柳林区块煤层气井煤粉产出影响因素分析

煤粉产出是影响煤层气开发的关键因素,查明煤粉产出的影响因素对于煤粉预防和管控具有重要意义。基于柳林区块的地质背景和煤层气开发情况,通过对现场排采井的生产曲线及排采过程和钻井过程中产出煤粉的研究,从静态因素和动态因素两方面分析了影响研究区煤层气井煤粉产出的控制因素。研究表明,由于煤粉问题导致修井作业造成的排采不连续对煤储层的伤害非常大,修井作业后重新排采,产气量很难恢复到原有的稳定产气水平。煤储层中镜质组和黏土矿物的占比越高,越容易产生煤粉。不同类型煤体结构煤储层产出煤粉浓度：Ⅲ类煤>Ⅱ类煤>Ⅰ类煤。煤层结构越复杂,含夹矸层数越多,越容易产生煤粉。多分支和单分支水平井产出的煤粉浓度普遍高于直井和定向井。水平井水平段井眼沿最大水平地应力方向钻进更容易产生煤粉,井斜越大越容易产生煤粉。排采速度突然增加,会导致煤粉产出增多,煤粉粒度呈现双峰分布。     

基于煤层气高效开发的煤粉凝聚–沉降机制研究进展

大量低产低效井严重阻碍我国煤层气产业发展,其中,煤粉沉降导致的裂缝堵塞、管柱结块是气井稳产时间短、产气量降低甚至不产气的重要因素。系统梳理国内外煤层气井产出煤粉物质组成、生成机理、悬浮运移和产出控制等研究最新进展,总结煤粉凝聚–沉降及分散行为控制机理及关键问题,提出研究展望。煤粉问题伴随煤层气勘探开发全过程,涉及地质选区评价、工程压裂施工和排采管理控制的各个方面。煤粉包括因煤体结构破坏生成的原生煤粉和工程施工形成的次生煤粉,在气井产出中以有机碎屑和黏土矿物组成的混合物为主,部分样品黏土矿物含量高。煤粉悬浮运移受控于储层条件下煤岩结构和表面性质、nm~μm级煤粉颗粒的相互作用、有机质和黏土矿物的作用、通道内的气水流动等因素。煤粉能够适度稳定产出是排采管控的关键,涉及地层水环境对煤粉表面润湿性、表面电性和空间位阻效应的影响及作用机制,以及分散剂离子加入对煤层气的解吸和渗流能力影响等。围绕煤粉“黏附–润湿–凝聚–沉降全过程开展实验模拟”和“煤粉分散稳定性优化及流动实验”研究,以及煤粉理化性质精细表征、凝聚沉降机理分析和分散行为界定,提出适合煤粉稳定运移控制的流速,形成保持煤粉悬浮产出的基础性依据,为保障煤层气–水–煤粉稳定高效产出提供理论和技术支撑。     

水化学性质对煤粉聚集沉降的影响实验

煤粉问题制约着煤层气井高效开发,煤粉聚集会导致储层渗透率和产气能力降低。为了查明水矿化度和水化学类型对煤粉聚集的影响,针对水化学类型为NaHCO₃、Na₂SO₄、CaCl₂和MgCl₂和水矿化度为3 000mg/L、6 000mg/L、12 000mg/L、18 000mg/L的水溶液,开展了不同矿化度和水化学类型的水对煤粉聚集影响的实验。从煤粉聚集沉降情况观察、煤粉悬浮液中煤粉质量浓度及煤粉粒度分布,探究了煤粉在不同矿化度和水化学类型的煤粉悬浮液中的聚集沉降特征。结果表明：随着煤粉悬浮液静置时间的增长,各水化学性质煤粉悬浮液的颜色均不同程度的变浅,逐渐出现分层。在矿化度为3 000～18 000mg/L的煤粉悬浮液中,随着悬浮液矿化度的增加,煤粉在悬浮液中的聚集性增强。在四种水化学类型的悬浮液中,煤粉在CaCl₂和MgCl₂煤粉悬浮液中聚集最强,在NaHCO₃煤粉悬浮液中聚集最差。根据扩展DLVO理论,煤粉悬浮...     

