准噶尔盆地彩南地区深层低阶煤吸附特征及其影响因素

现有数据表明我国1 000 m以浅低阶煤层含气量普遍偏低,而深层低阶煤试采效果显示较好。基于Langmuir方程开展了低阶煤高温高压环境下等温吸附模拟实验,结果表明:褐煤吸附量约占长焰煤、气煤吸附量的1/3,吸附能力最弱,随着煤阶的升高,吸附量逐渐增大;实验发现低阶煤在55℃、12 MPa以下吸附量随温度、压力增大而增加较快,并建立了基于煤阶-温度-压力条件下的深层低阶煤饱和吸附模型;煤层随着埋藏深度的增加,吸附量呈现出快速增加-缓慢增加-缓慢递减的过程,即深层煤层吸附量存在吸附临界深度带,为1 400~1 700 m。1 400 m以浅吸附量受压力正效应大于温度负效应,吸附量随埋深增加而增加,临界深度带内吸附量达到极限,不再增加,1 700 m以深温度负效应大于压力正效应,吸附量随深度增加而减小。实验结果为深层低阶煤层气资源评价及开发潜力提供理论依据。      

沁南-夏店区块煤储层等温吸附特征及含气量预测

煤的吸附能力是决定煤层含气量大小和煤层气开发潜力的重要储层参数。通过对沁南-夏店区块二叠系山西组3号煤层72个煤样进行等温吸附实验,剖析了3号煤层煤的吸附性能,建立了基于Langmuir方程的煤层含气量预测方法,揭示了研究区3号煤层煤的吸附性能及含气量分布。研究结果表明,沁南-夏店区块3号煤层主要为贫煤和无烟煤,煤的空气干燥基Langmuir体积为18.15~34.75 m3/t,平均29.36 m3/t;Langmuir压力为1.47~2.71 MPa,平均2.03 MPa;煤储层压力梯度0.11~1.06 MPa/hm,平均0.49 MPa/hm,煤储层压力随着煤层埋藏深度的增加而增高;煤层含气饱和度整体呈欠饱和状态。通过预测模型预测研究区3号煤层含气量2.87~24.63 m3/t,平均13.78 m3/t,且随着埋藏深度的增加而增高,其含气量相对沁水盆地南部偏低。煤储层含气量分布主要受控于本区煤层生气、储气和保存等因素。      

深部煤层吸附行为及含气量预测模型

深部煤层含气量变化特征与浅部有所不同,实测数据极少,需要研发新的方法对其进行预测。本文以鄂尔多斯盆地东部主煤层为对象,分析了影响吸附常数的地质因素。基于煤样在不同温度条件下的高压甲烷等温吸附实验,采用主成分分析方法,探讨了深部煤层含气量预测方法。选取温度、镜质组反射率、水分含量、灰分产率、镜质组含量、惰质组含量6个因素进行主成分分析,提取出3个主成分,获得吸附常数与3个主成分之间的多元一次函数关系,根据朗格缪尔方程并结合含气饱和度建立了深部煤层含气量预测模型。采用这一模型,对鄂尔多斯盆地东部深部煤层进行了实例研究。结果表明,煤层含气量随埋深的变化存在一个临界深度,临界深度大致在750~1200m之间,随煤级及地层温度和地层压力而呈规律性变化。在临界深度以浅,煤层含气量随埋深的增大而增高;超过临界深度后,含气量随埋深的增大而减低。     

焦作煤田煤层气储气层特征及含气性

焦作煤田的二1煤层厚度稳定,结构简单,且煤层气资源丰富。煤层的孔裂隙、吸附性、含气性、渗透性、储层压力、含气饱和度、储层温度等煤储层特征是煤层气选区评价和勘探开发决策的重要依据之一。通过对煤储层特征和分布规律深入的分析和研究认为:①焦作煤田二1煤层的纳米级孔隙发育,煤层吸附能力较强,且随着埋深的增加,吸附能力增大;②该煤层多数处于低压状态,但随着埋深的增加,储层压力和压力梯度有增大的趋势。③煤层气含量和含气饱和度随埋深的变化呈现相近的变化规律,含气量越大,甲烷(CH4)含量越大,甲烷(CH4)含量由浅至深有增大的趋势。④根据我国渗透率划分标准,该煤层原始煤储层的渗透率多数属于中高渗透率煤层,局部地段属于低渗透煤层。     

山西省煤层气资源量及可采潜力

山西省煤层气资源丰富,开发条件优越。在以往研究成果的基础上,根据大量的煤田钻孔、煤层气井和煤样等温吸附实验等资料,分析了煤层含气性、煤级、储层压力、温度、煤的吸附能力、含气饱和度等特征,对山西省深部煤层含气量进行了预测,估算了煤层气资源量及可采潜力。研究结果表明,煤级、储层压力、温度、煤的吸附能力、含气饱和度等参数直接或间接受埋深控制,并通过等温吸附方程综合影响深部煤层含气量,含气量随埋深的增加而增加,但增加趋势变缓;估算2000m以浅煤层气资源量约8.3万亿m3,煤层气平均可采系数在30.0%~56.7%。     

