂裂缝扩展及其效应监测、适用条件与规范等技术问题。研制了井下压裂治理区域瓦斯的致裂封孔系统、分析软件与测控系统等成套装备。
  • 深部近距离上保护层底板裂隙演化及卸压瓦斯抽采时效性
  • 为解决深部近距离上保护层开采被保护层大量卸压瓦斯通过底板裂隙涌向首层采煤工作面极易造成瓦斯超限的问题,以平顶山天安煤业股份有限公司五矿为研究背景,采用理论分析、实验室实验、现场考察以及离散元数值模拟的手段,研究了深部近距离上保护层开采底板煤岩层裂隙瓦斯通道演化规律及下被保护层卸压瓦斯抽采时效性。研究表明:回采方向上底板煤岩层可分为原始应力区、卸压增透区和重新压实区,卸压增透区内煤体膨胀变形量大渗透率高,卸压瓦斯解吸扩散,底板采动裂隙使被保护层与采煤工作面贯通形成裂隙瓦斯通道。时间尺度上,卸压增透区的形成与上保护层回采到基本顶来压垮落时间段相对应,采动裂隙瓦斯通道伴随基本顶的破断垮落逐渐重新压实消失,卸压增透区范围在基本顶初次垮落前达最大值,回采推进期间与基本顶来压步距正相关。重新压实区域内煤岩层经历应力加载、卸荷、重新加载后可能出现损伤破坏,卸压瓦斯大量解吸引起煤体收缩变形,部分煤岩体受力比其原始应力更大出现压缩变形。卸压增透区是卸压瓦斯产生及运移的主要空间,也是进行卸压瓦斯拦截及抽采的高效区,瓦斯抽采工程需考虑采动裂隙演化的空间和时间效应。
  • 深煤层井组CO_2注入提高采收率关键参数模拟和试验
  • 深部煤层井组注入CO2开采煤层气技术主要通过CO2的强吸附效应,能够置换出更多的CH4,同时实现CO2的长期大量的埋藏。通过试验分析,柿庄北地区CO2的吸附能力是CH4的2倍,随着解吸压力的降低,CH4比CO2会更快的解吸,能够有效的置换CH4。CO2的注入引起煤储层物性的变化,主要是由于CO2的吸附和解吸引起的基质膨胀与收缩效应造成渗透率的变化,并且呈现随着压力的降低先降低后迅速增加的变化规律。基于渗透率变化规律,应用模拟软件建立地质模型和数值模型,分析了CO2注入量、频率和注入方式对井组或单井的产量、采收率和CO2埋藏量的影响。模拟结果认为注入量10~15 t/d,连续注入90 d,关井90 d,反复实施2 a后,可以实现采收率的提高。通过现场试验验证,该区3号煤层吸附CO2的能力在8 t/d,井组的埋藏潜力约为12 616 t。
  • 沁水盆地深煤层注入CO_2提高煤层气采收率可行性分析
  • 探讨CO2注入深煤层提高煤层气采收率可行性对于解放我国丰富深部煤层气资源具有积极意义。分析了沁水盆地不同深度条件下储层参数的变化规律,开展了CO2注入煤层增产效应的数值模拟研究。结果显示,煤储层参数随埋深呈非线性变化且各参数显著变化深度具有较好的对应性,存在500~600 m,950~1 150 m两个关键转折界限,据此将煤层划分为浅部、过渡、深部三带。随着埋深增加煤储层强非均质向均质转换,即所有参数在浅部较为离散而深部收敛。通过不同深度煤层的CO2注入生产效果模拟显示,注入CO2后煤层气采收率均得到不同幅度提高;注入CO2提高煤层气采收率效果由过渡带、浅部、深部逐步递减;注入时间越早和越长,提高采收率效果越显著;要实现深部煤层气采收率显著增加必须保证一定的CO2注入量;深部CO2封存优势显著。
  • 热力作用下煤层注CO_2驱替CH_4试验研究
  • 为研究体积应力和温度对于煤层注CO2条件下CH4驱替量的影响规律,利用自制三轴吸附解吸试验装置,对煤试件开展考虑煤层体积应力和温度热力作用影响的与煤层等孔隙压注CO2驱替CH4试验研究。试验结果表明:相同温度条件下,气体吸附量随体积应力增加逐渐减小,下降梯度明显;体积应力是煤层CH4驱替量的主要影响因素,拟合得出20~50℃区间内煤层CH4驱替量随体积应力变化的计算公式。在相同温度条件下,随着体积应力增加,CH4驱替效率逐渐减小,近似于线性变化规律;随着温度升高,CH4驱替效率上升显著且梯度明显。在相同温度条件下,随着体积应力增加,置换体积比相应增加;随着温度升高,置换体积比减小,近似呈等梯度下降规律。
