煤层气解吸时间的确定

煤层气的解吸、扩散是煤层气藏一个关键的内边界条件。本文应用数学方法通过对这一过程的刻划、描述,导出了有关煤层气解吸时间的概念,并提出了利用图解法确定煤层气解吸时间的方法,有助于在煤层气勘探、开发过程中正确理解与测定这一重要参数。     

煤层气解吸特征的实验研究

利用液固吸附的一般实验发现煤的孔隙分布不均,中高阶煤以0.8～15 nm孔径为主要优势。小孔表面曲率变化较大,孔径变化可用Weibull不对称函数表示,进而推导气固吸附方程。通过对山西晋城寺河3#煤、陕西韩城象山3#煤、新疆六道湾43#煤的等温吸附解吸实验并利用SPSS软件进行数据拟合,发现其r2皆大于Langmuir方程的拟合效果,所以利用Weibull函数来表征煤层气的解吸过程有利于指导煤层气排采实践。     

影响煤层气解吸扩散运移的地质因素

基于大量基础研究，从不同角度探讨影响煤层气解吸扩散运移因素。分析解吸扩散运移过程中气体组分、储层介质、温度、压力、地应力等内、外因素对煤层气扩散运移的制约关系及程度，获得规律性的认识。     

煤层气解吸扩散运移动力学

煤层气运移动力学,是研究煤层气成藏机制的重要基础理论。煤层气解吸扩散运移是复杂的动力学过程,物质在地质场的质量交换和质量传递,须具备一定的动力和经受一定的阻力来实现,这些作用力是诸多综合因素的合力,其变化过程可从物质变化的速度等力学量、温度压力等热力学量、组分浓度等化学量来描述。     

阳泉矿区3#煤煤层气解吸特性的研究

实验测定了阳泉矿区3#煤煤层气的解吸特性。利用煤粒中吸附煤层气扩散微分方程式计算出煤层气的解吸时间,并用作图法确定出3#煤煤层气的解吸时间,为阳泉矿区3#煤煤层气的开发和利用提供了重要的参数。      

不同矿化度水对煤层气解吸-扩散影响的实验

煤层气主要以吸附状态赋存于煤层的割理和基质孔隙中。以沁水盆地寺河煤矿3号煤粉碎后的割理颗粒为实验样品,通过对样品注入蒸馏水、水源水和地层水3种不同矿化度水的解吸实验,探讨了不同矿化度水对煤层甲烷解吸-扩散过程的影响情况。结果表明：3种水的初始解吸压力约为1.4 MPa,且解吸过程主要集中在后期,而前期解吸量不足总解吸量的30%;含有矿化度的水源水和地层水比无矿化度蒸馏水的解吸率、恢复率和初始解吸压力都低,且随着水矿化度的增大,解吸率和恢复率都略有减小。     

韩城示范区煤层气解吸规律及其地质影响因素

煤层气解吸特征是影响煤层气采收率及排采效果的关键要素之一。基于对韩城煤层气示范区62 件煤芯的解吸实验和 相关测试,分析了煤层气解吸特征及规律,探讨了解吸特征与煤级、煤质、煤岩显微组成等的相互关系。结果表明,研究 区煤层气解吸率多在90%~95% 之间;吸附时间为0.03~10 d,82% 的煤样小于6 d。煤芯气体解吸具有阶段性,气体解吸速 率的降低主要由煤芯平均含气量的变化引起,初始解吸速率及其衰减特征与煤岩孔隙结构及其连通性有关。解吸率与煤级 相关性不明显,但随灰分产率增加而显著降低。镜质组含量的增加提高了煤层气解吸率,惰质组则相反。吸附时间随固定 碳含量、水分含量的增加而缩短,但有一定离散性,与灰分产率、显微组分含量之间关系则不明显。     