基于煤层气井生产数据的储层含气量校正新方法

勘探实践发现沁水盆地潘庄、潘河区块及鄂尔多斯盆地保德区块煤层气井累计产量远远大于原始计算的地质探明储量。该现象对体积法计算的煤层气资源储量提出了挑战,同时为全面“上储增效”提出了新的方向。在采用体积法计算煤层气储量时,含气面积、含气量的准确性以及煤岩密度与煤层厚度的非均质特征都会对储量参数的准确性产生影响。其中,由于取心测试过程的局限性,煤层含气量的数值常存在一定的误差。本次研究基于鄂尔多斯盆地和沁水盆地的煤层气井生产数据并结合等温吸附实验结果提出了计算储层临界最低含气量的方法(临界最低法)。将校正后的临界最低含气量与实测含气量(基于美国矿业局直接法(USBM)和史密斯-威廉姆斯法)进行对比,并剖析含气量测试损失量的地质控制机理。结果表明:在中低至中高煤阶(R_o=0.7%~2.1%)范围,临界最低法计算的含气量总体高于其它两种方法计算的含气量,临界最低法在中低煤阶至中高煤阶具有较强的适应性。在高煤阶(R_o=2.1%~2.8%)范围,临界最低法计算结果可以与取心测试结果相互验证。总体上,煤层含气量测试(USBM法)损失量受不同煤阶煤岩孔裂隙发育特征、煤体结构、含气饱和度及逸散时间的影响。含气量测试损失量与孔渗发育特征、构造煤发育程度、含气饱和度及逸散时间呈正相关。此外,针对未取心的煤层气井,可以采用钻井岩屑测试等温吸附参数进而利用临界最低法求取储层含气量,为煤层气进一步的勘探开发提供数据基础。     

河南省胡襄煤田煤的吸附性及影响因素

为研究胡襄煤田煤对CH₄吸附性及影响因素,对所采集煤样进行了等温吸附实验和压汞实验,研究了煤的吸附性及温度、压力、水分和灰分等因素对煤的吸附性影响。实验结果表明:胡襄煤田煤的吸附量开始随压力（0~1.5 MPa）的增加呈线性增大,之后（1.5~2.63 MPa）增大趋势减缓,增至2.63 MPa时,达到饱和吸附量的一半左右,在10 MPa左右时,吸附量趋于饱和;煤的吸附量较大,Langmuir体积V_L为18.30~29.96 cm3/g;煤样以过渡孔最发育,其次为微孔和大孔,中孔相对最不发育,因此胡襄煤田煤的吸附量较大;水分对煤的吸附性影响较弱,而灰分的影响相对显著。      

构造抬升过程中煤储层吸附能力的耦合效应及控制因素

煤层气盆地在地史演化过程中几乎都经历了多次抬升作用,构造抬升作用对煤储层吸附能力有着直接的影响。本文拟通过物理模拟实验和数值模拟对构造抬升过程中煤储层吸附能力的耦合效应和控制因素进行探讨。研究中选取高、低煤阶煤储层样品进行等温吸附实验,并假定地温梯度为分别为2℃/100m、4℃/100m和6℃/100m,压力梯度分别为0.3MPa/100m、0.5 MPa/100m和1.0MPa/100m模拟抬升过程中吸附量的变化。研究结果表明,煤储层在构造抬升过程中的吸附能力的变化主要受温压综合作用、煤储层热演化程度和构造抬升强度的控制。构造抬升时,温度作用效果占主导地位,煤储层吸附量增加;反之,压力作用效果占主导地位,煤储层吸附量减少。高煤阶煤层吸附量的变化量大于低煤阶变化量。抬升强度较大时煤层吸附量持续降低,较小时会使吸附量增加。煤层气在抬升过程中可能会出现吸附或解吸,与以往只是解吸的认识不同。当温度作用效果大于压力作用效果,即煤储层吸附量增加时,抬升作用易导致煤储层的含气欠饱和。     

焦坪矿区低阶煤储层因素对煤层气井产能的影响及敏感性分析

利用CBM-SIM煤层气数值模拟软件,以焦坪矿区低阶煤层为例,研究了煤层厚度、渗透率、含气量、吸附性、储层压力、含气饱和度和临储比等煤储层因素对煤层气井产量的影响。结果表明:气井产量随煤层厚度、渗透率、含气量、Langmuir压力、含气饱和度和临储比的增大而增大,随Langmuir体积的增大而减小;储层压力不影响产气量大小,只改变气井的产气时间;含气饱和度和临储比能更好地反映多个因素变化时的产气量变化。      

