准南阜康区块煤层后生生物成因H2S的发现与成因机制

随着排采的进行准南东段阜康区块煤层气井产出的煤层气中H₂S浓度呈现逐渐增加的趋势,对安全生产构成严重威胁。基于煤层气勘探开发资料,结合实验室厌氧发酵实验,对该区块排采阶段煤层H₂S的异常原因进行初步探讨。煤层气勘探阶段含气量测试结果表明,煤层气原始气体中H₂S含量低,最高仅为2.152×10^-6;排采初期并未出现H₂S浓度异常现象,但随着排采的进行,部分井出现异常,如13号井在排采7 a后H₂S含量异常增加,高达700×10^-6。灰色关联分析表明,H₂S的浓度与煤层气井的产水量和水质密切相关,当地下水的补给带来充足的营养物质供给菌群代谢时,就会促进H₂S的产出。由该区煤和排采水作为发酵基液构建的厌氧发酵系统表明,H₂S的产量与发酵液中SO₄^2-含量成反比、与HCO₃^-含量成正比;CH...     

CO2/N2二元气体对甲烷在煤中吸附影响的分子模拟研究

二元气驱技术(CO₂/N₂-ECBM)已成为煤层气增产的重要手段,明确CO₂/N₂在煤层中的竞争吸附规律以及对煤层物性的影响具有重大意义。利用分子模拟软件Materials Studio建立延川南煤层气实际区块温度、压力条件下的煤分子模型。基于巨正则蒙特卡洛(GCMC)方法研究CO₂/N₂交替驱替煤层气技术中各注入阶段对CH₄吸附的影响,明确CO₂、N₂对煤层孔渗物性的影响规律。结果表明:在CO₂注入阶段,煤层中甲烷迅速解吸;煤中气体吸附总量上升,煤基质膨胀效应增强,导致煤的孔隙体积降低。而转N₂注入后,由于N₂分压作用使得CH₄、CO₂吸附量呈现出不同程度的降低;当ω_N2/ω_CO2≤0.6时煤分子中气体总吸附量迅速降低,而当N₂饱和吸附后气体总吸附量保持稳定。煤层孔渗物性随着气体吸附总量呈现出迅速增大后趋于平缓的趋势。此外,ω_N2/ω_CO2>0.6后N₂吸附率迅速降低,这会使得产出气中CH₄纯度较低,导致后期提纯成本大大增加。因此,当ω_N2/ω_CO2=0.6左右时,CH₄解吸量为最大值,煤孔隙率较高,最有利于煤层气的开发。      

保德地区煤层气地球化学特征及成因探讨

为了查明保德地区煤层气地球化学特征及成因,采集煤样、煤层气样及水样,开展气体组分分析、煤层气井产出水水质检测和稳定同位素分析。结果表明:煤层气组成中烃类气体以CH₄为主,体积分数为88.60%~97.59%;含有少量乙烷,体积分数仅为0.01%~0.14%;干燥系数均大于0.99,属于极干煤层气。非烃类组分中,主要含有CO₂和N₂,其中,CO₂体积分数为1.74%~7.61%,N₂体积分数为0.04%~8.18%。煤层气δ13C(CH₄)值为–56.8‰~–47.7‰,δ13C(CO₂)值为–6.6‰~13.9‰,δD(CH₄)值为–252.6‰~–241.6‰。煤层产出水呈弱碱性,属于NaHCO₃类型水,与地表水离子构成、矿化度、δD(H₂O)和δ18O(H₂O)值均相近,有地表水的补给,有利于产CH₄菌大量繁殖,生成次生生物气。综合认为,研究区煤层气为热成因气和生物气的混合气,生物成因气主要是通过二氧化碳还原作用形成,受煤层解吸–扩散–运移作用、水溶作用和次生生物作用导致煤层气“变轻”。研究成果为后续煤层气勘探开发提供指导。      