  • 中国煤系“三气”成藏特征及共采可能性
  • 煤系地层中的非常规天然气资源是非常规天然气的主要组成部分。目前,对煤系地层煤层气、页岩气、致密砂岩气等非常规天然气资源的认识还较薄弱,资源勘探开发程度也都比较低。根据气藏合层开采经验,把煤系地层视作一个整体,综合勘探开发煤系煤层气、页岩气、致密砂岩气不仅可以减少勘探开发成本,增大非常规天然气总储量和技术可采资源量,还可以提高气井使用效率和单井利润。将煤系地层中的煤层气、页岩气、致密砂岩气称为"煤系三气",从煤系地层岩性分布特征、煤系气体成藏机理、不同类型含气储层特征和开采特征等方面分析煤系"三气"共采可能性及共采急需解决的难点。
  • 砂岩-页岩互层气藏物质平衡方程构建与应用
  • 在国内外很多盆地的气藏,富含有机质的页岩中发育不连续的砂岩夹层,页岩气层和砂岩气层具有很好的连通性,同属于一个压力系统。在这种类型的页岩气藏的储量计算中,不应该忽略砂岩中的游离气储量。为了计算地质储量,首先分析了页岩和砂岩的骨架、孔隙及其流体储存的差异性,在此基础上,将气藏的储集单元分为无机质基质和有机质基质两大类,并建立了此类页岩气藏的体积模型。根据体积守恒原理、Langmuir等温吸附模型和Palmer&Mansoori模型,分别讨论了两类基质在地层压力下降过程中孔隙和流体的变化特征,推导出页岩-砂岩互层气藏的物质平衡方程。通过实例分析验证了新的物质平衡方程能够分别计算出页岩与砂岩中的游离气储量和吸附气储量,以及开发过程中解吸的天然气体积。
  • 临兴地区上古生界煤系致密砂岩气成藏条件分析
  • 鄂尔多斯盆地东缘晋西挠褶带临兴地区致密砂岩气藏与邻区气藏相似,具有低平宽缓的构造背景和广覆式砂泥岩垂向间互分布的特征,但是由于处于不同的大地构造位置,其成藏条件具有显著差异性。针对研究区烃源条件、致密砂岩储层特征及封存条件,探讨致密气藏成藏特征。认为太原组主力煤层(8+9煤)和山西组主力煤层(4+5煤)是主力烃源岩,受紫金山构造岩浆作用影响,局部区域热演化程度进入干气阶段,为区内致密气藏提供充足的气源。岩相古地理和成岩相控制优质储层的发育和分布,本溪组向上到石千峰组,古地理环境由海变陆,频繁震荡的水体形成了多期次、多层位的储集体,潮汐砂坝、水下分流河道等粒度粗的砂体为优势致密储层,由北向南优势储层逐渐减少;砂岩储层总体孔渗性差,后期溶蚀作用对深部储层改造作用明显。煤岩、砂岩垂向组合决定了致密砂岩气藏的运聚模式,区内发育"源储接触"的原地匹配型气藏和受储层和运移通道双重控制的异地匹配型2类致密砂岩气藏,受断层和陷落柱影响而形成的微裂缝是垂向运移的主要通道。
  • 沁水盆地与鄂尔多斯盆地上古生界致密气成藏条件类比及勘探潜力
  • 为了探讨沁水盆地上古生界致密气的勘探潜力,采用类比分析的方法,系统分析了沁水盆地与鄂尔多斯盆地的构造-沉积演化、源储条件及成藏规律的差异性。研究表明:(1)沁水盆地与鄂尔多斯盆地共同经历了构造稳定期、构造分异期和构造定型期,二者在石炭—二叠纪具有相似的沉积演化过程,主要以海陆过渡相和陆相沉积为主。(2)沁水盆地上古生界煤层总厚度介于3~17 m,与鄂尔多斯盆地相当,镜质体反射率介于2.0%~4.5%,热演化程度高于鄂尔多斯盆地,生烃强度更大。(3)鄂尔多斯盆地致密气主要目的层为太原组、山西组和下石盒子组,次为上石盒子组和石千峰组;沁水盆地103口井测井解释结果显示,太原组和上石盒子组可疑致密气层较多,共计72层,占总数的64.9%,次为山西组和下石盒子组。(4)沁水盆地上古生界致密气具有初次运移和二次运移成藏两种模式,保存条件是成藏的关键因素,盆地中南部的向斜核部、断裂不发育的翼部是勘探的有利区。
