高煤级煤储层含水性特征及其对吸附能力的影响

为了研究高煤级煤储层含水性对吸附能力的影响,对阳泉-寿阳区块8件代表性煤样开展了镜质体反射率、显微组分、孔隙度、压汞、核磁共振和甲烷等温吸附等实验,分析了煤储层孔径分布、核磁共振T2谱响应特征、核磁孔隙度以及煤岩吸附能力,同时对煤储层含水性和煤储层吸附能力的相互关系进行了分析。研究结果表明：高煤级煤储层孔隙以微孔发育为主,孔隙含水性以微小孔中的束缚水赋存状态为主,且其含水量随最大镜质体反射率(Ro,m)的增大而增加。在影响高煤级煤储层吸附能力的多种因素中,煤储层含水性对煤岩吸附能力起着决定性的作用,尤其体现在微小孔中的束缚水对吸附能力的影响,束缚水含量越高,煤岩吸附能力越差。     

液态水影响不同煤级煤吸附甲烷的差异及其机理

以IS100等温吸附解吸仪和MTS815型电液伺服岩石实验系统为主要实验平台,应用已建立的模拟储层条件下煤样注水和注水试样等温吸附实验方法,对3种不同煤级的煤储层样品开展了高压（8～20 MPa）注水和等温吸附实验,发现储层条件下煤层中的液态水（注水煤样）对不同煤级（0.46%<Ro,max<1.72%）煤吸附甲烷影响有差异,其含水量随煤级升高呈L型降低,而吸附量则线性增加。笔者认为液态水造成吸附差异的原因是煤体润湿性的差异,对于中低煤级的煤样来说,煤表面的物理化学性质起着控制作用,直接影响着煤体润湿性,吸附势和含水量的曲线都说明了这一点。     

煤储层吸附特征研究现状及展望

从吸附机理、吸附数学模型、吸附影响因素以及多元气体吸附等几个方面，综述了国内外煤储层吸附气体研究的现状，分析了当前我国煤储层吸附研究中存在的问题和难点，对下一步煤储层吸附研究的发展趋势和需要解决的问题作了进一步的探讨。     

构造抬升过程中煤储层吸附能力的耦合效应及控制因素

煤层气盆地在地史演化过程中几乎都经历了多次抬升作用,构造抬升作用对煤储层吸附能力有着直接的影响。文中通过物理模拟实验和数值模拟对构造抬升过程中煤储层吸附能力的耦合效应和控制因素进行探讨。研究选取高、低煤阶煤储层样品进行等温吸附实验,并假定地温梯度分别为2、4和6 ℃/hm,压力梯度分别为0.3、0.5和1.0 MPa/hm模拟抬升过程中吸附量的变化。研究结果表明,煤储层在构造抬升过程中的吸附能力的变化主要受温压综合作用、煤储层热演化程度和构造抬升强度的控制。构造抬升时,温度作用效果占主导地位,煤储层吸附量增加;反之,压力作用效果占主导地位,煤储层吸附量减少。高煤阶煤层吸附量的变化量大于低煤阶变化量。抬升强度较大时煤层吸附量持续降低,较小时会使吸附量增加。煤层气在抬升过程中可能会出现吸附或解吸,与以往只是解吸的认识不同。当温度作用效果大于压力作用效果,即煤储层吸附量增加时,抬升作用易导致煤储层的含气欠饱和。     

构造抬升过程中煤储层吸附能力的耦合效应及控制因素

煤层气盆地在地史演化过程中几乎都经历了多次抬升作用,构造抬升作用对煤储层吸附能力有着直接的影响。本文拟通过物理模拟实验和数值模拟对构造抬升过程中煤储层吸附能力的耦合效应和控制因素进行探讨。研究中选取高、低煤阶煤储层样品进行等温吸附实验,并假定地温梯度为分别为2℃/100m、4℃/100m和6℃/100m,压力梯度分别为0.3MPa/100m、0.5 MPa/100m和1.0MPa/100m模拟抬升过程中吸附量的变化。研究结果表明,煤储层在构造抬升过程中的吸附能力的变化主要受温压综合作用、煤储层热演化程度和构造抬升强度的控制。构造抬升时,温度作用效果占主导地位,煤储层吸附量增加;反之,压力作用效果占主导地位,煤储层吸附量减少。高煤阶煤层吸附量的变化量大于低煤阶变化量。抬升强度较大时煤层吸附量持续降低,较小时会使吸附量增加。煤层气在抬升过程中可能会出现吸附或解吸,与以往只是解吸的认识不同。当温度作用效果大于压力作用效果,即煤储层吸附量增加时,抬升作用易导致煤储层的含气欠饱和。     

