鄂尔多斯盆地东缘煤层气储集与产出条件

对鄂尔多斯盆地东缘58件煤岩样品进行块煤光片法显微裂隙测试、低温氮比表面测试和压汞孔隙结构测试.结果表明,鄂尔多斯盆地东缘煤储层孔裂隙系统具有以下特点：显微裂隙密度大多数在20～100条/(9 cm²)之间,构造活动强烈地区微裂隙发育增多;煤储层孔隙度相对较小,孔隙结构以小孔和微孔为主,大孔次之,中孔发育最差;BET比表面积总体较高,介于0.092～20.480 m²/g,煤储层吸附能力强.运用Q型聚类分析方法,划分出4类具有不同孔隙系统的储层,结合显微裂隙发育情况得出：Ⅰ类储层显微裂隙较发育,孔隙度大,孔隙结构合理,比表面积较高,为煤层气勘探开发的有利储层;Ⅲ类储层构造微裂隙发育,但渗透性差,孔隙度、比表面积较小,中孔不发育,为煤层气勘探开发的不利储层;Ⅱ类储层介于Ⅰ,Ⅲ类储层之间,为煤层气勘探开发的较有利储层;Ⅳ类储层微裂隙发育,孔隙度中等,大、中孔发育,渗透性能较好,但储层比表面积较低,限制了储层的吸附能力,为煤层气勘探开发的较有利储层.     

两淮煤田煤储层孔-裂隙系统与煤层气产出性能研究

借助于光学显微镜显微裂隙分析、压汞孔隙分析及低温氮吸附试验等手段，研究了两淮煤田煤储层孔、裂隙系统发育情况.研究发现该区煤储层孔、裂隙系统具有如下特征：① 显微裂隙非常发育，且多以宽度小于5 μm且长度小于300 μm的裂隙为主体；② 孔隙度较小，且孔隙类型中吸附孔（0～100 nm）远比渗流孔（大于100 nm）发育；③ 吸附孔多为连通性较差的一端封闭的平行板毛细孔.这种两极、双峰分布的孔裂隙系统结构，有利于煤层气的聚集，但对煤层气的开采不十分有利.     

二连盆地群低煤阶煤储层孔隙发育特征研究

以二连盆地群霍林河盆地和白音华盆地低煤阶煤储层为研究对象,通过对煤储层物性特征、压汞曲线类型、孔径分布特征、孔隙结构类型划分的分析,研究低煤阶煤储层孔隙结构对煤层气吸附解吸的影响。结果表明:二连盆地群低煤阶煤储层孔隙系统发育良好,孔隙度较大,孔隙度Ⅳ煤组ⅢA煤3-1煤;孔隙结构以小微孔、大孔为主,孔径小于100 nm的小微孔和孔径大于1 000 nm的大孔对孔容贡献最大;基于孔隙孔径分布比例及孔径对煤层气储集和渗流的作用,把研究区孔隙结构类型划分为ⅡC封闭吸附型、ⅡO开放吸附型、ⅠC封闭渗流型、ⅠO开放渗流型4类,其中ⅡO开放吸附型最有利于煤层气的富集和产出;将霍林河盆地Ⅳ煤组、ⅢA煤储层和白音华盆地3-1煤储层相比较,ⅢA煤孔隙结构最有利于煤层气储集和开发。     

鄂尔多斯盆地低煤阶煤储层孔隙特征及地质意义

对采自鄂尔多斯盆地侏罗系煤层气勘探开发地区的煤样,采用压汞、低温液氮试验、显微镜观测等手段,研究了煤储层孔隙类型、孔隙连通性、孔隙形态及煤心煤样的裂隙密度、裂隙连通性、裂隙发育特征。研究表明：鄂尔多斯盆地南部煤储层的似孔喉比比较小（一般小于15）,退汞效率比较高（大于50%）,采收率较高,排驱压力一般大于0.7 MPa,最大进汞饱和度小于65%,煤的孔隙度小于12%,煤储层渗透率小于0.01×10-3μm2,产能较高,对煤层气开发比较有利。煤层气井的煤心煤样观测显示,盆地内煤层多为原生结构煤,盆地南部焦坪、大佛寺一带煤中裂隙较发育,连通性中等,对煤层气开发相对有利。     