  • 河北省煤系天然气资源及其成藏作用
  • 为摸清河北省煤系天然气资源潜力,揭示其耦合成藏作用,采用等温吸附、TOC含量测试、X衍射、岩石热解、高压压汞、液氮吸附、显微组分镜鉴、脉冲渗透率等试验测试,对源-储地化和物性特征进行研究,结合各赋煤构造区煤系沉积-构造演化史,进行煤系天然气资源评价并揭示其成藏作用。结果显示:河北省煤系天然气资源丰富,煤层气资源量39 015×108m3,页岩气资源量33 447×108m3,致密砂岩气资源量24 000×108m3,石炭二叠系占绝对优势;烃源岩有机质以Ⅲ型为主,成熟度Ro介于0.5%~3.0%,以成熟—过成熟阶段为主;煤对煤系天然气藏起决定作用,富有机质泥页岩起关键作用,泥页岩的厚度优势弥补了有机质"欠缺";煤系储层连通性较好,属低孔低渗型,二次生烃作用是煤系天然气成藏的关键;共生调节机制煤层气表现为层间调节,页岩气为层内调节,砂岩气为协调调节;基于共生调节机制和空间叠置关系,将煤系天然气藏分为"远源"致密砂岩气藏、"自源"页岩气/煤层气藏和"自源+他源"叠合气藏3类,后者包括3种成藏模式。
  • 黔西松河井田龙潭煤系煤层气-致密气成藏特征及共探共采技术
  • 基于煤系气共探共采示范工程,分析了黔西松河井田龙潭煤系煤层气-致密气赋存特征及开发条件,探讨了煤系气共探共采的适配性技术工艺。研究表明:井田煤系气主要赋存于龙潭煤系多个煤层及临近细砂岩、粉砂岩中,具备多煤层共采、煤系气共采的资源及开发条件。煤储层具有高温、超压、高含气量、含气高-过饱和的特点,适宜进行煤层气地面开发;但在区域高地应力背景下,裂隙闭合、矿物充填等原因导致储层原始渗透性差,煤系气地面开发需进行储层改造。气测录井、裸眼综合测井及含气层综合评价是井田煤系气共探共采中发现、认识、评价含气层及产气层段优选的关键技术,可为煤系气共探共采方案制定提供依据。在丛式井组开发模式下,"小层射孔、组段压裂、合层排采"系列工艺与井田地形地质条件相匹配,可显著提高多煤层共采、煤系气共探共采的工程效果。
  • 煤系“三气”共采产层组压裂裂缝扩展物模试验研究
  • 硬脆性砂岩、页岩储层与塑性的煤层组合开发时,层间应力差、岩性差异、界面性质等因素会对水力裂缝扩展产生较大影响,复合储层人工裂缝扩展规律存在认识不清的难点,给储层改造方案的合理设计带来了难度。基于此,选取鄂尔多斯盆地东缘临兴地区天然露头岩石进行不同岩性组合,开展室内大尺寸真三轴水力压裂物理模拟试验,研究不同地应力差、弹性模量差异、煤岩割理等参数对水力裂缝起裂及扩展的影响。结果表明:水力裂缝起裂方向受地应力条件及近井筒天然弱面共同控制;当应力差在4~6 MPa时,既能保证裂缝穿透界面,又能保证高效沟通煤岩中天然弱面形成网络裂缝;层间弹性模量差异越大,缝内流体压力越高,穿透界面时释放的压力脉冲有助于激活煤岩中的微裂缝形成复杂的裂缝网络。水力裂缝在煤岩中的扩展路径受割理影响较大,易发生转向或者分叉扩展;水力裂缝穿透界面时压裂曲线存在明显的2次憋压,沟通煤岩割理过程中压裂曲线上下波动明显。研究复合储层水力裂缝起裂及扩展规律可为油田现场预测裂缝形态以及优化泵注程序提供参考。
  • 钻井液润湿性影响页岩井壁稳定性的实验研究
