水化学性质对煤粉聚集沉降的影响实验

煤粉问题制约着煤层气井高效开发,煤粉聚集会导致储层渗透率和产气能力降低。为了查明水矿化度和水化学类型对煤粉聚集的影响,针对水化学类型为NaHCO₃、Na₂SO₄、CaCl₂和MgCl₂和水矿化度为3 000mg/L、6 000mg/L、12 000mg/L、18 000mg/L的水溶液,开展了不同矿化度和水化学类型的水对煤粉聚集影响的实验。从煤粉聚集沉降情况观察、煤粉悬浮液中煤粉质量浓度及煤粉粒度分布,探究了煤粉在不同矿化度和水化学类型的煤粉悬浮液中的聚集沉降特征。结果表明：随着煤粉悬浮液静置时间的增长,各水化学性质煤粉悬浮液的颜色均不同程度的变浅,逐渐出现分层。在矿化度为3 000～18 000mg/L的煤粉悬浮液中,随着悬浮液矿化度的增加,煤粉在悬浮液中的聚集性增强。在四种水化学类型的悬浮液中,煤粉在CaCl₂和MgCl₂煤粉悬浮液中聚集最强,在NaHCO₃煤粉悬浮液中聚集最差。根据扩展DLVO理论,煤粉悬浮...     

煤层气开发中煤粉产出机理及管控措施

煤粉问题是制约煤层气连续稳定排采的关键因素之一。以韩城煤层气区块为研究区,采用煤层气井现场监测、实验测试分析、物理模拟实验、现场工程应用相结合的方法,从煤粉产出的影响因素及成因、煤粉产出规律及管控措施方面,开展了煤粉产出机理及管控措施的系统研究。研究结果表明：影响煤粉产出的因素分为煤储层物性静态地质因素与煤层气开发动态工程因素两类。指出了不同煤体结构煤产出煤粉的倾向性及特征不同。碎粒煤和糜棱煤产出的煤粉体积分数高,产出煤粉量大。产出煤粉的成分以无机矿物和镜质组为主。在煤层气不同排采阶段,产出煤粉的体积分数和粒度特征具有明显的阶段性变化。在煤粉产出机理研究的基础上,结合煤层气井生产实践,从地质预防、储层改造、设备优选、生产预警、排采控制和工艺治理方面,提出了一套煤粉管控措施体系。应用于韩城区块煤层气井的煤粉管控,取得了良好效果。     

测试超细煤粉粒度的实验研究

利用激光粒度仪测试超细煤粉的粒度。对测试超细煤粉试样粒度时的试样浓度、测试温度、分散时间、分散剂的种类及浓度等方面的影响进行了实验研究,给出了激光粒度仪测试超细煤粉粒度的最佳实验条件。     

基于煤层气高效开发的煤粉凝聚–沉降机制研究进展

大量低产低效井严重阻碍我国煤层气产业发展,其中,煤粉沉降导致的裂缝堵塞、管柱结块是气井稳产时间短、产气量降低甚至不产气的重要因素。系统梳理国内外煤层气井产出煤粉物质组成、生成机理、悬浮运移和产出控制等研究最新进展,总结煤粉凝聚–沉降及分散行为控制机理及关键问题,提出研究展望。煤粉问题伴随煤层气勘探开发全过程,涉及地质选区评价、工程压裂施工和排采管理控制的各个方面。煤粉包括因煤体结构破坏生成的原生煤粉和工程施工形成的次生煤粉,在气井产出中以有机碎屑和黏土矿物组成的混合物为主,部分样品黏土矿物含量高。煤粉悬浮运移受控于储层条件下煤岩结构和表面性质、nm~μm级煤粉颗粒的相互作用、有机质和黏土矿物的作用、通道内的气水流动等因素。煤粉能够适度稳定产出是排采管控的关键,涉及地层水环境对煤粉表面润湿性、表面电性和空间位阻效应的影响及作用机制,以及分散剂离子加入对煤层气的解吸和渗流能力影响等。围绕煤粉“黏附–润湿–凝聚–沉降全过程开展实验模拟”和“煤粉分散稳定性优化及流动实验”研究,以及煤粉理化性质精细表征、凝聚沉降机理分析和分散行为界定,提出适合煤粉稳定运移控制的流速,形成保持煤粉悬浮产出的基础性依据,为保障煤层气–水–煤粉稳定高效产出提供理论和技术支撑。     

