黄陇煤田煤层甲烷解吸滞后规律及解吸滞后定量评价

为研究黄陇煤田低阶煤甲烷解吸滞后规律并定量评价解吸滞后,采集郭家河井田3号煤层煤样(GJH3)、大佛寺井田4号煤层煤样(DFS4)与黄陵二矿井田2号煤层煤样(HL2),采用液氮吸附与等温吸附/解吸试验,分析其孔隙结构特征与吸附/解吸特征,基于Langmuir方程与热力学计算结果,定量评价解吸滞后与吸附/解吸前后吸附热差...     

煤层气储层流固耦合数学模型

基于多孔介质及Terzaghi有效应力原理,建立煤层气开采中煤岩骨架本构模型,分析煤岩骨架的应力形变;同时,建立了孔隙度与渗透率的动态模型,分析煤层气排采过程中煤层物性的变化;依据流体力学连续性方程,建立煤层流体的渗流场方程。结合模型的辅助方程及定解条件,给出了单相（多相)煤岩流固耦合渗流的数学模型。     

胡家河井田煤层气等压吸附/解吸特征研究

为了促进彬长矿区胡家河井田低煤阶煤层气开发实践,核定采收率,对4号煤层进行了样品采集、加工,完成了不同温度煤层气吸附/解吸试验,利用吸附/解吸结果绘制吸附等压线。结果表明:吸附量随着温度的升高而减小,低压阶段解吸滞后明显,高压阶段解吸过程与吸附过程可逆;CH_4吸附量与温度的关系可用二次函数表征,当温度大于临界温度(-82.6℃)时,最大吸附量沿抛物线分布;温度低于临界温度时,最大吸附量沿直线分布;最后得出CH_4吸附量的计算方法,解决了采收率核定时低阶煤含气量测试数据不准的问题。     

不同含水及负压条件下煤层气等温吸附解吸规律

为了探究水分含量和负压对煤层气等温吸附、解吸特征的影响,采用大样量煤层气吸附/解吸仿真试验设备对鄂尔多斯盆地东缘北部煤矿煤样进行煤层气常规等温吸附解吸过程和负压解吸过程的实验室模拟,通过将煤样进行处理得到干燥煤样、平衡水煤样、饱和水煤样3种不同含水饱和度煤样,分别对其进行等温吸附测试、常规等温解吸测试和负压解吸测试,得到了煤样在不同含水饱和度、不同负压条件下的压力与吸附量实测数据,并采用不同的吸附/解吸方程式进行拟合。通过对比分析,研究了水分对等温吸附过程、解吸过程以及负压对解吸过程的影响,并从分子间作用力的角度解释了水分对等温吸附解吸过程的影响。结果表明:煤样解吸过程与吸附过程不可逆,存在解吸滞后;由于水分子与煤分子间的作用力大于甲烷分子与煤分子间的作用力,水分在与甲烷的竞争吸附中具有优势,煤样含水率越高,其吸附甲烷的能力越低;煤样含水率较低时,含水对煤岩降压解吸影响不明显;当煤样含水率高于某一值时,外来水分抑制煤层气降压解吸,分析认为这可能与煤样的物质组成和煤分子结构有关;由于水分对甲烷的置换解吸作用,若水力压裂过程中压裂液滤失严重,将降低煤层吸附气量,延长排水降压阶段,减少累计产气量,因此应严格控制压裂液滤失;负压解吸阶段,单位压降引起的解吸量更大,说明负压排采增产措施具有潜力。     

不同变质成因无烟煤孔隙特征及其对瓦斯突出的影响

 煤的孔隙特征是影响瓦斯突出的重要因素。本文对三种不同变质成因的无烟煤进行了低温液氮吸附实验,分析了不同变质成因无烟煤的孔隙特征。提出了无烟煤低温液氮脱附回线区别于烟煤的新的类型。实验结果表明无烟煤的孔隙主要以微孔为主,孔隙类型主要为狭窄的缝形孔。深成变质作用无烟煤的孔隙结构要比区域岩浆热变质作用无烟煤的孔隙结构复杂且易发生瓦斯突出。     

中低煤阶镜煤/暗煤大分子结构及对甲烷吸附的影响

为研究中低阶煤不同宏观煤岩组分微观结构及对甲烷吸附的影响,采集黄陇煤田郭家河、大佛寺、园子沟及黄陵矿区的四种不同煤样,手工剥离不同宏观煤岩成分(镜煤和暗煤),通过傅立叶红外光谱(FTIR)分析、X射线衍射(XRD)分析和等温吸附实验探究中低阶煤分子结构特征及其对甲烷吸附能力的影响。结果表明：同一煤样中镜煤的水分和挥发分产率高于暗煤的水分和挥发分产率,而暗煤的灰分产率和固定碳含量高于镜煤的灰分产率和固定碳含量。镜煤的显微组分中镜质组含量较大、惰质组含量较低,暗煤则相反。红外光谱分析结果表明,同一煤层的镜煤和暗煤红外光谱吸收峰形态相似,官能团类型和含量接近。煤分子结构中主要含氧官能团按含量由高到低依次为C—O,COOH,■,脂肪侧链按含量由高到低依次为CH₂,CH₃,CH。对比煤的准晶体结构发现,中低阶煤煤化程度低,γ带的峰面积整体较大。受煤化作用和压实作用影响,暗煤的堆砌度和堆砌层数大于镜煤的堆砌度和堆砌层数。分子结构特征对甲烷吸附量的影响显著。镜煤的最大甲烷吸附量与芳碳率和缩合度均呈正相关,暗煤的最大甲烷吸附量与芳碳率和缩合度均呈负相关。镜煤...     