煤层气开发中煤粉产出机理及管控措施

煤粉问题是制约煤层气连续稳定排采的关键因素之一。以韩城煤层气区块为研究区,采用煤层气井现场监测、实验测试分析、物理模拟实验、现场工程应用相结合的方法,从煤粉产出的影响因素及成因、煤粉产出规律及管控措施方面,开展了煤粉产出机理及管控措施的系统研究。研究结果表明：影响煤粉产出的因素分为煤储层物性静态地质因素与煤层气开发动态工程因素两类。指出了不同煤体结构煤产出煤粉的倾向性及特征不同。碎粒煤和糜棱煤产出的煤粉体积分数高,产出煤粉量大。产出煤粉的成分以无机矿物和镜质组为主。在煤层气不同排采阶段,产出煤粉的体积分数和粒度特征具有明显的阶段性变化。在煤粉产出机理研究的基础上,结合煤层气井生产实践,从地质预防、储层改造、设备优选、生产预警、排采控制和工艺治理方面,提出了一套煤粉管控措施体系。应用于韩城区块煤层气井的煤粉管控,取得了良好效果。     

煤粉的成因机制-产出位置综合分类研究

基于我国煤层特性和煤层气井的排采工艺,分析了煤层气生产过程中产生煤粉的原因。综合考虑煤粉成因机制、产出来源、对生产的影响等因素,提出煤粉的成因机制一产出位置综合分类体系。煤层的自身性质是煤粉产出的基础,而工程扰动是煤粉产出的诱因。以煤粉综合分类体系为基础,讨论了合理控制煤层气排采过程中煤粉产出的措施。     

临汾区块煤层气井排采中产出煤粉特征

基于煤层气井产出煤粉浓度的现场连续监测,采用煤粉浓度监测仪、激光粒度测试仪、反射偏光显微镜、X射线衍射、电子扫描电镜带X射线能谱仪,研究了临汾区块煤层气井排采过程中产出煤粉的浓度、粒度、成分和表面特征,分析了煤粉特征的影响因素,探讨了煤粉产出机理。结果表明,临汾区块平均煤粉浓度随排采阶段的变化趋势是排水降压阶段<憋压排采阶段<气水合采阶段;不同开发层段产出的煤粉浓度变化趋势是单采5号煤<合采5号和8号煤<合采（4+5）号、（8+9）号煤。煤粉颗粒粒径分布范围广,为0.5~1 000 μm,多集中在100 μm以下。煤粉成分以无机矿物和镜质组为主,无机矿物以硬石膏、黄铁矿和伊利石为主。将煤粉颗粒分为光滑表面和粗糙表面两种,光滑表面的煤粉颗粒以C元素为主,粗糙表面的煤粉颗粒以Fe、S、O元素为主。煤粉产出与煤中矿物含量、镜质组含量以及构造煤发育程度和排采阶段有关。     

煤层气开发中煤粉问题的研究现状及研究思路

随着煤层气的开发,煤粉问题已逐渐成为制约煤层气开发的重要问题。由于近年来煤粉问题才开始被关注和重视,煤粉研究缺乏系统科学的研究思路和方法,从煤粉的危害、煤粉形成机制、煤粉产出规律及煤粉管控措施方面,总结了煤层气开发中产出煤粉的研究现状,指出了煤粉研究的不足,提出了一套由理论依据、研究内容、研究方法等核心环节构成的煤层气开发中煤粉问题的研究思路与方法：以煤层气地质与开发学、煤田地质学、岩石力学和流体力学等多学科理论为指导,以《煤层气勘探开发规范》《煤层气井监测方法》《测试分析技术方法》等相关技术标准和规范为依据,以历年煤层气地质资料和煤层气排采数据为基础,按资料收集→现场监测与采样→测试与数据处理→物理模拟与数值模拟→专题制图与综合分析→技术设备研发→现场工程应用的工作流程和方法,以煤粉产出的影响因素、煤粉产出机理、煤粉产出规律和煤粉管制措施等为主要研究内容,选择典型煤层气示范区,开展全面系统的煤粉研究工作,为实现煤层气高效开发提供保障。本研究思路与方法为科学研究煤粉问题提供方法学依据。     

煤层气排采非饱和流阶段煤粉–气泡耦合作用机理

揭示煤层气排采储层非饱和流阶段煤粉与气体相互作用机理,对制定排采制度和提高产气量具有重要意义。通过气泡–煤粉微观作用实验装置,系统开展了不同直径大小的气泡对不同粒度和密度煤粉的作用实验,分析了气泡对煤粉运移轨迹和速度的影响及捕获煤粉特征。结果表明,气泡产出能够影响煤粉的运移轨迹,甚至能够捕获煤粉;煤粉通过气泡时会产生3种运动类型：沿着气泡表面运移到气泡底部最后被捕获、沿着气泡表面运移到气泡底部最后脱落及接近气泡时被排斥而轨迹发生偏转。煤粉若被气泡捕捉,则运动速度呈现出减小–增大–减小的变化特征;若未被气泡捕获,速度呈现出减小–增大–减小–增大的变化特征。不同条件下气泡对煤粉的捕获效率高达64.38%～86.64%;在气泡表面最高点附近发生碰撞煤粉被捕获的概率最大,并且随着偏离角度的增大,气泡捕获效率均呈现出逐渐减小的趋势;在相同的碰撞位置下,气泡对煤粉的捕获效率随着煤粉密度、煤粉粒径的增大而减小,随着气泡直径的增大而增大。煤层气产气初期应根据储层的实际导流能力合理控制降压速率,若储层导流能力较强,应加大排采速率,增大气体解吸对煤粉的扰动和捕获作用,促使大量煤粉随地下水或气泡产出;若储层...     

