提高煤层气采收率方法研究

本文阐述了煤层气赋存状态、煤层气吸附与解吸机理、煤层气开采基础与提高采收率方法,分析了注气增产法开发煤层气机理,指出了注气增产法开发煤层气的研究方向。     

煤层气及煤层气系统的概念和特征

进一步的煤层气地质研究需要精确的煤层气概念和系统的研究方法和思路。通过总结近年来的煤层气研究新资料和文献，结合实际勘探开发经验，认识到煤层气生成是多成因多来源的，并以多种形式赋存于煤层中。煤层气是赋存于煤层中的天然气，而煤层气系统是由煤层和其中的煤层气及煤层气藏形成所必需的一切地质要素和作用所组成的天然系统，煤层是煤层气系统的焦点。     

辽宁煤层气资源赋存特征及开发利用

伴随全球性的能源紧缺及环境问题，煤层气开发利用将作为新能源产业支持辽宁产业结构调整，其对于寻找新能源、改善大气环境质量、煤矿安全生产、实现辽宁可持续发展战略都具有深远的意义。为此，依据辽宁省铁法、阜新等五个地区的煤炭、煤层气地质报告，分析了辽宁煤层气赋存特征、煤储层特征及区内煤层气资源状况，并对辽宁省主要煤田煤层气赋存特征及开发利用现状和开发潜力进行了研究评价，同时对辽宁省煤层气市场与煤层气开发效益进行了分析，进而提出了重点目标区和开发利用建议。结论指出：辽宁中部煤田煤矿区有较丰富的煤层气资源，应以多种方式进行开发（包括地面钻探、矿山井下抽放、利用报废矿井抽放等方法）。     

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王营子煤层气藏位于辽宁省西部阜新市王营子煤矿。该矿在建矿掘进北翼大巷时发生天然气涌出,因涌出量大而封闭并开发利用,产气量平均达5000m^3/d以上,至今已十多年。为了探明天然气藏的成因类型及资源前景,作对气藏气体的地球化学特征、产出特征及赋存地质条件进行了综合研究。通过研究认为,气藏气体主要来自阜新组煤层。从历年来气产量变化曲线形态分析,具有煤层气井生产曲线特征,但是也有区别。原因主要是受建矿早期的排水、降压作用、煤层气解吸并富集在裂隙中的结果。从王营子煤层气赋存地质条件分析,煤层厚度大、资源丰度及渗透率高等,反映该区煤层气有较好的勘探前景。     

中国建立千亿立方米级煤层气大产业的理论与技术基础

中国煤层气资源种类齐全且极为丰富可靠,具有形成年产千亿立方米级新兴大产业的资源基础。在国家的大力支持下,经过30年的艰苦努力,中国煤层气勘探开发取得重大进展,形成了年产百亿立方米级的煤层气产业。但距年产千亿立方米级的大产业目标相距太远,且煤层气连续3个五年计划没有实现预期目标,同时也失去了明确的发展方向,中国煤层气产业发展处于前所未有的困境。在中国亟需大力发展的天然气产业中煤层气贡献微薄,其根本原因是30年来国内外所建立的煤层气勘探开发理论与技术不能完全体现煤层组成、孔隙结构特征与煤层气以吸附态为主的赋存状态,现有技术不完全切合煤层气的产气机理,不具备普适性。在深入分析煤层气产气机理的基础上,提出了将煤矿瓦斯学科与天然气开发学科相融合,建立起科学、实用的煤层气勘探开发理论与技术,并提出4类煤层气资源都可据此建立起科学、实用的理论与技术,以实现高效勘探、有效开发。进一步从煤层气资源状况、油气勘探开发技术进步、煤层甲烷赋存、运移规律研究进展等方面论述了中国建成千亿立方米级煤层气大产业的可能性及实施路径。煤层气大产业需要依靠煤炭和油气两大行业交叉融合,加强基础研究,从源头创立适用于各类煤层气...     