水分对煤层气吸附/解吸微观作用研究进展

水分是制约煤层气吸附/解吸的关键因素之一,受煤储层多元孔隙结构和煤岩组分润湿性差异影响,煤-水-甲烷界面作用导致煤层气产出过程中CH4与H2O相互激励、相互制约。立足于水分对煤层气吸附/解吸作用的研究进展与前沿认识,从煤储层水分赋存状态、煤-水界面微观作用和水分对甲烷吸附/解吸影响3个方面重点分析了水分与煤层气吸附/解吸微观效应之间的内在关系。研究认为煤储层孔隙结构及水分赋存状态复杂。以煤-水界面作用及孔隙结构特征为依据将煤储层水划分为结合水、束缚水和自由水3种主要类型,不同类型水分对甲烷吸附的抑制作用机制存在差异、且对低阶煤的影响程度严重。水分相态变化成为影响甲烷解吸-运移的核心,水蒸汽分子通过竞争吸附置换吸附态甲烷,液态水在润湿性和毛细管力作用下水锁堵孔、抑制气-水运移。在地面煤层气钻采过程中水分的作用机理随储层温度-压力环境动态变化而变化。针对水分对甲烷解吸作用机理不清、影响界限不明的现状,由此提出了量化储层水分含量及分布特征,增强甲烷解吸与气-水运移,完善甲烷吸附/解吸理论与模型,强化水分激励、促进煤层气增产4方面的科学问题及发展方向,进一步深化煤-水界面微观作用在煤层气解吸运...     

彬长低阶煤高瓦斯矿区瓦斯地质及其涌出特征

针对近年来低煤阶煤矿区高瓦斯矿井数量增多,但瓦斯赋存规律及涌出特征知之甚少的问题,以陕西省黄陇煤田彬长矿区为例,依据勘查阶段和煤矿生产过程中测试的瓦斯参数及抽采数据,总结分析低煤阶煤矿区矿井瓦斯参数及瓦斯富集规律,讨论地质因素对低煤阶煤矿区瓦斯涌出特征的影响及其机理。研究表明,低阶煤煤化程度低,孔隙度较高,游离气含量高,煤层透气性好,瓦斯富集规律和涌出特征明显区别于中、高阶煤。彬长矿区发育大佛寺瓦斯富集区、小庄-亭南瓦斯富集区、胡家河瓦斯富集区3个瓦斯富集区。地质构造是控制低煤阶煤矿区矿井瓦斯富集的主要因素,煤质特征决定了低煤阶矿区瓦斯赋存状态。瓦斯涌出量同时受控于开采层瓦斯含量、煤厚、煤层底板标高、地质构造等地质因素。开采煤层原位瓦斯含量越高,煤层厚度越大,煤层底板标高越大,回采工作面瓦斯涌出量越大。褶曲翼部瓦斯涌出量明显要大于向斜轴部宽缓区域,翼部地层倾角越大,回采工作面瓦斯涌出量越大,褶曲对煤层倾角的影响控制了低阶煤瓦斯涌出特征。断层附近受游离气含量的影响,易造成回采工作面瓦斯涌出量突然增大。综采放顶煤采煤工艺在显著提高煤炭产量的同时,也造成了近年来低煤阶煤矿区高瓦斯矿井数量增多。     

非低阶煤煤层气解吸关系式研究

煤层气的解吸作用的研究可以较好的预测产气量和气量持续的周期。通过对数个地区煤储层的较为活跃煤层气进行了吸附解吸实验,其结果表明煤层气的降压解吸的数学表达式服从 的数学模型,在煤层气井排水降压过程中,采用此模型对煤层气解吸量的计算,揭示了降压解吸滞后是由于剩余含气量c的存在,解吸量与最大含气量a线性相关,最大解吸率为c/a,生产上要提高解吸量只能通过改变b值。通过两口垂直井、两口水平井的排采实践得到验证。     

鄂尔多斯盆地东缘煤系伴生泥页岩孔隙特征及主控因素

鄂尔多斯盆地东缘煤系伴生泥页岩广泛发育,页岩气资源潜力大,加强该区泥页岩孔隙特征研究对实现煤层气、页岩气合探共采具有重要意义。通过对研究区山西组、太原组泥页岩样品进行系统的SEM观察、孔渗测试、低温液氮吸附实验、有机地球化学测试及X-射线衍射矿物分析,详细分析了泥页岩孔隙发育特征及主控因素。研究表明:泥页岩中发育的孔隙类型主要有粒间孔、晶间孔、铸模孔、次生溶蚀孔和有机质孔,微裂缝主要发育在脆性矿物晶体间、晶体内和黏土矿物颗粒间,宽度一般为数十纳米;泥页岩孔隙度为1.05%~1.59%,渗透率为(0.001~0.142)×10~(-3)μm~2,山西组泥页岩孔渗性略好于太原组;孔隙以微孔和中孔为主,中孔提供了主要的吸附空间,孔隙形态以开放透气型孔隙为主;有机碳含量、有机质成熟度和无机矿物是影响泥页岩孔隙发育的主要因素,有机碳含量增加,有效孔隙减少,因为成熟度较低时,有机质生成的残留烃可能堵塞了部分较小孔隙;黏土矿物内部及颗粒之间、晶层之间可形成大量微孔及中孔,增加了储集空间,石英矿物可形成较大孔隙和裂缝,改善了泥页岩的渗透性。