沁水盆地阜生煤矿煤储层物性特征

为了开发利用煤矿区煤层气资源,防治煤与瓦斯突出和矿井瓦斯超限,基于井下煤层裂隙和煤体结构观测,结合压汞实验和含气量测试及煤层底板等高线构造曲率,分析了阜生煤矿15号煤储层的物性特征。研究结果表明:15~#煤过渡孔、微孔发育较好,利于煤层气的吸附,大、中孔基本不发育,不利于煤层气的扩散和渗流;含气量介于5.30~16.36 m~3/t之间,煤层气资源量为36 741.31万m~3;煤体结构为碎裂煤至碎粉煤,煤层底板等高线构造曲率预测其渗透率介于0.004×10~(-3)~0.134×10~(-3)μm~2之间。     

不同煤储层条件下煤岩微孔结构及其对煤层气开发的启示

在现场宏观观测的基础上,采用显微镜下观测、镜质组反射率测试及低温氮吸附方法,对沁水盆地和淮北煤田不同矿区煤岩的变质变形作用与微孔结构特征进行了深入研究。结果表明：高变质强变形-较强变质煤储层（Ⅰ类）和中变质较强变形煤储层（Ⅲ类）有利于煤层气的富集,不利于煤层气的扩散和渗流;高变质弱变形煤储层（Ⅱ类）和中变质弱变形煤储层（Ⅳ类）较有利于煤层气的富集,也有利于煤层气的渗流;低变质强变形煤储层（V类）有利于煤层气的富集,但不利于煤层气的解吸和渗流。由此,沁水盆地南部及淮北煤田中南部是煤层气勘探开发的有利区域。     

阳泉寺家庄矿煤储层孔裂隙系统及渗透性特征

通过对阳泉煤田南部临近寺家庄煤矿进行观测,并进行室内压汞试验,系统分析阳泉寺家山等多个矿的3#煤、8#煤、9#煤和15#煤储层大裂隙发育特征与孔隙结构特征。结果表明,该区煤层大裂隙发育,有利于煤层的渗透率;煤层气解吸与渗流的关键是微裂隙和植物细胞残留大孔隙;渗透率高值区可能位于南峪、白羊岭一带的深部,马鞍山和上马郡头一带的渗透率可能较低。     

煤体结构与甲烷吸附/解吸规律相关性实验研究及启示

甲烷(CH_4)在煤体中的流动包含"渗流—扩散—吸附/解吸"3个环节,相比粉状煤,采用块状煤体进行CH_4吸附/解吸实验能够更有效地表征煤层中气体的流动状态。为此,依托渭北煤田韩城矿区煤样,利用自行设计的块煤吸附/解吸实验装置,研究了低压下块状同体积原生结构煤、碎裂煤和糜棱煤的CH_4等温吸附/解吸特性;采用显微CT和扫描电镜分析了3种煤样的孔裂隙结构和显微构造,探讨了煤体结构对CH_4吸附/解吸的影响。结果表明:不同煤体结构煤的CH_4吸附/解吸特性有显著差异。结构致密的原生结构煤,孔隙度较低,导致CH_4吸附/解吸平衡时间长,吸附量低,解吸率低;相比原生结构煤,脆性变形碎裂煤张裂隙发育且相互贯通,孔隙度变大,连通性好,导致CH_4吸附/解吸平衡时间变短,吸附量升高,解吸率增大;韧性变形糜棱煤孔隙数量虽增多,但裂隙被揉皱闭合,形成孤立分布的孔隙结构,渗透性变差,导致CH_4吸附/解吸平衡时间最短,解吸速率最快,说明大多数CH_4仅吸附在块煤内构造变形作用下形成的粒间孔隙中。可知,碎裂煤储层是煤层气开发的有利区域;而致密原生结构煤和糜棱煤储层可尝试通过多尺度压裂、注热等技术手段实施储层改造以增加煤体裂隙通道,达到气井增产增效的目的。     

沁水盆地南部15号煤储层物性特征分析

为了探讨沁水盆地南部研究程度尚低的15号煤储层在煤岩煤质、孔-裂隙、渗透性、吸附性等方面的特征,运用矿物测试、宏观微观观察、压汞、低温液氮等温吸附测试等方法并结合煤层气井数据分析,对15号煤与3号煤进行对比研究。结果表明:15号煤显微组分特征有利于孔-裂隙发育和产气率,吸附性较好、含气量较高,裂隙较为发育;矿物种类多、含量高,矿物充填了孔-裂隙,严重降低了孔隙结构优度和渗透率。因此矿物充填,低渗透率和孔隙结构差是制约15号煤煤层气开发的主要因素。     