不同吸附模型对煤层气藏地质储量评价的影响

与常规的天然气藏相比，煤层气藏开采具有其特殊性，它的赋存介质和赋存方式都与常规天然气不同，主要以吸附方式赋存于煤层基质中，所以常规的物质平衡方程已不再适用煤层气藏地质储量的计算，采用Langmuir等温吸附模型和三参数BET模型对煤层气的吸附量与压力之间的关系进行了拟合并且加以比较，可以看出，最常用的Langmuir等温吸附模型因为只有两个参数控制，所以拟合程度相对较差；而三参数BET模型的拟合度很好。同时在原有的物质平衡原理的基础上，结合煤层气特殊的物理性质，综合考虑到各个方面的影响因素。推导出了煤层气藏的物质平衡方程，并利用该物质平衡方程确定煤层气藏的地质储量，结合实例进行分析。     

煤层气其实是吸附气

煤层气开发正迅速发展,但学术界对煤层气的赋存状态问题仍存有争议。针对此问题,主要从煤层气的赋存机理和开采机理进行了研究。结果表明：①泥岩烃源岩的有机质含量低,吸附的甲烷数量少,基本上不具有开采价值;煤岩的有机质含量高,有机质吸附的甲烷数量多,具有开采价值。②煤岩的有机质极性弱,易于吸附极性弱的甲烷分子,而极性较强的矿物质则倾向于吸附水分子。③煤岩由基质岩块和裂缝组成,是裂缝性泥岩,由煤岩基质生成的甲烷自由气都运移到裂缝并散失掉了,只有吸附气保存了下来。④煤层气需要排水降压,使地层水脱气、吸附气解吸并形成自由气后运移至裂缝中才能被开采出来。⑤煤层气开采存在临界产气压力,并且在开采过程中不存在扩散现象。     

吐哈和三塘湖盆地水文地质条件对低煤阶煤层气的影响

水文地质条件是低煤阶煤层气富集成藏过程中重要的主控因素之一,对煤层气赋存、运移影响很大,对煤层气的开采至关重要.分析了吐哈和三塘湖盆地的煤层水文地质特征,并与国外类似盆地进行对比,认为第四纪以来,中国西北地区气候干旱,煤层水文地质条件总体较差,形成了类似加拿大阿尔伯塔盆地的“干煤层”,极大影响了煤层气的形成.     

青海木里地区天然气水合物和煤层气联合开发可行性分析

青海木里地区天然气水合物资源丰富,采用单一降压法开采水合物产气量较低。综合考虑该地区煤层气勘探开发潜力,提出了青海木里地区进行天然气水合物和煤层气联合开发的概念模式,并从天然气水合物和煤层气的赋存模式、开采原理、开发技术等方面分析了联合开发的可行性,以及需要解决的资源评价及选区、压裂增产、环境保护等关键问题,为实现该地区天然气水合物和煤层气的联合开发提供了参考依据。     

煤层气与常规天然气测试技术的异同

煤层气测试资料的分析成果对确定煤层气的排采制度和制订合理的开发方案是至关重要的,研究该问题的目的在于解决目前只能利用常规方法进行测试、常规软件进行测试资料解释的问题。煤储层在成份、结构及其物理力学性质上与常规储层(如砂岩)有着明显的差异;煤层气的赋存和采出机理与砂岩中天然气也有着本质区别。要获取煤层准确参数、正确评价煤层,必须研究煤层气测试的相关理论方法。但目前对煤层气测试的认识较少。从常规天然气测试与煤层气测试的差异对比的角度出发,给出了煤层气测试的诸多特征。从研究对象的储层特征、煤层气的赋存特征以及不同开发阶段的流体分布及流动特征等方面,论述了煤层气与常规天然气测试技术异同的根本原因。从测试方法、测试工艺、解释模型和资料分析方法等方面,分析了煤层气与常规天然气测试技术的差异。研究成果对充分认识和理解煤层气测试的重要作用有积极的意义。     