煤层气水平井煤粉产出及运移特征

煤粉是煤层气水平井排采中的不利因素,影响煤层气的产能。根据沁水盆地南部樊庄区块煤层气水平井的排采数据,分析了煤粉产出特征;通过煤粉在支撑裂缝中运移的物模试验,揭示了煤粉在支撑裂缝中的运移和伤害规律;利用流体迁移规律研究装置,进一步研究了煤粉在水平井筒的流动规律,建立了煤粉运移模型。研究结果表明：煤粉主要来源为钻井过程中钻具对煤层的研磨及压裂过程中大排量携砂混合流体对裂缝煤壁的摩擦和冲刷;煤粉对支撑裂缝中导流能力伤害率达90%,且排采速度越大,出煤粉量越多;煤粉在水平井筒中运移的流型为层流流动,通过控制压力、流量和煤粉含量,可在排采初期实现对煤粉的控制。     

煤层气开发中不同粒度煤粉的聚集沉降实验

在煤层气开发过程中,煤粉聚集及沉降会堵塞煤层气运移通道及导致卡泵、埋泵等事故。为了查明不同粒度煤粉的聚集及沉降特征,选取粒度>140目（<106 μm）、>70~140目（106~<212 μm）和>50~70目（212~<300 μm）3种粒度范围的煤粉,开展了在去离子水中煤粉的聚集及沉降实验,从煤粉聚集及沉降特征观察、悬浮液中煤粉含量及煤粉粒度分布探究不同粒度煤粉在去离子水悬浮液中的聚集及沉降特征。结果表明,随着静置时间的增加,各粒度煤粉悬浮液的颜色均不同程度地变浅,逐渐出现分层,其中,粒度>140目的煤粉悬浮液最先出现分层。煤粉粒度越小,煤粉悬浮液顶部漂浮的煤粉量越多;煤粉粒度越大,其下沉到煤粉悬浮液底部的煤粉量越多。不同粒度煤粉悬浮溶液中煤粉含量均随着静置时间的增加呈现不同程度的降低,在停止搅拌后3 min内,煤粉含量下降最快,粒度为>70~140目的煤粉悬浮液中煤粉含量最大。根据不同粒度煤粉悬浮液中煤粉粒度分布曲线,将煤粉聚集及沉降过程分为3个阶段：单峰变双峰阶段（煤粉快速上浮及沉降）、双峰变单峰阶段（煤粉快速聚集及沉降）和单峰阶段（煤粉缓慢沉降）。粒度>140目的煤粉在悬浮液中最先达到缓慢沉降阶段,粒度>70~140目的煤粉在悬浮液中最后到达缓慢沉降阶段。从煤粉的受力、扩展的DLVO理论及煤粉的有机分子结构方面探讨了煤粉聚集沉降的机理：煤样含有大量的脂肪烃和芳香烃等疏水性基团,疏水性强,润湿性低;随着煤粉粒度的减小,其比表面积显著增大,煤粉表面吸附大量空气,形成气膜;同时,煤粉颗粒间相互吸附聚集,内部形成很多微孔隙,导致粒度小的煤粉易聚集漂浮在悬浮液面上。实验得到的不同粒度煤粉的上浮、下沉及悬浮情况,为后期煤层气开发中煤粉管控措施提供依据。     

煤层气井产出煤粉浓度与地质因素的灰色关联分析

根据对临汾区块煤层气井产出煤粉情况以及该区块地质条件的研究,确定了临汾区块煤粉产出的主要地质影响因素,指出煤粉产出主要受煤体结构、煤层厚度、煤层结构和煤层埋深影响。利用灰色关联分析方法确定了不同地质因素与产出煤粉浓度的相关性,结果表明：煤体结构、纯煤厚度、煤层埋深和煤层结构相关系数分别为0.909 5、0.685 7、0.627 1和0.627 3,分析认为煤体结构对煤粉产出影响远大于其他影响因素,是影响煤粉产出的最关键因素。     