寿阳矿区深部煤层含气量预测

煤田地质钻孔瓦斯资料主要分布在1000m以浅,因而深部煤储层含气量的准确预测成为煤层气资源评价中亟待解决的问题。本文依据矿区15号煤浅部已有的含气量资料、煤的等温吸附曲线、储层压力梯度等数据对矿区深部的煤储层含气量进行了预测。     

煤储层等温吸附实验过程中参数敏感性分析

容量法等温吸附实验是测定煤储层吸附性和含气性的常用手段。实验装置中的参考缸体积V₁、装有样品时的自由空间体积V₂和压力表对等温吸附实验有着直接的影响,但是这三者对实验影响的程度目前还没有系统的认识。为了理清实验过程中各参数的影响和提高等温吸附实验的测试精度,基于波义尔定律建立了煤储层容量法等温吸附实验稳定性和精确性分析的数学模型,利用Matlab软件对吸附实验过程进行了数值模拟。研究表明,吸附实验的稳定性和准确性受压力表、参考缸的体积V₁和样品缸装有样品时的自由空间体积V₂的控制,压力表测量精度越高,等温吸附实验的稳定性和精确性就越好;压力表精度一定时,V₁和V₂的体积较小且匹配组合满足一定的条件,吸附实验才能达到较好的稳定性和精确性。利用优化方法得到的结果对鄂尔多斯盆地东缘韩城地区中煤阶煤储层开展等温吸附对比实验,结果表明,经过优化组合的吸附实验测试结果稳定和精度都有所提高,吸附量的最大差值为1.45 cm3/g,远低于未经过优化的实验所测吸附量的差值5.27 cm3/g。      

煤的等温吸附实验中各因素影响分析

为完善煤的等温吸附实验方法，本文系统研究了粒度、压力、温度、平衡时间等对不同变质程度煤吸附性能的影响；分析了各因素对等温吸附实验结果的影响原因；确定了实验的最佳条件，并以此为依据建立了煤的等温吸附实验方法的主要技术参数。     

鄂尔多斯盆地煤储层低温氮等温吸附特征分析

利用美国Micromeritcs ASAP2000自动等温吸附仪,测试了鄂尔多斯盆地煤储层孔隙特征。在测试数据分析的基础上,确定了等温吸附和脱附曲线3种类型：第1类属孔结构是具有平行板构成的狭缝毛细孔型;第2类为发育一端尖灭的不平行的裂隙型;第3类属“墨水瓶”型孔。总结了鄂尔多斯盆地煤储层几种常见的比表面积分布曲线及累计孔体积分布曲线模型。     

我国不同时代不同煤级煤的吸附特征

通过对采自不同地区,各种煤级近500个煤样平衡水分条件下的等温吸附实验数据的统计分析,研究了我国主要成煤时代、煤级和平衡水分煤的吸附特征,以及其Langmuir体积和Langmuir压力的变化规律,分析了Langmuir常数与煤岩显微组分、矿物质含量、孔隙度的关系,探讨了煤的吸附机理及各因素对煤吸附能力影响的内在原因.     

Adsorption Characteristics of Lignite in China

To help in ascertaining methane content of lignite reservoir in China,the isothermal ad-sorption measurements of methane have been performed on moisture-equilibrated coals of some typical lignite-bearing basins,which comprise maximum reflectance of vitrinite(Ro,max) ranging from 0.24% to 0.50%.Related to other coal properties,our analysis shows that methane adsorption of lignite is mainly affected by coalification,as well as by maceral composition,moisture content,and seam temperature.Maximum methane capaci...     