煤层气开发中煤粉问题的研究现状及研究思路

随着煤层气的开发,煤粉问题已逐渐成为制约煤层气开发的重要问题。由于近年来煤粉问题才开始被关注和重视,煤粉研究缺乏系统科学的研究思路和方法,从煤粉的危害、煤粉形成机制、煤粉产出规律及煤粉管控措施方面,总结了煤层气开发中产出煤粉的研究现状,指出了煤粉研究的不足,提出了一套由理论依据、研究内容、研究方法等核心环节构成的煤层气开发中煤粉问题的研究思路与方法：以煤层气地质与开发学、煤田地质学、岩石力学和流体力学等多学科理论为指导,以《煤层气勘探开发规范》《煤层气井监测方法》《测试分析技术方法》等相关技术标准和规范为依据,以历年煤层气地质资料和煤层气排采数据为基础,按资料收集→现场监测与采样→测试与数据处理→物理模拟与数值模拟→专题制图与综合分析→技术设备研发→现场工程应用的工作流程和方法,以煤粉产出的影响因素、煤粉产出机理、煤粉产出规律和煤粉管制措施等为主要研究内容,选择典型煤层气示范区,开展全面系统的煤粉研究工作,为实现煤层气高效开发提供保障。本研究思路与方法为科学研究煤粉问题提供方法学依据。     

煤层气压裂返排过程中煤粉产出规律实验研究

煤层气压裂返排过程中产出的煤粉影响煤层气解吸运移,易造成煤层渗透率的永久伤害,降低气井产气量。采用自主研发的压裂液裂缝返排实验装置,模拟一定煤粉粒径配比关系下,采用不同的排采制度和不同外加液体,研究裂缝中煤粉的运移规律,测定煤粉和支撑剂被携带出的临界流量和煤粉返排效率,揭示煤粉运移与流体流速、外加液体关系的变化规律。研究表明：清水不能润湿煤粉,煤粉悬浮剂能较好润湿煤粉;煤粉含量越大,流出率越低;煤粉流出量随时间变化满足幂函数递减规律;变排量排采可以增大煤粉的返排效率。     

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。     

柳林区块煤层气井煤粉产出影响因素分析

煤粉产出是影响煤层气开发的关键因素,查明煤粉产出的影响因素对于煤粉预防和管控具有重要意义。基于柳林区块的地质背景和煤层气开发情况,通过对现场排采井的生产曲线及排采过程和钻井过程中产出煤粉的研究,从静态因素和动态因素两方面分析了影响研究区煤层气井煤粉产出的控制因素。研究表明,由于煤粉问题导致修井作业造成的排采不连续对煤储层的伤害非常大,修井作业后重新排采,产气量很难恢复到原有的稳定产气水平。煤储层中镜质组和黏土矿物的占比越高,越容易产生煤粉。不同类型煤体结构煤储层产出煤粉浓度：Ⅲ类煤>Ⅱ类煤>Ⅰ类煤。煤层结构越复杂,含夹矸层数越多,越容易产生煤粉。多分支和单分支水平井产出的煤粉浓度普遍高于直井和定向井。水平井水平段井眼沿最大水平地应力方向钻进更容易产生煤粉,井斜越大越容易产生煤粉。排采速度突然增加,会导致煤粉产出增多,煤粉粒度呈现双峰分布。     

煤层气水平井煤粉产出及运移特征

煤粉是煤层气水平井排采中的不利因素,影响煤层气的产能。根据沁水盆地南部樊庄区块煤层气水平井的排采数据,分析了煤粉产出特征;通过煤粉在支撑裂缝中运移的物模试验,揭示了煤粉在支撑裂缝中的运移和伤害规律;利用流体迁移规律研究装置,进一步研究了煤粉在水平井筒的流动规律,建立了煤粉运移模型。研究结果表明：煤粉主要来源为钻井过程中钻具对煤层的研磨及压裂过程中大排量携砂混合流体对裂缝煤壁的摩擦和冲刷;煤粉对支撑裂缝中导流能力伤害率达90%,且排采速度越大,出煤粉量越多;煤粉在水平井筒中运移的流型为层流流动,通过控制压力、流量和煤粉含量,可在排采初期实现对煤粉的控制。     