临汾区块煤层气井排采中产出煤粉特征

基于煤层气井产出煤粉浓度的现场连续监测,采用煤粉浓度监测仪、激光粒度测试仪、反射偏光显微镜、X射线衍射、电子扫描电镜带X射线能谱仪,研究了临汾区块煤层气井排采过程中产出煤粉的浓度、粒度、成分和表面特征,分析了煤粉特征的影响因素,探讨了煤粉产出机理。结果表明,临汾区块平均煤粉浓度随排采阶段的变化趋势是排水降压阶段<憋压排采阶段<气水合采阶段;不同开发层段产出的煤粉浓度变化趋势是单采5号煤<合采5号和8号煤<合采（4+5）号、（8+9）号煤。煤粉颗粒粒径分布范围广,为0.5~1 000 μm,多集中在100 μm以下。煤粉成分以无机矿物和镜质组为主,无机矿物以硬石膏、黄铁矿和伊利石为主。将煤粉颗粒分为光滑表面和粗糙表面两种,光滑表面的煤粉颗粒以C元素为主,粗糙表面的煤粉颗粒以Fe、S、O元素为主。煤粉产出与煤中矿物含量、镜质组含量以及构造煤发育程度和排采阶段有关。      

CO2地质埋藏深度对高阶煤孔隙结构的影响

高阶煤中的CO₂地质埋藏具有存储CO₂和提高煤层气采收率的双重意义。通过压汞测试和低温液氮吸附实验对经过CO₂地质埋藏模拟实验处理前后的煤样品进行分析测试,探讨了不同埋藏深度下煤中孔隙演化的特征与机理。研究表明:煤的真密度、视密度、孔隙体积、煤基质体积变化、有机质膨胀与收缩等参数均表现出不同的演化特征;埋藏过程中温度压力的增大对H₂O–CO₂–煤的地球化学反应效应的影响并非线性,而是存在一个对孔隙特别是微孔孔容和比表面积改造最大的深度范围,该深度将使得高阶煤孔隙结构得到最佳的改造效果,从而进一步更有利CO₂的地质埋藏和提高煤层气的采收率。      

沁水盆地南部潘庄区块废弃矿井煤层气地球化学特征及成因

为了研究废弃矿井中煤层气成因,以沁水盆地南部潘庄区块废弃矿井为例,抽采废弃矿井中煤层气并进行化学组分和同位素测试,并采集部分废弃矿井水样品测试水中离子浓度、pH值等进行研究。结果表明:潘庄区块废弃矿井中煤层气CH₄体积分数平均值为91.99%,CO₂为1.26%,N₂为6.73%;甲烷碳同位素（δ13C₁）值为-31.36‰~-33.53‰,平均-32.25‰,氢同位素（δD）值为-182.76‰~-193.20‰,平均-187.538‰。废弃矿井排采水中阴阳离子主要为Mg2+、K+、HCO₃-、Cl-、Na+、SO₄2-和NO₃-等,产出水型为Mg-（HCO₃）₂型,表明矿井水受到地表水的强烈影响。废弃矿井中煤层气主要以热成因气为主,少量次生生物气。与附近未开采煤储层相比,研究区废弃矿井中的环境更有利于次生生物气的生成。      

鄂尔多斯盆地兴县地区煤层气地球化学特征及成因

煤层气化学组分、甲烷碳氢同位素特征对煤层气成因、分布规律和煤层气资源评价具有重要意义。为了查明河东煤田北部兴县地区山西组、太原组煤层甲烷及二氧化碳成因，采集研究区煤层气井解吸气样，通过组分分析、CH₄碳氢同位素和CO₂碳同位素测试，根据煤层气成因图版，分析了煤层气稳定同位素的地质影响因素，揭示了研究区煤层气成因。结果表明，区内主力煤层的甲烷碳同位素存在明显差异:8煤甲烷δ13C₁值介于-55.1‰~-44.2‰，平均为-49.2‰；13煤δ13C₁值介于-65.7‰~-55.7‰，平均为-59.8‰。同一煤层内甲烷碳同位素呈现出随煤层埋深增加而变重、随水动力条件增强变轻的特点；甲烷碳同位素偏轻，重烃组分偏少，表明受到一定因素或次生作用的影响。8煤以热成因气为主，13煤以次生生物成因气为主。研究区8煤δ13C （CO₂）介于-17.3‰~-4.8‰，13煤δ13C （CO₂）介于-26.3‰~-6.9‰，二氧化碳为煤热演化初期或最近一次煤层抬升再沉降后煤中有机质热裂解产生。研究成果为明确该区煤层气勘探开发方向提供了理论依据。      