煤储层孔隙系统发育特征与煤层气可采性研究

借助干低温氮等温吸附试验和压汞孔隙分析，研究了河南煤田主要矿区煤储层孔隙系统发育特征。研究发现河南煤储层孔隙系统具有如下特征：①煤储层的孔比表面及总孔体积均较大；②压汞孔隙度较大，孔隙结构以吸附孔占绝对优势，约占总孔隙含量的78％；③孔隙类型主要为细孔细喉型，渗流孔内部的连通性较好但渗流孔和吸附孔之间的连通性较差；④研究区的这种孔隙系统对煤层气的储集非常有利，但对煤层气的解吸和开发较为不利。     

煤矿区煤层气与煤炭协调开发模式与评价方法

为了提高我国煤矿区煤层气与煤炭协调开发产业化水平与应用效果,基于煤矿区煤层气与煤炭协调开发时空机制的分析,采用层级划分法,以地面井开发和煤层群开发为分类条件,将全国13个煤炭基地的煤层气与煤炭协调开发模式归为3类,总结并完善了以晋城、两淮和松藻矿区为代表的3种典型煤矿区协调开发模式与配套技术体系。基于煤层气与煤炭协调开发方案的确定与模糊数学评价方法,提出用于评价煤层气与煤炭协调开发效果的协调度概念,建立了煤层气与煤炭协调开发的模糊综合评判模型和指标体系,并以山西晋城无烟煤集团寺河煤矿等矿井为例进行了3种典型协调开发模式下的协调开发效果的初步评价与分析,得出了协调开发状态并指出"十三五"研究方向。为促进我国煤矿区煤层气与煤炭协调开发提供理论支撑,并为协调开发模式在全国煤矿区的优选决策应用奠定基础。     

孔隙结构控制下的煤体渗透实验研究

煤层为典型的双重孔隙介质体,其渗透能力受孔隙和裂隙结构参数控制。通过建立描述煤体孔隙和裂隙渗透率统一数学模型,将煤体内气体渗流分为孔隙控制型、裂隙控制型和孔隙-裂隙联合控制型3类;借助6组煤样气体渗流实验数据和孔隙裂隙的测试统计,讨论了不同孔隙特征的渗透率差异原因。研究发现,孔隙和裂隙的结构参数决定了煤体的压缩系数和孔渗指数,进而决定了其渗流类型,影响煤体渗透率敏感性的关键因素是裂隙的密度和尺度,微孔中的气体分子受范德华力影响导致渗透率的应力敏感性几乎无法体现。     

煤层底板渗流稳定性分析

建立了某矿21201回采工作面底板渗流的力学模型,利用RFPA计算了工作面推进到50m和100 m时的应力场,利用应力与渗透特性之间的关系计算了底板各岩层的渗透特性,并计算了底板突水因数.研究表明:1)在工作面推进过程中,煤层底板始终没有出现渗流关键层.2)岩层孔隙一直是渗流的主要通道.3)当工作面推进到50 m时,突水因数等于0.834,底板中水渗流是稳定的,不会发生突水;当工作面推进到100 m时,突水因数等于0.928,底板可能产生渗流失稳现象,即存在突水的危险性.     

黔西肥田区块地下水动力条件与煤层气有序开发

黔西是我国南方煤层气资源最为丰富的地区,客观认识多层叠置含煤层气系统控制下的煤层群有效排水降压和有序开发方法,是实现该区煤层气高效开发的关键。笔者以黔西织纳煤田肥田区块为研究对象,精细分析了含煤地层水文地质条件以及垂向上不同层段开发条件的差异性,基于抽水试验数据提取了视储层压力、压力梯度、单位涌水量、渗透系数、影响半径等有用信息,比较了不同层段水文地质条件在三维空间上的差异,采用模糊数学综合评判法建立了煤层气开发优先度评价因子,据此对不同层段煤层气开发潜力和开发顺序进行了探讨。认为肥二井田和肥三井田总体开发条件优于肥一井田,其中肥二中煤组、肥三上煤组和中煤组是较有利开发层段,各层段递进开发顺序为：肥三井田上段→肥二井田中段→肥三井田中段→肥三井田下段→肥二井田下段→肥二井田上段→肥一井田上段/中段→肥一井田下段。     