淮南潘集、张集煤矿次生生物气地球化学特征

研究淮南煤田不同矿区煤层气的成因类型对于整个煤田煤层气的勘探开发意义重大。为此，利用地质和地球化学相结合的方法，对淮南煤田主要矿区--潘集煤矿和张集煤矿煤层气的成因类型进行了深入研究。结果表明：该区煤层气组分表现出了甲烷含量高、重烃和二氧化碳含量低的干燥气体的特征，与国内外含次生生物成因煤层气的组分特征一致。虽然该区煤岩的热演化程度已处于热成因气的生成阶段，但煤层气的δ¹³C₁值的总体分布范围为-56.7‰～-67.9‰，仍属于生物成因气的分布范围。煤层气的δ¹³C₂值主要分布在-22‰～-29‰，反映了乙烷的热成因特征，指示了该区的煤层气为热成因乙烷和微生物成因甲烷的混合。淮南煤田具有适合的煤阶、区域强烈隆升使煤层被抬升到浅部、地表水渗入煤层、生物气生成的最佳温度等次生生物成因煤层气生成的有利地质条件。因此，有利的地质条件、煤层气的组分与同位素显示的特征，相互印证了淮南煤田煤层气中有次生生物气存在的事实。     

中国高煤阶地区的煤层气勘探理论与实践

通过对中美两国煤层气生成地质条件的对比,认为中国煤层气形成和富集有着不同于美国的特征。我国华南和华北地区广泛分布高煤阶煤层,煤层气资源丰富。在成煤后期多个方向和期次的构造运动改造下,部分高煤阶煤层的渗透性有可能得到改善。通过地质研究,可以在高煤阶地区找到高产富集区。在这种思路指导下,在我国沁水含煤盆地南部无烟煤地区发现了大型高煤阶煤层气田——沁水煤层气田。这不仅丰富了煤层气富集成藏理论,对于拓展煤层气勘探领域也具有重要意义。      

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研究了煤层气储量计算方法，研究表明，煤层气储量计算中最重要的参数是含气量。影响含气量的主要因素包括盖层分布、地层压力及水动力条件等，含气量的分布随上述条件的变化而有所不同。煤层气的储量计算要考虑到煤层气的特殊性，同时参照流体矿藏（天然气）和固体矿藏（煤炭）储量计算方法。煤层气藏的储量计算不同于常规天然气，其含气边界的确定是以煤层含气量等值线确定的。圈定含气面积的最低含气量值根据煤层气藏地质条件、采用煤层储量历史模拟软件进行模拟确定，并参考国外煤层气开发选区的含气量标准煤层气储量计算方法有体积法和数值模拟法。数值模拟方法适合开发中期或者是生产试采资料很丰富的情况下使用。通过沁水煤层气田储量的计算验证了计算方法的可行性。     

潘河地区煤层气井典型生产特征及分析

“沁南煤层气开发利用高技术产业化示范工程潘河先导性试验项目”示范工程于2005年对一期工程第一阶段的36口井的3^#煤层进行了整体压裂改造,形成了国内第一个经过大面积整体改造的、并且可以进行单井单层计量的煤层气生产示范区。截至2007年3月,井网的36口井累计产气量达2440×１０^４m³左右,累计产水量为67225 m³左右,目前36口井日产气量在7×１０^４m³左右。通过对单井生产特征的跟踪研究,分析了气井产量的主要影响因素,对示范工程煤层气井的生产特征有了进一步的认识,并总结出了一些规律。     

甲烷在高比表面活性炭上脱附行为的研究

用以石油焦为原料、ＫＯＨ为活化剂制得的高比表面积活性炭作为吸附剂,研究了甲烷在这种吸附剂上的脱附行为,探讨了活性炭的ＢＥＴ比表面积和孔结构与甲烷脱附性能的关系以及脱附温度和脱附时间对甲烷脱附行为的影响。结果发现：在这种高比表面积活性炭上,甲烷存在着明显的不可逆吸附;活性炭的比表面积和孔结构对甲烷的脱附性能有一定影响,并且随着脱附温度的升高和脱附时间的延长,脱附量逐渐增多     