彬长矿区低煤级烟煤H2S赋存条件及成因类型

彬长矿区北部雅店煤矿主采4号煤层，建矿期间H₂S含量最高达到0.001 4%左右，回采期间经常发生H₂S超限问题，结合研究区地质特征，分析认为，煤层顶底板致密围岩的封盖作用，导水裂隙带无法导通上覆含水层，煤的变质程度较低不利于H₂S吸附等，是导致研究区H₂S异常超限的主要因素。通过对4号煤层原煤中硫的分布、硫酸盐类型、地下水、地温和不饱和烃等分析，认为研究区H₂S形成的条件是:30~40℃的地温适宜硫酸盐还原菌（SRB）繁殖，硫酸盐提供了物质基础，C₂-C₈不饱和烃提供了能量和物质条件，弱碱性地下水为其提供了生存环境，适宜H₂S气体硫酸盐生物还原（BSR）作用的发生，判断该矿H₂S气体为BSR成因。通过优化通风、喷浆封堵、加强排水及喷洒碱性等措施，可有效防治H₂S超限，保证了工人健康与矿井安全。      

云南老厂雨汪煤层气区块气水成因及产能响应

为提高云南老厂雨汪区块煤层气(CBM)产能,基于6口煤层气先导试验井的气体样品组分、甲烷碳同位素、产出水氢氧同位素及微量元素测试结果,结合研究区煤层气地质条件和产能特征,分析了气体组分、水的氢氧同位素特征及微量元素成分对产能的指示意义。结果表明:研究区煤层气气体组分以CH₄为主,含少量C₂H₆、N₂和CO₂,不含重烃,为热成因气,并经过了后期的次生改造。煤层气井产出水的氢氧同位素特征说明产出水来源于大气降水,呈现明显的¹⁸O漂移特征。主成分分析结果显示产出水微量元素成分可以归纳为两个主成分,分别反映气井的产气和产水情况。根据煤层气井气水产出情况、产出水的氢氧同位素特征、微量元素成分综合分析表明,当前雨汪区块除LC-C3井外其他井产出水主要为压裂液,储层降压受限,导致气井产量较低。     

米泉低阶煤煤层气中CO2异常赋存特征与成因

对米泉矿区以往煤层气勘查成果统计发现,气体含量中CO₂浓度异常高,部分气样浓度甚至超过40%。通过系统开展气体组分、CH₄与CO₂碳同位素、稀有气体同位素等地化分析,发现该区CO₂浓度随埋深增大呈增高趋势。当埋深大于800 m时,CO₂浓度超过40%;CO₂具明显壳源成因特征,无幔源CO₂的混入。说明该区煤层气主要为CO₂还原途径形成的次生生物气体,少量样品具热成因气特征;CO₂异常富集可能是3个方面因素耦合作用的结果,即处于微生物产甲烷活动早期阶段、CO₂还原途径产甲烷活动受到抑制及滞留的水体环境。     

陕西山阳庙梁金矿地质特征及流体包裹体研究

庙梁金矿床位于南秦岭柞水-山阳矿集区的中心地带,为了查明庙梁金矿成矿流体特征、金的沉淀机制及矿床成因,对该矿床不同成矿阶段脉石矿物中的流体包裹体进行了详细的岩相学、显微测温、激光拉曼光谱分析研究并与周边典型金矿床特征进行了对比.结果 表明,该矿床包裹体类型丰富,成矿早阶段主要为H2O-NaCl型包裹体(Ⅱ型)、部分H2...     