含水率对煤层气渗流的影响

煤的含水率影响煤层气的赋存状态和运移能力。结合基质吸附变形理论,分析了煤层中水分存在对基质力学性质的影响规律,探讨了含水率对煤层裂隙变形及煤层气运移的控制作用;采用含水率分别为0.112%,0.498%和0.785%的原煤进行煤层气渗流实验,研究发现,增压过程中随有效应力增加煤层气渗流速度呈非线性递减,二者满足二次函数关系;煤层含水率大小决定该函数的应力敏感区位置和最小渗流速度;随着煤的含水率增加,煤层气渗流速度变化的应力敏感点逐步降低(分别为5.48,5.17和4.78 MPa)。     

基于三维地震底板标高模拟方法预测非洲卡鲁盆地煤层气含气量的研究

为了揭示非洲卡鲁盆地煤层地质特征及含气量,对已有的钻孔煤层气资料及三维地震资料进行分析,通过相关关系拟合,获得非洲卡鲁盆地8号煤层底板标高与含气量的预测模型,利用已知资料煤层底板标高建立煤层气含量预测模型,获得8号煤层预测的含气量值,再与该煤层钻井的实测含气量进行数据对比验证,预测精度达到在85%以上,这种利用有限的地质资料预测含气量的方法可行的。研究表明非洲卡鲁盆地煤层演化程度较高,生气能力强,构造区成煤条件好,煤层的厚度较大,从构造和水文地质特征推断盆地煤层气富集,属于煤层气资源比较丰富的开发区块,为勘探开发工作提供依据。     

承压水体上开采底板突水灾害机理的研究

以淮北杨庄煤矿Ⅱ617综采工作面特大突水事故为研究背景，通过对其突水地段地质与水文地质情况、突水水源与导水通道、底板防隔水性能、不同应力场相互作用的研究，认为淮北杨庄矿Ⅱ617综采工作面特大底板突水灾害的发生，是其岩性场、应力场与渗流场耦合作用的结果.最后，提出了杨庄矿在回采过程中应采取的防治水安全技术保障措施.     

废弃煤矿采空区煤层气资源评价模型及应用

如何评价废弃煤矿采空区煤层气资源是其开发中遇到的关键问题。在对煤炭开采覆岩变形破坏规律研究的基础上,通过理论分析和数学推导,建立了废弃矿井煤层气资源量评价模型和方法,对山西晋煤集团晋圣煤矿采空区煤层气资源进行了评价。研究结果表明,煤炭开采导致采场周围岩体应力重新分布,引起煤层顶底板岩体发生变形与破坏。采空区煤层气资源主要由吸附气和游离气组成,主要来源于煤柱及残留煤层、临近未采煤层和围岩中的游离气和吸附气。基于采动覆岩变形破坏分带特征,根据破碎岩体孔隙率和碎胀系数关系,分别建立了采空区垮落带和断裂带内岩体孔隙体积模型。结合煤层气资源在废弃矿井中的分布特征,考虑煤炭开采采空区积水情况,建立了采空区积水量计算和含水饱和度计算模型,提出了废弃矿井煤层气资源量计算方法,对山西晋煤集团晋圣煤矿采空区煤层气资源进行了评价分析,评价结果认为,废弃煤矿采空区煤层气资源丰富,井田面积为6.5 km2,二叠系山西组3号煤层煤层气总资源量为5.871 7×108m3,其中吸附气资源5.835 3×108m3,游离气资源0.036 4×108m3,资源丰度为0.902 0×108m3/km2。     

深部煤层气异常地质特征及开发技术探讨

针对沁水盆地深部煤层气地质与储层认识不足、开发措施还在探索阶段等现状，以寿阳区块15煤为研究对象，探讨了深部煤层气地质特殊性及开发对策。研究区15煤层发育稳定，煤层厚度基本在3m左右|煤层含气量大部分在10～12m3/t，纵向上受煤层埋深和变质程度的双重影响，含气量在埋深大约1200～1500m出现临界点后随深度增加逐渐降低。与其他深部地区“三高”特征不同，15煤深部储层表现为低压、高应力、中等地温的特征，属比较严重的低压力梯度和低地温梯度范畴。煤储层渗透性为高孔低渗分类，渗透率一般0.01～0.1mD，渗透性主要受煤层埋深、地应力、煤体结构和孔隙特征影响。根据15煤低水分含量、高孔隙度以及生产井产气特征，认为游离气含量可能具有较大的占比。最后提出，单独开发15煤层时可采用顶板岩层水平井分段压裂方式或围岩多分支水平井方式，该技术已在盆地南部15煤取得了产气突破|15煤层及9、3煤层多煤层开发时可采用围岩与煤层合压的垂直井方式，并对开发工程中的增产和排采工艺提出了相应的建议。