  • 煤层气井单井产量往往较低,综合勘探开发煤系非常规天然气是提高煤层气开发效益的重要途径,但这要求钻井液能同时解决煤层、致密砂岩和页岩地层的井壁稳定问题。为此,提出基于"正电性-中性润湿-化学抑制-纳米材料封堵-合理密度支撑"的协同防塌理论,并开展了钻井液润湿性影响页岩井壁稳定性的实验工作。首先优选出能有效降低钻井液表面张力、增加钻井液与页岩接触角的表面活性剂复配方案,并结合钻井液流变性、滤失性、润滑性、水活度和抑制性等参数测试和页岩压力传递实验,对钻井液润湿性影响页岩井壁稳定性的效果进行了评价。结果表明:复合表面活性剂能够有效改变水基钻井液的润湿性能,与优选的水基钻井液相比,钻井液表面张力降低42.6%,与页岩的接触角增大162.1%;复合表面活性剂与水基钻井液具有良好的配伍性,具有较好地抑制性和抗盐能力;与清水相比,复合表面活性剂能显著阻缓页岩孔隙压力传递速率,降低钻井液侵入页岩的程度,页岩渗透率降低幅度在99%以上;说明通过控制钻井液润湿性来增强页岩井壁稳定性是可行的。
  • 极弱胶结地层煤巷支护体系与监控分析
  • 针对极弱胶结地层煤巷围岩自稳能力差、自稳时间短、围岩变形剧烈等特征,采用FLAC3D深入揭示了矩形、切圆拱形与直墙拱形等3种断面形状煤巷开挖后围岩位移、塑性区及应力分布规律,确定了极弱胶结地层煤巷合理断面形状;结合国内外煤巷支护理论与技术,提出了极弱胶结地层煤巷"双层锚固平衡拱结构",基于煤层厚度与巷道埋深,分类提出了极弱胶结地层煤巷支护技术方案,模拟验证了支护方案的合理性与可行性;基于围岩变形与支护结构受力实时监测及分析,动态掌握了极弱胶结地层煤巷围岩变形与支护结构受力状态,评价了支护效果与验证了支护方案的可行性。监测结果表明,切圆拱形断面煤巷成型较好、受力均匀,有利于巷道围岩的整体稳定,提高了煤巷开挖后的自稳与承载能力;锚网索联合支护技术方案有效地控制了极弱胶结地层煤巷围岩大变形与破坏,保证了巷道围岩与支护结构的长期稳定及安全。
  • 深部动压巷道非对称变形力学机制及控制对策
  • 为解决深部动压巷道支护的技术难题,以鹤煤九矿东总回风巷为研究背景,针对东总回风巷非对称变形量大且难支护的问题,采用现场调研、工程地质分析、物理相似模拟和现场试验相结合的方法,对巷道变形破坏机理和控制对策进行了研究。研究结果表明:巷道变形破坏受围岩岩性、构造应力、采动应力、重力、地质构造等多种因素影响,其变形力学机制确定为IABIIABDIIIABC型;采动应力造成巷道围岩应力场的大小和方向发生了改变,是巷道产生非对称变形的主要因素。通过选取针对性的控制对策将复合型变形力学机制转化为单一型,提出了"锚网索喷+底角锚杆+全断面注浆+反底拱"非对称耦合控制对策,并在现场进行了应用。相似模拟和现场监测结果显示:该控制对策有效控制了围岩非对称变形,现场应用效果良好。
  • 基于脆性模量系数的岩石应变软化及渗透率演化模型
  • 岩石峰后应变软化力学行为及渗透率演化规律是岩石工程稳定性和安全性分析的基础。在三轴实验基础上分析了围压对岩石峰后应变软化力学行为的影响规律,提出了描述围压对岩石峰后脆性影响的新参数,即脆性模量和脆性模量系数,分析了脆性模量的物理意义和脆性模量系数方法的应用范围。基于脆性模量系数,结合强度退化指数、扩容指数、FLAC中的SS模型和体积应变增透率,建立了考虑围压影响的岩石应变软化模型和渗透率演化模型。利用本文模型较好地模拟再现了不同围压下Gebdykes白云岩变形和巴里坤砂岩渗透率的演化过程,验证了本文模型的合理性。将本文模型应用于某煤层开采过程中围岩变形和渗透率的动态演化预测,结果表明随着煤层开采,采动应力引起围岩变形、破坏,其渗透率也随之动态变化,本文模型能较好地再现煤层开采过程中围岩的渗透率动态演化规律。
  • 爆生气体对邻近硐室背爆侧预制裂纹影响机理