低渗煤层注CO2增抽瓦斯数值模拟与应用

针对低渗透性煤层瓦斯抽采难度大、抽采效率低等问题,基于CO₂-CH₄多组分气体竞争吸附作用,开展了注CO₂提高煤层瓦斯抽采率数值模拟与试验研究。首先,建立了考虑气-水两相流与Klinkenberg效应的煤层注CO₂促抽瓦斯流-固耦合模型,利用COMSOL软件进行了煤层注CO₂后煤层瓦斯压力、瓦斯含量和瓦斯抽采率等参数变化规律,并应用于工程试验。结果表明:构建的气-水两相流瓦斯抽采流-固耦合数学模型可靠、合理;注入CO₂抽采煤层气瓦斯压力、瓦斯含量均比未注入CO₂抽采下降速率快;现场试验后,注气抽采条件下瓦斯抽采浓度平均值是未注气条件下的2.02倍,瓦斯抽采纯量是后者的3倍。煤层注入CO₂气体后,瓦斯抽采量增加,显著促进了煤层瓦斯抽采。      

Origin and Distribution Factors of Sour Gases in Natural Gas Reservoirs in the Amu Darya Right Bank Block,Turkmenistan

Through the analysis of original carbon isotopes in the blocks on the right bank of the Amu Darya River, Turkmenistan, it can be firstly concluded that the carbon dioxide (CO₂) in the sour gas reservoirs belongs to the inorganic-origin gas. The origin of hydrogen sulfide (H₂S) in the Amu Darya Right Bank Block is thermochemical sulfate reduction from the detailed analysis of hydrocarbon source rocks data, reservoir characteristics, vitrinite reflectance of organic matter, and sour gas content. Then, the factors affecting the distribution of sour gases in the Amu Darya Right Bank Block were investigated by the analysis of conventional sour gas distribution factors including geological structure, fracture and fault, caprock integrity, sedimentary facies, reservoir types, lithofacies, the source of sulfur and so on. The following basic findings were achieved: ① The basement rift in the study area is conductive to the distribution of CO₂. The caprock integrity contributes to the concentration of CO₂. The gas reservoirs in the biological dike reefs, patch reefs and overthrust zones usually have medium CO₂ content. ② The geological structure and fracture caused the complexity of the distribution of H₂S. The gypsum-salt rock in upper Jurassic-Tithonian is an important sulphur source, and the main hydrocarbon source rocks are also the major sulfur source of H₂S gas reservoirs. Furthermore, the giant gypsum layers in the middle-upper Jurassic Callovian-Oxfordian and the upper Jurassic-Tithonian are conductive to preservation of H₂S, and the small openings and holes in the reservoir is also correlative to the distribution of H₂S. ③ The H₂S in the study area is mostly distributed in the formations with the geothermal temperature of higher than 100 ℃. The open platform deep-water sedimentary facies are harmful to the formation of H₂S. The patch reef and overthrust zones belong to the belts of low H₂S content, however, the biological dike reef zones belong to the belts of medium-high H₂S content. However, the origin and distribution factors of sour gases in natural gas reservoirs were obtained. At the same time, it was pointed out that more necessary and accurately quantitative research is still needed to determine the origin and distribution of acid gases in the Amu Darya Right Bank Block, Turkmenistan.     

超临界CO2注入煤层对顶板岩石纵波速度及力学响应特征研究

深部煤层CO₂地质封存与CH₄强化开采(CO₂–ECBM)技术在提高煤层气采收率的同时可实现碳减排,具有能源和环境双重效益。超临界CO₂(ScCO₂)、水和煤层顶板之间的地球化学反应可改变其物理力学性质,增加CO₂泄漏的风险。以沁水盆地胡底煤矿3号煤层顶板岩石为研究对象,开展“ScCO₂–水–岩”地球化学反应模拟实验,探讨CO₂煤层封存条件下ScCO₂–水–顶板岩样地球化学反应过程及其对岩石纵波速度和力学性质的影响。结果表明:ScCO₂–水–岩之间化学溶蚀反应造成岩样Ca、Mg元素显著降低,促使岩样表面形成孤立状溶蚀孔,并随着反应时间的持续,进而形成大量的“溶蚀坑”和“溶蚀缝”;增加了岩样结构不连续性,使得声波传播路径增大、能量损失加剧,导致纵波波速降低;ScCO₂–水–岩反应后岩样的峰值强度和弹性模量降低,泊松比升高,且三者之间的变化率与反应时间之间呈现Logistic函数的变化关系。对于胡底煤矿而言,ScCO₂–水–岩反应过程中顶板力学性质的弱化不足以造成盖层的破裂和CO₂泄漏,但在评价煤层CO₂封存安全性时,还应考虑煤层吸附膨胀应力对顶板的影响。      