低煤阶煤中甲烷扩散性能分析

甲烷在煤基质中的扩散性能是影响煤层气产出的重要储层参数。采用云南东南部地区新近系中新统小龙潭组褐煤样品,开展了低煤阶煤中甲烷等温吸附实验。基于等温吸附实验获得的吸附量与时间的关系数据,应用一元孔隙结构气体非稳态扩散模型,计算了煤中甲烷气体扩散系数,揭示了煤中甲烷扩散规律和控制机理。研究结果表明,低煤阶煤中气体扩散规律服从Langmuir方程,煤中甲烷有效扩散系数和扩散系数随着压力的增高而增大;吸附时间常数随着压力的增高而减小,服从负指数函数规律。4个实验煤样Langmuir有效扩散系数和扩散系数分别是（1.71~5.46）×10-4 s-1和（2.17~6.91）×10-12 m2/s,Langmuir压力为0.63~1.97 MPa。在相同温度和压力条件下,干燥煤样的有效扩散系数和扩散系数大于平衡水分煤样,随着温度的增高,其有效扩散系数和扩散系数增加,煤中气体扩散性能增强。      

煤层气吸附量动态变化模型研究

基于吸附势理论、气体状态方程,建立了煤储层压力与煤体吸附半径、孔隙半径与煤体吸附量、储层压力与煤体吸附量之间的关系模型,得出储层压力、吸附量、孔隙半径等多参数耦合的煤层气吸附量动态变化模型,利用潘庄区块煤体结构测试数据以及等温吸附试验结果对模型进行了验证。结果表明:潘庄区块以孔径小于7.7 nm的微孔为主,以孔径7.7 nm为临界点孔容呈先减小后增大趋势;模型计算的吸附量动态变化结果与煤体空气干燥基等温吸附变化结果在趋势上具有较高的一致性,模型的起始点为枯竭压力以及枯竭吸附量,得出潘庄区块枯竭吸附量为3 m3/t。模型不仅能够计算地层条件下不同温度和压力共同作用下煤体对甲烷气体的吸附量,且能够预测煤层气排采过程煤层气吸附量的动态变化,有助于确定煤层气排采工作制度以及提高煤层气采收率。      

煤层含气量预测方法

含气量是进行煤层气资源计算与选区评价的关键。在有效含气量数据太少,不能满足研究工作需要的情况下,根据少量实测含气量数据和煤的等温吸附曲线、储层压力梯度、煤的水分、灰分数据,预测未知区煤层气量,是一种行之有效的方法。实践证明,预测含气量数据与实测含气量数据比较接近,能保证资源量计算及资源评价结果的可靠性。     

甘肃省陇东地区煤8储层特征及煤层气勘查前景分析

陇东地区位于鄂尔多斯盆地西南缘,地质勘查程度高,煤炭资源丰富。据近年来煤炭地质勘查及煤层气参数孔等资料,对主要可采煤层煤8储层从含气性、储层压力、渗透性及等温吸附解吸/吸附特征等方面进行了综合分析,认为煤储层裂隙较发育,总体渗透率为中等,属常压、欠饱和储层,煤层含气量最高可达11.51m^3/t,虽然整体含气量偏低,但存在煤层气局部富集的现象,据此提出和盛-荔堡、付家山等5个远景区。     

山西省煤层气资源量及可采潜力

山西省煤层气资源丰富,开发条件优越。在以往研究成果的基础上,根据大量的煤田钻孔、煤层气井和煤样等温吸附实验等资料,分析了煤层含气性、煤级、储层压力、温度、煤的吸附能力、含气饱和度等特征,对山西省深部煤层含气量进行了预测,估算了煤层气资源量及可采潜力。研究结果表明,煤级、储层压力、温度、煤的吸附能力、含气饱和度等参数直接或间接受埋深控制,并通过等温吸附方程综合影响深部煤层含气量,含气量随埋深的增加而增加,但增加趋势变缓;估算2000m以浅煤层气资源量约8.3万亿m3,煤层气平均可采系数在30.0%~56.7%。     