  • 采用动态焦散线实验方法,研究爆炸荷载作用下邻近硐室背爆侧裂纹扩展规律时发现,伴随爆生气体释放出现的弧线型应力集中区是爆生气体引起的主应力差峰值位置,与背爆侧裂纹的扩展有较大的关联。实验研究表明:炸药爆炸后,产生的应力波首先作用于硐室背爆侧裂纹,随后爆生气体产生的准静态应力作用于裂纹,对裂纹的扩展起主要作用,而卸载波主要作用于裂纹扩展后期,使裂纹出现翘曲现象。当弧线型应力集中区接近扩展中的裂纹时,裂纹扩展速度达到峰值,约等于弧线型应力集中区的移动速度,之后,裂纹尖端与弧线型应力集中区的相对距离基本不变,当该应力集中区越过裂纹尖端,裂纹扩展速度逐渐减小,最终止裂。裂纹尖端动态应力强度因子与裂纹扩展速度具有相似的变化规律,峰值动态应力强度因子出现在弧线型应力集中区越过裂纹尖端之前。基于该发现进行的研究证实了爆生气体对邻近巷道裂纹扩展的主导作用,深化了爆炸荷载对邻近巷道影响机理的研究。
  • 地形影响下的开采沉陷影响函数法优化
  • 影响函数法广泛应用于地下层状矿体的开采沉陷计算。理论上,该方法适用于水平地表条件下的沉陷预计。将地形变化纳入影响函数法,使此方法可以应用于非水平地表条件下。为了剔除其他开采和地质因素的影响,除地形变化外可能影响沉陷形态的因素都被固定了的简化数值模型被应用于研究中。根据这些数值模拟实验的结果,若干影响函数法的参数,包括影响半径、影响角和下沉率,通过4个地形相关的修正系数被重定义为地表相对矿体高程的函数。优化后的影响函数法可以更好的拟合非水平地表条件下的数值模拟结果和现场观测数据。相较于经典影响函数法,该方法需要将地表点相对矿体的高程作为输入数据。在其他开采、地质条件下,构建简单数值模型的方法可以被用于估算相应条件下的地形影响修正系数。
  • 《煤炭学报》征稿简则
  • 1.《煤炭学报》是中国科学技术协会主管、中国煤炭学会主办、煤炭科学研究总院承办的有关煤炭科学技术方面的综合性学术期刊,现为月刊,国内外公开发行。办刊宗旨是坚持“科教兴国”和“可持续发展”战略,贯彻“百花齐放、百家争鸣”方针,促进煤炭学科理论与实践的发展,以及国内外学术交流,加速科研成果向现实生产力转化。主要刊登内容有:煤田地质与勘探、矿井建设、矿山测量、
  • 刊首语——“深部煤层气开发与煤系‘三气’共采技术”专题
  • 百余年来,传统煤炭工业的眼光主要盯在煤层或煤炭这一固态能源矿产。煤层气规模性开发与煤矿瓦斯高效抽采,扩展了煤炭工业界的能源视野,即煤系中蕴藏着极为丰富且可规模性开发的洁净气体能源。页岩气革命的兴起,引导了中国页岩气产业的起步,也为煤炭工业打开一扇新的视窗,煤系处处有资源,层层皆赋存着非常规天然气能源!同时,浅部矿产资源的枯竭,必将促使人类的勘查开发活动向深部延展,煤炭乃至煤系非常规天然气均是如此。
  • 我国深部煤与瓦斯共采战略思考(袁亮[1,2,3])
    矿山压力对煤矿瓦斯涌出影响实验分析及其控制(何满潮;任晓龙[1,2];宫伟力;张晓虎;王春光)
    叠置含气系统共采兼容性——煤系“三气”及深部煤层气开采中的共性地质问题(秦勇;申建;沈玉林)
    深部煤层气勘探开发进展与研究(李辛子;王运海;姜昭琛;陈贞龙;王立志;吴群)
    难动用煤层气资源的高产开采技术研究——论煤层气资源的特殊性及其开发工程中的“窗-尾效应”(杨陆武)
    中—高煤阶煤层气系统物质能量动态平衡机制(汤达祯[1,2];赵俊龙[1,2];许浩[1,2];李治平;陶树[1,2];李松[1,2])
    吸附解吸迟滞现象机理及其对深部煤层气开发的影响(王公达[1,2,3];REN Tingxiang;齐庆新[1,4];王凯;张浪[1,4])