华北上古生界煤层甲烷稳定碳同位素组成与煤层气解吸——扩散效应

华北上古生界浅层煤层甲烷稳定碳同位素具有颁布范围广、组成偏轻的总体分布特点,在进入高煤级煤阶段之后开始接近或落入腐殖型常规天然气甲烷稳定同位素分布范畴。该区浅层煤层甲烷稳定碳同痊素偏轻的现象主要起源于热力馏背景之上叠加的解吸－扩散效应,由此导致了煤层气原生带→过渡带→解吸带的垂向分带特征。     

吸附–解吸状态下煤层气运移机制

带吸附作用的煤层气运移规律一直是煤层气地质学界关注的焦点问题之一。为研究吸附-解吸状态下的煤层气运移机制,推导了气体吸附-解吸方程并分析了多孔介质扩散-渗流理论,开展了煤层气运移实验并对实验结果进行了分析。研究结果发现：煤体孔隙结构对煤层气运移具有\     

高煤阶煤储层解吸曲线定量表征及解吸参数研究

为了定量研究煤层气井解吸特征,文章通过煤样解吸实验获取解吸曲线并进行拟合回归得到了煤样解吸曲线定量表征公式。结果表明：煤样解吸曲线可以用来定量表征;解吸体积常数可表征煤样的最大解吸量,解吸时间常数表征解吸气体体积达到最大解吸气体积一半时所用的解吸时间;煤样初始解吸速率等于解吸体积常数与解吸时间常数之比,煤样解吸速率随着解吸体积常数增加而增加,随着解吸时间常数增加而降低。解吸时间常数与吸附时间成线性正相关关系,解吸时间常数越大,煤样解吸速率越小;在工程上可以用解吸体积常数代替解吸气量和残余气量之和;解吸时间常数随气体压力和裂缝指数增加而降低,随镜质组、惰质组含量增加而先增加后降低,与粘土矿物含量关系不明显;解吸体积常数随气体压力、惰质组含量增加而增加,与粘土矿物含量关系不明显,随着镜质组含量增加而降低,随裂缝指数先降低后增加。     

煤层气资源特点与开发模式

为探索煤层气高效开发模式,促进煤层气资源的开发,在总结20多a理论研究成果和勘探开发实践经验的基础上,将煤层气厘定为赋存于煤层及其围岩中的与煤炭共伴生的天然气,并将煤层气资源的特点概括为吸附态、自生自储两点。依据煤层气资源的特点,提出了煤层气资源开发模式分类方案,其中顶级分类包括地面开发、井下抽采、采煤采气一体化等。     

煤层气地面开发的外部效应

煤层气是一种新能源和优质化工原料,地面开发可以节能减排,降低瓦斯灾害,具有极强的正外部性。但煤层气与煤炭共生在一起,开发一种会影响另一种。通过分析煤层气地面开发现状,探讨了它在地质勘探、矿井地质、矿井通风、综合开采、煤炭气化和环境保护等方面存在的负外部性。外部性影响和制约着煤层气产业的健康发展。正外部性可以通过国家补贴、税收和费用减免等措施来强化;负外部性则可以通过淘汰落后或不合理的产能技术,创新开发工艺,以及提高采收率等来减少,并通过明晰产权和联合开发,使部分负外部性转化为内部性,达到共赢之效果。     

煤层气采收率预测方法评述

综合评述了煤层气采收率预测方法。分别对类比法、解吸法、气含量降低估算法、等温吸附曲线法和气藏数值模拟法的原理、适用条件以及存在问题等进行了探讨,并对关键参数的确定方法进行了详细的介绍。文章指出:解吸法、气含量降低估算法和等温吸附曲线法虽然计算过程简单,但因其考虑因素少,确定的采收率可靠性差;类比法取决于研究者对研究区和类比区的研究程度以及自身的技术水平和经验;气藏数值模拟法确定的煤层气采收率比较准确,但适用的范围较窄,而且所需数据多,计算过程复杂。     