煤层气排采非饱和流阶段煤粉–气泡耦合作用机理

揭示煤层气排采储层非饱和流阶段煤粉与气体相互作用机理,对制定排采制度和提高产气量具有重要意义。通过气泡–煤粉微观作用实验装置,系统开展了不同直径大小的气泡对不同粒度和密度煤粉的作用实验,分析了气泡对煤粉运移轨迹和速度的影响及捕获煤粉特征。结果表明,气泡产出能够影响煤粉的运移轨迹,甚至能够捕获煤粉;煤粉通过气泡时会产生3种运动类型：沿着气泡表面运移到气泡底部最后被捕获、沿着气泡表面运移到气泡底部最后脱落及接近气泡时被排斥而轨迹发生偏转。煤粉若被气泡捕捉,则运动速度呈现出减小–增大–减小的变化特征;若未被气泡捕获,速度呈现出减小–增大–减小–增大的变化特征。不同条件下气泡对煤粉的捕获效率高达64.38%～86.64%;在气泡表面最高点附近发生碰撞煤粉被捕获的概率最大,并且随着偏离角度的增大,气泡捕获效率均呈现出逐渐减小的趋势;在相同的碰撞位置下,气泡对煤粉的捕获效率随着煤粉密度、煤粉粒径的增大而减小,随着气泡直径的增大而增大。煤层气产气初期应根据储层的实际导流能力合理控制降压速率,若储层导流能力较强,应加大排采速率,增大气体解吸对煤粉的扰动和捕获作用,促使大量煤粉随地下水或气泡产出;若储层...     

煤层气与煤炭资源协调开发浅析

煤层气与煤炭资源协调开发,是指从煤层气和煤炭为密切共生的不同物相的矿产资源这一基本事实出发,考虑其开采在时间顺序、空间布局、相互影响等关系,按照“采气-采煤一体化”、“地面与井下立体开发”的技术思路,在资源勘查、开发规划与设计、开采途径和技术应用等方面统一部署,相互协调,以实现对这两种矿产资源进行合理、有效的开发利用。从煤层气的资源地位、煤矿安全生产需求和建设循环经济的需求等3方面阐述了协调开发的意义;并指出协调开发技术包括煤层气与煤炭资源同步勘探和协调开采两个方面。     

煤炭资源勘查中的煤层气兼探技术与方法

煤层作为煤层气的地质载体,煤层气与煤炭资源兼探是国家矿产资源管理的强制性规定。通过近年来兼探项目的实践,梳理了煤炭资源勘查过程中涉及到的煤层气资源评价规范。在此基础上,从勘查思路、勘查方法、工作任务、报告编制等环节,明确了煤炭资源勘查过程中煤层气勘查方法。根据煤层气勘查方法的特殊性,总结了兼探过程中煤层气地震、测井、钻井、录井、排采等技术及工程质量验收方法,提出了煤炭资源勘查全过程煤层气勘查技术体系。分析发现,现有兼探方法和技术存在若干需要解决的技术问题,如勘查规范滞后、煤炭与煤层气综合勘查缺乏技术标准体系、瓦斯采样方法落后、煤炭资源勘查实施方案审查中对煤层气兼探技术方案把关不严等。由此,进一步提出了相关的对策和建议,包括及时修订DZ/T 0215-2002《煤、泥炭地质勘查规范》、瓦斯采样采用绳索取心技术、将瓦斯地质工作纳入煤层气地质工作体系、在低含气量矿区先期进行煤层气资源潜力评价等。     

芦岭井田煤层气开发地质条件及开发方式选择

我国煤层气地质条件复杂,针对不同地质条件,选择合理的煤层气开发方式,对煤层气抽采非常重要。分析研究芦岭井田煤层气开发地质条件显示：芦岭井田构造及水文地质条件较复杂;目标煤层发育层数多,厚度大,煤层埋藏较深,且分布较稳定;煤层主要为构造软煤,渗透性较差,气含量较高。通过对目前煤层气不同开发方式的适用性分析,结合芦岭井田的煤层气开发地质条件,在目前经济技术条件下,优选出地面垂直井为本区煤层气的首选开发方式。     

