华北上古生界煤层甲烷稳定碳同位素组成与煤层气解吸——扩散效应

华北上古生界浅层煤层甲烷稳定碳同位素具有颁布范围广、组成偏轻的总体分布特点,在进入高煤级煤阶段之后开始接近或落入腐殖型常规天然气甲烷稳定同位素分布范畴。该区浅层煤层甲烷稳定碳同痊素偏轻的现象主要起源于热力馏背景之上叠加的解吸－扩散效应,由此导致了煤层气原生带→过渡带→解吸带的垂向分带特征。     

沁水煤层气田高阶煤解吸气碳同位素分馏特征及其意义

沁水盆地是我国煤层气勘探开发的重要有利区,沁水煤层气田位于盆地东南部。对采自沁水煤层气田两口井的煤开展了罐解吸实验。结果表明,该地区煤层气解吸速率很快,96 h后解吸气量都达到了总解吸气量的60%~85%,720 h后解吸过程基本结束;解吸气量大,平均在18 m3/t以上。煤层气解吸过程中甲烷发生碳同位素分馏,δ13C1值变化与解吸率呈良好的线性关系,参考这种正相关关系曲线,定期监视煤层气降压排采过程中甲烷δ13C1值的变化情况,可以大致推测出该地区煤层气解吸率,从而预测煤层气的采出程度。跟踪测试沁水煤层气田A1和A1-3井在试采过程的甲烷δ13C1变化情况,推测现在采出的煤层气可能主要是煤层裂隙中以游离形式存在的煤层气,表明该区煤层气稳产性较好,资源前景广阔。     

潞安—晋城矿区煤层气采收率分析

根据煤田地质瓦斯资料和煤层气参数井测试成果，分析了潞安－晋城（新区）矿区主煤储层的平均含气量、饱和度、临界解吸压力、理论采收率以及煤层甲烷解吸率、可解吸量等数据，得出本区主煤储层平均解吸率约为38％，高于全国其它地区。     

吸附势理论在煤层气吸附/解吸中的应用

煤层气的吸附/解吸将导致煤层甲烷碳同位素以及煤层气多组分分馏,使得煤层气富集区预测成为可能;并为揭示注入CO2增强CH4产出提供依据。本文根据Polanyi吸附势理论和实测及收集的等温吸附试验数据,探讨煤层甲烷碳同位素和多组分气体的分馏。通过研究,得到如下两个结论：①13CH4在煤表面的吸附势普遍高于12CH4,也就是说13CH4与12CH4相比具有优先吸附、滞后解吸的特点。这种差异具有随压力增加而增加的特点。②煤层气吸附/解吸过程中CH4和CO2的分馏可归纳为以下3种情形： a. CO2和CH4的吸附/解吸等温线不相交,CO2的吸附势大于等于CH4,在CO2和CH4吸附势接近的中压阶段(1~2.5 MPa)不利于注CO2驱CH4,高压、低压阶段均有利; b. 因CH4的吸附/解吸等温线相交造成CH4和CO2的吸附特性曲线相交,在高压条件(>2.5 MPa)下利于注CO2驱CH4; c. 因CO2的吸附/解吸等温线相交造成CH4和CO2的吸附特性曲线相交,在高压条件(>2.5 MPa)下利于注CO2驱CH4。吸附势理论的引入为定量评价注入二氧化碳驱甲烷工艺参数和有利储层的选择提供了方法,并揭示了在高压条件(>2.5 MPa)下总是有利于向煤层注入CO2强化CH4产出。     

中国部分煤储层解吸特性及甲烷采收率

根据常压下的解吸实验和煤层气参数井实测数据分析,我国煤的解吸特笥变化较大,解吸率主要受煤层埋深及煤级的影响。最侍解吸深度一般在４００～６００ｍ之间,镜质体反射率小于３％时,随煤级的升高而增大;大于３％时,则相反。我国煤储层的吸附时间长短琚煤级没有特定关系,但在某些地区工层的含气量高低有关,甲烷含量低则吸附时间长,尤其是小于８ｍ＾３／ｔ时急剧增长。从现有资料看,我国煤储层的吸附时间一般不超达９ｄ。煤     