    煤层气封存单元及其地震-地质综合识别方法初探(常锁亮;陈强;刘东娜;潘永学;桂文华;刘自珍;曹路通;冯阿建)
    以煤系天然气开发促进中国煤层气发展的对策分析(李五忠;孙斌;孙钦平;杨焦生;张义)
    临兴区块深部煤层气富集规律与勘探开发前景(顾娇杨;张兵;郭明强)
    准噶尔盆地白家海凸起深部含煤层气系统储层组合特征(陈刚;秦勇;胡宗全;李五忠)
    鄂尔多斯盆地东缘临兴区块深部关键煤储层参数识别(张兵;徐文军;徐延勇;顾娇扬;杨光;赵锦程)
    基于空气环境下的高压击穿电热致裂煤体实验研究(林柏泉[1,2];闫发志[1,2];朱传杰[1,2];郭畅[1,2];周延)
    800m以深直井煤储层压裂特征分析(杨兆中;杨苏;张健;李小刚)
    煤与瓦斯突出、冲击地压复合动力灾害一体化研究(潘一山[1,2])
    深部低透气性煤层上向穿层水力压裂强化增透技术(蔡峰[1,2,3];刘泽功[1,2])
    煤与瓦斯共采钻孔增透半径理论分析与应用(马念杰;郭晓菲;赵希栋;李季;闫振雄)
    煤层压裂开采与治理区域瓦斯的基本问题(黄炳香[1,2];陈树亮;程庆迎)
    深部近距离上保护层底板裂隙演化及卸压瓦斯抽采时效性(王伟[1,2];程远平[1,2];袁亮[1,2];陈荣柱;王海锋[1,2];杜凯)
    深煤层井组CO_2注入提高采收率关键参数模拟和试验(叶建平;张兵;韩学婷;张春杰)
    沁水盆地深煤层注入CO_2提高煤层气采收率可行性分析(申建[1,2];秦勇;张春杰;胡秋嘉;陈伟)
    热力作用下煤层注CO_2驱替CH_4试验研究(吴迪;刘雪莹;孙可明;梁冰;辛立伟)
    中国煤系“三气”成藏特征及共采可能性(梁冰;石迎爽;孙维吉;刘强)
    砂岩-页岩互层气藏物质平衡方程构建与应用(杨宇[1,2];周文;闫长辉;曹煜;孙晗森;陈万钢)
    临兴地区上古生界煤系致密砂岩气成藏条件分析(谢英刚[1,2];秦勇;叶建平;潘新志;高丽军;段长江)
    沁水盆地与鄂尔多斯盆地上古生界致密气成藏条件类比及勘探潜力(梁建设;朱学申;柳迎红;王存武;吕玉民)
    河北省煤系天然气资源及其成藏作用(朱炎铭[1,2];侯晓伟[1,2];崔兆帮[1,2];刘刚[1,2])
    黔西松河井田龙潭煤系煤层气-致密气成藏特征及共探共采技术(易同生[1,2];周效志[1,3];金军[1,2])
    煤系“三气”共采产层组压裂裂缝扩展物模试验研究(孟尚志;侯冰;张健;谭鹏;熊振宇)
    钻井液润湿性影响页岩井壁稳定性的实验研究(蔡记华;岳也;曹伟建;杨现禹;乌效鸣)
    极弱胶结地层煤巷支护体系与监控分析(孟庆彬[1,2];韩立军;浦海;乔卫国;梅凤清;周星;李浩)
    深部动压巷道非对称变形力学机制及控制对策(陈上元[1,2];宋常胜;郭志飚[1,2];王炯[1,2];王炀[1,2])
    基于脆性模量系数的岩石应变软化及渗透率演化模型(张春会[1,2];岳宏亮;王来贵;郭晓康;于永江)
    爆生气体对邻近硐室背爆侧预制裂纹影响机理(郭东明[1,2];刘康;胡久羡;杨仁树[1,2];袁保森;赵晓娜)
    地形影响下的开采沉陷影响函数法优化(蔡音飞[1,2];VERDEL Thierry;OLIVIER Deck;李晓静)
    《煤炭学报》征稿简则
    刊首语——“深部煤层气开发与煤系‘三气’共采技术”专题
    《煤炭学报》封面

    主管单位:中国科学技术协会

    主办单位:中国煤炭学会

    主  编:胡省三

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