煤层CO2地质封存的微观机理研究

煤层CO₂地质封存可实现CO₂减排和增产煤层气双重目标,是一种极具发展前景的碳封存技术。相对于其他封存地质体而言,煤的微孔极其发育,煤层CO₂封存机制与煤中气、水微观作用关系密切,其内在影响机理尚不清楚。以2个烟煤样品的系统煤岩学分析测试为基础,构建了煤的大分子结构及板状孔隙空间模型,进一步采用分子动力学方法模拟了不同温、压条件下、不同煤基质类型表面的CO₂和水的润湿行为,揭示煤层CO₂注入后引起的水润湿性变化规律,初步阐明煤层CO₂封存的可注性、封存潜力、封存有效性等影响因素及微观作用机理。结果表明：(1)影响煤润湿性的主要因素是煤中极性含氧官能团,其含量越高煤的润湿性越强;(2)煤中注入CO₂后,CO₂通过溶解作用穿透水分子层与水分子发生竞争吸附,从而减小水在煤表面润湿性;(3)随注入压力增大和温度降低,煤表面CO₂吸附量增多,对氢键破坏作用增强,润湿性减弱越明显;(4)亲水性煤层CO<...     

煤基CO2地质封存对顶板裂缝导流能力影响实验研究

煤基CO₂地质封存是温室气体减排的重要方式,但也存在地下CO₂泄露的安全风险。为了评估煤基CO₂地质封存的安全性,采集沁水盆地南部胡底矿3号煤顶板泥质粉砂岩样品,模拟实验研究“CO₂-H₂O-岩”反应中柱状试样人工裂缝形貌、全岩矿物组成与CO₂导流能力变化。结果表明:方解石脉溶蚀、次生矿物充填与外部有效应力共同影响试样裂缝导流能力。原始渗透率为0.016×10–3μm2的低渗试样,方解石脉溶蚀导致实验前期渗透率升高;随着反应进行,有效应力主导下裂缝闭合,渗透率呈“先升后降”变化趋势;原始渗透率为3.785×10–3μm2的高渗试样,H₂CO₃不断溶蚀裂缝壁面长石等矿物,并产生高岭石等次生矿物混合充填于裂缝中,使渗透率持续降低。煤基CO₂地质封存过程中,较高的注入压力导致顶板产生人工裂缝;CO₂注入施工结束后,次生矿物充填及有效应力增大使裂缝导流能力快速下降,因此,煤中封存CO₂沿顶板裂缝长期泄露的风险较低。      

等压扩散下CO2对不同变质程度煤中CH4置换效应的影响

为了研究等压扩散条件下不同变质程度煤中CO₂置换CH₄特征规律,选择无烟煤、瘦煤和气肥煤3种煤样,进行了不同等压扩散压力下的等压扩散置换实验。实验结果表明:随着煤变质程度的增加煤吸附CH₄和CO₂的能力表现出逐渐增强的趋势,且CO₂的吸附量大于CH₄的吸附量;随着实验点扩散压力的增加,CO₂对CH₄的绝对置换量和置换率均随之增加,CO₂对CH₄的注置比却随之降低。在实验煤样变质程度范围内,CH₄置换率与煤变质程度和CO₂注置比均呈负相关关系。研究成果对井下注CO₂置换煤层CH₄的工程技术和理论具有指导意义。