煤层气井实际解吸阶段影响因素及意义

为了明确煤层气井解吸段数的确定方法及影响因素,基于前人提出的解吸阶段划分方法,提出了实际解吸段数概念和相应的确定方法,基于沁对水盆地和鄂尔多斯盆地东缘煤层等温吸附参数和解吸压力数据研究,了解吸段数的影响因素及意义。结果表明,此次所提方法能够有效确定煤层气井解吸段数并估算初始解吸效率,煤层气井实际解吸阶段由兰氏压力、兰氏体积和解吸压力决定。兰氏体积增加,解吸阶段减少,解吸效率增加;兰氏压力增加,解吸段数先减少后增加,初始解吸效率先增加后降低。解吸压力越高,煤层气开发经历的解吸阶段越多,初始解吸效率越低。实际解吸阶段是煤层气储层评价的有效参数,沁水盆地南部煤层气井只有1～2个解吸阶段,大部分处于敏感解吸阶段,总体解吸效率较高。鄂东缘煤层气井一般有3～4个解吸阶段,解吸效率整体较低。     

晋城矿区煤层瓦斯地质特征

晋城矿区位于山西省沁水煤田东南部，是我国重要的无烟煤基地之一。但由于该区煤层瓦斯含量高、浓度大，成为煤矿安全生产的主要影响因素。本文收集、整理该区大最瓦斯地质资料，分析研究了该区煤层瓦斯的赋存特征和分布规律，阐述了影响煤层瓦斯形成和赋存的主要因素。     

晋城新区煤层瓦斯赋存特征及评价

分析了晋城新区3^#煤的瓦斯成分和含量在区域上的分布特征,探讨了煤层埋深、地质构造、围岩条件、煤层物性等对瓦斯含量的影响,并对煤层甲烷资源和煤与瓦斯突出进行了评价。     

提高解吸速度是煤层气藏工业化生产的关键

煤层气开采机理是排水—降压解吸—扩散—渗流—生产。提高解吸速度是煤层气藏工业化生产的关键。解吸速度可分为单位体积解吸速度和体积解吸速度。通过井网选择,增大解吸体积、提高解吸体积是实现煤层气工业化生产的有效途径,特别是割理不发育、含气量不太高、致密低渗透煤层气藏工业化生产的可靠措施。方形井网的解吸体积、解吸速度比直线井网大。     

山西晋城地区煤层气钻井完井技术

通过对晋城地区所钻煤层气井的钻井完井技术总结, 提出了适合该地区煤层气开发的钻井技术、完井技术、煤层保护技术、绳索取心技术、固井技术等。     

晋城煤层气藏成藏机制

通过晋城煤层气的规模开发、压裂煤层气井的解剖、井下煤层瓦斯抽放、构造地应力场研究、煤储层大裂隙系统“CT”式解剖与煤层气封闭保存条件研究, 发现3#煤储层内部存在大量煤层气包, 构造微破裂作用促使煤层气包之间广泛合并联通, 煤层气包内部储层的非均质性弱化, 渗透率增加, 煤层气包内部的游离气体比例增加, 流体压力系统边界逐渐清晰并形成煤层气藏. 揭示煤层气藏的成藏机制, 认识煤层气藏的内部细节特征, 促进了该区的煤层气开发技术进步, 提高了井下煤层瓦斯的抽放效率.      