页岩气高压吸附特征及其对储采规律的影响

针对目前页岩吸附等温线测试温度、压力通常未达到储层温压条件这一问题,设计了页岩高温高压吸附等温线测试方法,研究了储层温度、压力条件下页岩吸附等温线特征,以实际页岩岩心为例计算了游离气和吸附气随压力的变化规律,并采用全直径页岩氦气和甲烷控压生产实验研究了吸附气对产气特征的影响。结果表明：视吸附量先随压力增大而增大,到达峰值之后视吸附量随压力的增大而减小;在低压条件下,采用Langmuir外推计算的吸附气量与高压实验计算的吸附气量相差不大;而在高压条件下,采用低压Langmuir理论推算总含气量高估9.2%;低于临界解吸压力时,吸附气解吸附使得单位压差产气量增加;高于临界解吸压力时,吸附气对单位压差产气量几乎没有影响;开发初期,低于临界解吸压力范围较小,吸附气对产气量贡献较小,尽可能动用游离气是高效开发的关键。     

低煤阶煤中甲烷扩散性能分析

甲烷在煤基质中的扩散性能是影响煤层气产出的重要储层参数。采用云南东南部地区新近系中新统小龙潭组褐煤样品,开展了低煤阶煤中甲烷等温吸附实验。基于等温吸附实验获得的吸附量与时间的关系数据,应用一元孔隙结构气体非稳态扩散模型,计算了煤中甲烷气体扩散系数,揭示了煤中甲烷扩散规律和控制机理。研究结果表明,低煤阶煤中气体扩散规律服从Langmuir方程,煤中甲烷有效扩散系数和扩散系数随着压力的增高而增大;吸附时间常数随着压力的增高而减小,服从负指数函数规律。4个实验煤样Langmuir有效扩散系数和扩散系数分别是（1.71~5.46）×10-4 s-1和（2.17~6.91）×10-12 m2/s,Langmuir压力为0.63~1.97 MPa。在相同温度和压力条件下,干燥煤样的有效扩散系数和扩散系数大于平衡水分煤样,随着温度的增高,其有效扩散系数和扩散系数增加,煤中气体扩散性能增强。      

基于Langmuir吸附的瓦斯含量和瓦斯压力的对应关系

为探讨煤层瓦斯含量和瓦斯压力的对应关系,应用Langmuir方程,分析总结了吸附常数测值的影响因素,初步阐述了瓦斯含量和瓦斯压力的内在联系,并进行了不同变质程度煤的相关实验研究和理论计算。研究结果表明:Langmuir吸附常数测试受吸附时间、压力点设置、温度和水分含量等多种因素影响;利用修正的Langmuir方程换算的瓦斯含量或瓦斯压力与煤的变质程度有关,在低煤级阶段表现为高压低含量特点,而高煤级阶段正好相反,瓦斯压力0.74 MPa和瓦斯含量8 m3/t只有在贫煤阶段才近似一致。建议综合考虑地质构造和构造煤发育情况,以实测瓦斯压力为主要依据,针对不同变质程度煤的矿井制定合理的突出预测指标。      

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     

我国煤储层等温吸附常数分布规律及其意义

对我国煤储层的等温吸附资料进行了全面系统分析和总结,得出了干燥煤样等温吸附曲线校正为储层温度和平衡水条件的回归经验公式。在此基础上,探讨了我国各时代、各煤类等温吸附常数a、b值的地域和层域分布规律及其对煤层气地面开发的影响。      

深部中-高煤级煤储层孔隙结构与吸附性

为了探讨中-高煤级深部煤层孔隙结构特征和吸附性,以陕西宜川和山西柿庄地区埋深100~1 800 m的中-高煤级样品为研究对象,对样品进行了煤岩煤质分析以及压汞法、核磁共振、低温液氮和等温吸附等测试,结果表明：(1)随着深度的增加,煤层吸附孔含量增多,渗流孔含量减小,渗透性降低,储层物性变差。(2)比表面积和总孔体积在1 000 m附近出现高值区域,随后才出现如前人所述的随深度逐渐降低的趋势,这与小孔的贡献率一致,可见比表面积和总孔体积并非完全由微孔决定,小孔作用显著。(3)深部煤层吸附性是压力的正效应与温度的负效应共同作用的结果,随着压力的增高,吸附量明显增加,温度每升高1 ℃,吸附量平均减少0.25 cm³/g;兰氏压力并不是简单地随温度递增而递增,而是存在随温度变化的拐点(35 ℃),大于拐点温度时,兰氏压力才呈现增高趋势。     

中煤级煤吸附甲烷的物理模拟与数值模拟研究

基于184个中煤级（镜质组最大反射率Ro,max介于0.65%~2.50%）煤在平衡水条件下的等温吸附实验成果,模拟了中煤级煤的朗格缪尔体积和压力与煤级的关系,建立了不同埋深（温度、压力）条件下不同煤级煤饱和吸附气量量板,探讨了压力和温度对中煤级煤吸附甲烷能力的综合效应,对比分析了中煤级煤吸附特征与低、高煤级煤的差异,提出了中煤级煤吸附气量预测的方法。