基于煤层气与煤炭协调开采的地面煤层气布井理论探讨

煤矿区煤层气地面开发具有资源、安全、环保等综合效益。研究了煤层气开发与煤炭开采相互影响的控制机制,分析了主要影响因素,包括：煤层气套管、水泥环对采煤机械的损害,金属套管碰撞产生的火花,压裂石英砂对煤质的影响,压裂对煤层顶板和底板的破坏,以及煤炭回采对井筒的破坏。基于煤与煤层气协调开采的目标,结合煤炭开采\     

高煤级煤的煤层气开发潜力——以沁水煤田为例

通过分析研究山西省沁水煤田的煤层气地质条件和储层特征,结合煤层气开发试验结果,对无烟煤等高煤级煤的煤层气资源开发潜力进行了评价。结果表明:无烟煤等高煤级煤只要煤储层特征参数组合匹配良好,尤其是在较简单的构造条件下,煤体结构完整,煤中裂隙网络较发育且保存较好,煤储层渗透率较高,煤层气资源开发就具有良好的前景。      

低变质煤的煤层气开发潜力——以鄂尔多斯盆地侏罗系为例

以鄂尔多斯盆地侏罗系为例,分析了低变质煤的煤层气地质特征、保存条件、主要储层参数的分布特征以及煤层气资源状况。鄂尔多斯盆地侏罗系煤的变质程度低,煤层发育层数多、厚度大,水文地质条件有利,煤层气资源条件优越。与美国粉河盆地对比,鄂尔多斯盆地侏罗系煤层气具有一定的开发潜力。中国低变质煤分布广泛,煤炭及煤层气资源量巨大,煤层气地质条件优越。但其勘探程度较低,应进一步加大勘探力度。     

我国焦煤煤层气资源潜力及其物性特征

我国2 000 m以浅的焦煤煤层气资源量约1.214 7×10¹² m³,占全国煤层气总资源量的3.3%,主要分布在华北、西北和西南等三大含气区。为了评价我国焦煤煤层气资源潜力,收集和测试了全国范围内的82件焦煤煤样的煤岩、煤质、工业分析、压汞实验和等温吸附实验数据,研究结果表明：随着煤化程度的增加,焦煤碳元素质量分数增加,而挥发分、氧元素和氢元素逐渐减小,且氧元素减少的速度大于氢元素;焦煤大孔、小孔和微孔较为发育,中孔发育较差;比表面积主要集中在小孔和微孔,大孔和中孔对比表面积的贡献甚微;焦煤孔隙度和总孔容与煤阶之间显示出\     

不同粒径级砂土渗透特性试验研究

渗透性是砂土的重要工程性质之一,影响砂土渗透性的因素有很多,比如土体密实程度、土颗粒自身特性、流体性质等,其中孔隙率与颗粒粒径是两个重要影响因素。而以往基于混合粒径的天然砂土的研究很难分别对这两个因素进行独立的研究。基于此,首先开展了单一粒径级砂土的常水头渗透试验,分别研究了同一粒径级砂土渗透系数随孔隙率的变化和同一孔隙率下不同粒径级砂土渗透系数随均值粒径的变化规律。试验结果显示,渗透系数随着孔隙率的增加而线性增加、随均值粒径二次方的增加而线性增加,其中均值粒径的影响较大,其变化能导致渗透系数量级上的差异。在此基础上,开展了多粒径混合砂土的渗透试验,讨论了曲率系数、不均匀系数等级配参数对渗透性的影响,从而将单一粒径级的研究成果推广到天然砂土,最终拟合出渗透系数与相关影响因素的经验公式,以便工程实践参考使用。     

芦岭煤矿碎软低渗煤层高效抽采技术

针对碎软煤层地面煤层气难以抽采,水平井钻进容易塌孔的问题,在借鉴页岩气和致密气开发先进技术的基础上,研究碎软低渗煤层顶板分段压裂水平井技术。通过优化煤层顶板水平井钻进、定向射孔和分段压裂等工艺流程,从地面抽采碎软煤层中的瓦斯气体。运用该技术在安徽淮北芦岭井田开展了LG01水平井组试验。试验结果表明：LG01水平试验井组日产气量超过1.0×10⁴ m³,与同一井田的压裂直井相比,相当于4口以上直井的产量,实现了碎软煤层从地面高效抽采煤层气的目的。