沁水盆地南部煤中矿物赋存特征及其对煤储层物性的影响

煤中矿物可以影响煤储层物性,进而影响煤层气的开发。运用光学显微镜和扫描电镜研究沁水盆地南部煤中矿物的种类、含量和赋存特征。基于煤储层的平衡水等温吸附实验和压汞实验,研究了沁南地区煤中矿物对煤储层吸附性能和孔渗性能的影响。结果表明,柿庄北区块3号和15号煤平均矿物含量分别为10.68%和12.81%,且15号煤硫化物含量较高。扫描电镜下可观察到充填煤储层胞腔孔、粒间孔隙和微裂隙的方解石、黄铁矿、高岭石和石英。孔隙度和渗透率以及兰氏体积和煤中大中孔比例均随灰分产率的增加而减小,表明煤中矿物的存在会降低煤储层的吸附性能和孔渗性能,煤储层中矿物充填主要影响煤的大中孔和裂隙,影响煤层气在割理和裂隙中的渗流,导致孔隙度和渗透率下降,而少量粘土矿物充填微孔可导致煤的吸附性能下降。     

不同含水性无烟煤CO2吸附行为及其对地质封存的启示

深部煤层CO₂地质封存是助力“碳达峰碳中和”战略的重要途径,煤层含水性对以CO₂吸附封存为主的深部煤层CO₂地质封存能力影响显著。以无烟煤为例,开展了45℃下干燥、平衡水、饱和水煤样高压CO₂等温吸附实验,校正了饱和水煤样过剩吸附曲线,利用改进的D-R吸附模型拟合得到三者吸附能力与吸附热,对比了不同含水条件下CO₂绝对吸附曲线,阐释了饱和水增强无烟煤吸附能力的微观作用机理。结果表明:(1)干燥、平衡水、饱和水煤样CO₂吸附能力分别为56.72、45.19和48.36 cm3/g,吸附热分别为29.42、26.23和27.24 kJ/mol。(2) CO₂密度小于0.16 g/cm3(6.48 MPa)时,无烟煤CO₂绝对吸附量大小顺序为干燥煤样、饱和水煤样和平衡水煤样,而CO₂进入超临界状态后,顺序变为饱和水煤样、干燥煤样和平衡水煤样。(3)水分子优先占据高能吸附位是平衡水煤样吸附能力减弱的主要原因,而煤?水体系与CO₂相互作用强于CO₂与H₂O竞争吸附下的煤?CO₂相互作用是饱和水煤样在CO₂超临界阶段吸附能力高于干燥煤样的根本原因。(4)吸附封存是煤层CO₂地质封存的主要形式,深部煤储层条件下,煤层饱和水对超临界CO₂增储作用更为明显,高压注水是提高深部煤层CO₂地质封存潜力,改善煤储层渗透性的有效手段。      

沁水盆地南部深部煤层超临界CO2吸附特征及其控制因素

为揭示深部煤层超临界CO₂（ScCO₂）吸附特征及其控制机理,以沁水盆地南部余吾矿、寺河矿、成庄矿的3号煤为研究对象,通过自制等温吸附仪进行了不同温度（45℃,62.5℃,80℃）、最高压力达到CO₂超临界压力以上时的等温吸附实验。研究结果表明:高温高压条件下ScCO₂吸附曲线不同于常温常压下CO₂吸附曲线,随压力升高ScCO₂过剩吸附量和绝对吸附量分别呈4段式和3段式变化,ScCO₂达到过剩吸附量峰值出现的压力点具有随温度升高向高压增高的特征;ScCO₂过剩吸附量远低于绝对吸附量,无法采用Langmuir吸附模型进行解释;温度对ScCO₂吸附抑制明显,水分对ScCO₂吸附没有起到抑制作用,灰分含量较高对ScCO₂吸附量有明显抑制作用,煤中高镜质组含量和高R_max对ScCO₂吸附具有较明显的促进作用;超临界状态下煤对ScCO₂的吸附量大小由微孔和过渡孔所控制,且与微孔比表面积大小有关,高变质煤对ScCO₂的吸附能力降低可能是因微孔中矿物充填所致。