川南煤田古叙矿区DC-5井上二叠统龙潭组煤层甲烷吸附性及其主控因素

煤层甲烷吸附性研究对于指导煤层气勘探开发以及揭示煤层储气机理具有重要作用。通过钻井取样、煤岩-煤质特性分析以及甲烷等温吸附实验,研究了川南煤田古叙矿区龙潭组不同深度煤层的煤质特征与甲烷吸附性差异,运用多元线性逐步回归方法分析了影响煤层甲烷吸附能力的主要因素。结果表明:古叙矿区龙潭组煤镜质组最大反射率RO,max值为2.83%~3.22%,属于高阶煤;显微组分以镜质组为主,惰质组次之,不含壳质组,无机矿物以黏土类为主;不同煤层的水分含量和挥发份产率差别不大,但是灰分产率和固定碳含量差别较大,导致朗格缪尔体积变化在11.39~25.06 m^3/t之间。认为固定碳含量是影响古叙矿区煤层甲烷吸附能力的主要因素,且固定碳含量与朗格缪尔体积呈正相关关系。     

宿南向斜煤层气地质演化史数值模拟研究

为了查明宿南向斜煤层气生成、运移、聚集和散失的地质演化历程,建立了煤层气地质演化史动态平衡动力学模型,并研制了模拟软件。分析了本区构造史、埋藏史和热演化史,对宿南向斜煤层气演化史进行的模拟计算。结果表明,宿南向斜煤层气地质演化历程可分为煤层气低水平聚集的第一和第二阶段、煤层气大量聚集且散失作用较发育的第三阶段和以散失作用为主的第四阶段。在横向上,煤层现今含气量总体上表现为向斜边缘较低而核部较高的特点。     

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鄂尔多斯盆地大宁—吉县地区是中石油对煤层气近期勘探中发现的一个高饱和煤层含气区，钻探的吉试1井、5井在煤层段试气获得了工业性气流，对今后我国中煤阶煤层气的勘探方向具有重要的影响。本文通过研究该区煤层厚度、煤层埋深、煤岩煤质特征、煤层演化特征、煤储层物性、煤层含气量、煤层气保存条件及资源量等条件，基本证实了大宁—吉县地区是一个整装的煤层气大气田，初步控制含气面积717 km2，控制煤层气地质储量1500×108m3。     

中国煤层气资源特点及开发对策

据新一轮全国油气资源评价结果,我国埋深在2 000 m以浅的煤层气资源量为36.8×1012 m3,煤层气资源十分丰富,其中赋存在低、中、高煤阶中的煤层气资源各占30%左右。分别以国内高、中、低煤阶代表性的盆地--沁水、鄂尔多斯和准噶尔3个盆地为对象,通过研究其基本地质条件、资源丰度及勘探开发状况,认为煤层气资源规模开发要立足大型含煤盆地和构造相对稳定的含煤盆地展开。高煤阶煤层开发应以斜坡带的承压水区、滞留水区及相对构造高部位为目标区;中煤阶煤层生、储条件好,部署应避开甲烷风化带和断层带;低煤阶煤层开发应考虑具多种气源条件和构造相对稳定的区块。     

鄂尔多斯盆地合阳地区煤层气赋存特征研究

鄂尔多斯盆地合阳地区是我国煤层气勘探的重要区块,在该区进行煤层气赋存特征研究并预测煤层气资源量,对其进一步的开发十分必要。 为此,从地质条件、储层特征（煤层分布、煤层埋藏深度、煤岩特征、煤储层吸附性、煤储层压力、煤储层渗透性及煤层含气性）等方面入手,分析了该区煤层气的赋存特征。结果表明：该区煤层气的保存条件优越;主要含煤地层为二叠系山西组和太原组,含煤层 11 层,可采或局部可采煤层 4 层,煤层累计厚度为 11 m 左右,主力煤层为 5 号煤层,单层厚度超过 3 m;煤质以中-高灰分、低挥发分的贫煤为主,受构造活动破坏的影响较小,煤岩的原生结构较完整,煤储层含气量高且吸附性强。煤层气资源量预测结果表明：该区煤层气主要分布在埋深小于 1 600 m 的范围内,煤层气资源量约为 442.72 亿 m³,其中埋藏深度小于 1 300 m 的煤层气资源量约为 335.01 亿 m³。 由此可见,合阳地区煤层气具有很好的勘探开发前景。