煤储层物性对甲烷碳同位素分馏的影响

煤层气作为一种吸附气,在储层中解吸扩散运移时甲烷碳同位素发生分馏。笔者通过采集山西晋城和新疆昌吉不同演化程度的煤样进行解吸试验,系统记录整个解吸过程中甲烷碳同位素组成的变化情况,研究了储层物性对甲烷碳同位素分馏的影响。结果表明：对于基质致密的煤样,解吸气体的δ13C1随时间增加逐渐变重,其变化的速率具有先快后慢的阶段性特点。对于基质疏松的煤样,解吸气体的δ13C1随时间增加先轻后重,这是由于取芯操作及煤样解吸过程中的基质收缩变形破坏了煤体原生结构,从而对正常的同位素分馏效应产生了影响。随着成熟度的增高,煤中微孔丰度增加,气体解吸扩散过程中受的限制增强,同位素分馏效果更显著。压裂裂缝的存在影响了煤层甲烷碳同位素的分馏效果,使得试采过程中井口气样δ13C1的变化规律不明显。     

煤层气解吸特征的实验研究

利用液固吸附的一般实验发现煤的孔隙分布不均,中高阶煤以0.8～15 nm孔径为主要优势。小孔表面曲率变化较大,孔径变化可用Weibull不对称函数表示,进而推导气固吸附方程。通过对山西晋城寺河3#煤、陕西韩城象山3#煤、新疆六道湾43#煤的等温吸附解吸实验并利用SPSS软件进行数据拟合,发现其r2皆大于Langmuir方程的拟合效果,所以利用Weibull函数来表征煤层气的解吸过程有利于指导煤层气排采实践。     

煤层甲烷碳同位素在煤层气勘探中的地质意义--以沁水盆地为例

根据沁水煤层气甲烷碳同位素的组成与分布特征,从煤层甲烷碳同位素在煤层气解吸-扩散-运移中的分馏效应,结合水文地质条件和构造条件,讨论了煤层甲烷碳同位素在煤层气勘探中的地质意义,认为沁水煤层气δ13C₁值不仅总体上较高,而且随埋深增大而增高,说明沁水煤层气存在因煤层抬升而卸压所导致的煤层气解吸-扩散-运移效应,从而形成了该区甲烷碳同位素在平面上的分带现象。     

热成因甲烷碳同位素分布的形成机制

很多学者从不同的角度用不同的方法模拟了从有机母质 (包括煤和干酪根等气源 )形成天然气 (甲烷 )时的碳同位素分馏效应 ,建立了碳同位素分馏效应的很多模型 ,同时也讨论了催化作用和成烃后作用对天然气碳同位素的影响。但这些理论模型和模拟实验结果都还不能完全地拟合自然界中热成因甲烷碳同位素的分布 ,也未能从本质上完全阐明其碳同位素的分馏机制。其原因是各种模型的前提假设都未能完全满足复杂的自然界条件。今后工作的重点应放在用化学动力学的方法建立更完善的模型上 ,同时也应当重点考虑催化作用和成烃后作用对天然气同位素的影响。     

阜新盆地刘家区煤储层综合分析

在对阜新盆地刘家区构造演化及构造特征、煤层发育特征、煤的化学成分及排采试验资料分析的基础上,对研究区煤层气含量、煤的吸附性、煤层渗透率、煤储层压力、临界解吸压力、煤体结构、煤层气产出特点进行了综合研究。认为研究区煤层分布广、厚度大、丰度高,煤的吸附能力强;而且埋深与辉绿岩侵入体是控制煤层气含量的主要因素,成煤后期构造运动是影响煤储层渗透率的关键因素。煤层气开发有利区应在向斜翼部和岩墙、岩床附近煤变质程度高的区域。     

对煤层气井施工技术的认识

根据施工煤层气井的成功实践,介绍了有关煤层气井的钻井,固井工程及煤层改造等技术措施。     

中国煤层气勘探开发技术

中国煤层气资源丰富，近１０年在煤层气勘探开发技术方面形成了包括煤层气钻井取心、试井、完井、强化压裂和排采系统配套的工程工艺技术。介绍了这套煤层气勘探开发工程工艺技术的基本内容、特点及应用情况。