蒙东地区露天矿边坡稳定性影响因子与敏感度分析

边坡稳定性对露天煤矿安全高效开采至关重要。在系统总结蒙东地区露天煤矿赋存条件的基础上,提出了该地区露天煤矿边坡的工程地质特征及稳定性影响关键因子。采用正交试验与极差分析法,对该地区露天煤矿边坡稳定性影响因子的敏感度进行了研究。研究结果表明：软弱结构面分布特征、软弱结构面强度及变形特征、地下水疏排效果和综合帮坡角是控制该地区露天煤矿边坡稳定性的关键因子;不同开采阶段边坡稳定性影响因子的敏感性会发生变化,边坡防治策略及重点也应相应调整。     

露天煤矿边坡稳定性影响因素的敏感性正交分析

对白音华三号露天煤矿复合边坡稳定性进行评价。借助理正软件,采用极限平衡法计算的稳定系数为评价指标,通过多因素敏感性分析认为,地震作用、粘聚力、内摩擦角、地下水位和重度等因素对该边坡稳定参数的敏感性依次变小。这一研究结论与工程实际基本相符。     

Analysis of rock structure stability in coal mines

In this paper, the theory of limit point instability is used to analyse the stability of rock structures in coal mines. A general method of analysing stability of rock structures is put forward and a uniform instability condition of rock structures is set up. Some instability phenomena, such as rock bursts in circular roadways, pillars and long walls, and the outburst of coal and gas from circular roadways, are discussed analytically. At a later stage, the critical point of rock structure instability is determined. The influence of relative parameters (such as the mechanical properties of rock, coal, and the geometric sizes) on the stability of the rock structures is carefully analysed. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

煤中气孔的发育特征与影响因素浅析

以煤田地质学和煤岩学研究为基础,以场发射扫描电镜为主要观测手段,对不同地区、不同地质时代、不同变质程度的煤进行纳米级气孔研究。结果表明,煤中气孔是煤变质过程中煤层气（瓦斯）生成、聚集与气体逸散后留下的孔隙,属次生孔隙,孔径以纳米级为主,形状多为圆形,密疏不等,分布很不均匀,多个气孔密集,常组成气孔群、气孔带、气孔窝。气孔发育受多个因素影响,显微组分是主要内在因素,变质速率是重要外在因素,变质程度也是影响因素之一。根据镜下可见度,将气孔发育程度描述为发育和不发育,前者密集状气孔多见,后者偶见或仅见稀疏状气孔。根据气孔的发育程度,可以评价煤储层的生气方式和潜力,气孔发育程度越高,指示生气潜力越大。     

贵州对江南井田地面煤层气抽采潜力分析

对江南井田位于贵州织纳煤田西部,为高阶无烟煤赋存区,煤层发育具有层数多、厚度薄、成群分布\     

突出危险煤渗透性变化的影响因素探讨

通过对突出危险煤渗透性试验研究,系统分析了不同围压、不同瓦斯压力和不同应力-应变状态条件下突出煤样的渗透特性,分别建立了突出危险煤的渗透性与围压、瓦斯压力和应力-应变等主要控制因素之间的定性和定量关系,探讨了不同载荷条件下突出危险煤渗透性的控制机制和变化规律。研究结果表明,载荷条件对突出危险煤的渗透性具有重要影响：(1) 在固定瓦斯压力条件下,突出危险煤样的渗透率随围压的增大而减小,且服从指数函数变化规律。(2) 在固定围压条件下,受Klinkenberg效应影响,渗透率与瓦斯压力之间大致呈“V”字型变化;Klikenberg效应发生在瓦斯压力p < 1 MPa的范围内。(3) 在三轴压缩下的应力-应变全过程中,不同载荷条件下突出危险煤样的渗透率-应变曲线变化趋势几乎一致,且都呈“V”字型走势;在微裂隙闭合和弹性变形阶段,煤样渗透率随应力增大而减小;进入屈服阶段后,渗透率达到最小值并在峰值强度到达之前完成反超过程;峰值强度之后渗透率持续增大直至试验结束;煤样渗透率反超后的变化要较反超前变化平缓。     

煤层气与煤炭资源协调开发浅析

煤层气与煤炭资源协调开发,是指从煤层气和煤炭为密切共生的不同物相的矿产资源这一基本事实出发,考虑其开采在时间顺序、空间布局、相互影响等关系,按照“采气-采煤一体化”、“地面与井下立体开发”的技术思路,在资源勘查、开发规划与设计、开采途径和技术应用等方面统一部署,相互协调,以实现对这两种矿产资源进行合理、有效的开发利用。从煤层气的资源地位、煤矿安全生产需求和建设循环经济的需求等3方面阐述了协调开发的意义;并指出协调开发技术包括煤层气与煤炭资源同步勘探和协调开采两个方面。