多层次模糊数学在煤层气开发潜力评价中的应用

对影响煤层气勘探开发潜力的各种因素进行了综合研究,确定了煤层气勘探开发潜力评价的4个二级指标(含气丰度、封盖性能、开采条件和产气性能)及相应的三级指标。采用模糊数学方法对各级因素指标赋予了权重,建立了用于煤层气勘探开发潜力评价的多层次模糊数学评判模型。利用该模型,对川南盆地群煤层气资源条件较好的古叙、松藻、筠连和芙蓉4个无烟煤矿区的煤层气开发潜力进行了评价,认为松藻矿区是川南盆地煤层气勘探开发的最佳试验区。建立的评价体系,可以作为高煤阶煤层气资源开发潜力评价的参考体系。     

Permeability of coals and characteristics of desorption tests: Implications for coalbed methane production

Desorption tests, conducted before development drilling, can predict early production rates of coalbed methane wells. In this study, results from 136 desorption tests from 30 coreholes are compared to subsequent production histories of surrounding wells. Coals studied are from the Carboniferous Pottsville Formation in the Black Warrior Basin of Alabama, USA. The investigation indicates that the best predictor for gas production is ‘‘gas yield at 120 days, divided by sample depth'. This quotient has a higher correlation with actual gas production than other variables examined, including original reserves in-place. Gas content of coal generally increases with depth. However, coal permeability, and hence the recovery factor, tends to decrease with depth. Therefore, coalbed methane exploration should focus on finding the optimal balance between gas yield and depth. Commercially successful wells are characterized by coals with high gas yields at shallow depths. Desorption tests, especially of slowly-desorbing coals, should be run for a minimum of 120 days, or else should be extrapolated to that time if tests are terminated earlier.     

煤层含气量的测试、模拟与预测研究进展

煤层气吸附解吸机理研究是揭示煤层气成藏机理及高效开发煤层气的基础。已有研究表明,煤储层孔隙结构非常复杂且具有分形特征,煤层气在孔−固界面的吸附行为明显受到煤孔隙结构特征的影响。对比分析几种常用气−固界面上的吸附模型,总结这些模型的特点和适用条件,指出当前吸附模型在分形界面吸附行为的描述和应用上均未摆脱吸附选择性的平稳假设,尚未考虑吸附厚度的尺度不变特征。而分形拓扑理论可以有效标定分形对象的尺度不变属性,为分形界面的等效表征提供了理论支撑。因此,结合上述模型对气−固界面吸附行为的描述,借助分形拓扑理论提出煤储层孔−固界面上分形吸附行为的相关假设及其控制机理,构建基于吸附拓扑的单层吸附模型。在此基础上,通过设置不同的吸附拓扑参数组合获取其等温吸附曲线,分析得出,随着吸附压力的升高,吸附覆盖率表现出指数、线性和对数3种不同的增长趋势,而吸附热表现为对数减小趋势。结果显示,不同的吸附拓扑参数组合会得到不同类型的等温吸附曲线,在一定程度上弥补了Langmuir方程只能描述单一类型等温吸附线的不足。为了验证吸附模型的适用性,结合沁水盆地武乡区块富有机质泥页岩的液氮吸附实验数据,对比了实际等温吸附曲线与模拟吸附曲线的差异。结果表明,通过调整各吸附拓扑参数之间的组合关系,可以使等温吸附模拟曲线与实际吸附曲线的趋势始终保持一致。最后,探讨了吸附解吸机理的研究方向,类比电子层提出了吸附层的概念,指出发展分形动力学描述模型是解释煤层气吸附解吸规律的关键。

     

多分支水平井在煤层气开发中的应用机理分析

应用多分支水平井开发煤层气资源,受到煤层地质条件和分支井眼几何形态等主控因素的制约,只有将二者有机结合并进行井身结构优化,才能发挥多分支水平井的效率。多分支水平井增产机理在于能够有效沟通煤层割理和裂缝系统,增加各分支井眼的波及面积和泄气面积,降低裂隙内气液两相流的流动阻力,加速流体的排出,提高单井产量和采出程度。通过对沁水煤层气田的数值模拟与经济评价可知,用多分支水平井开发煤层气具有明显的经济效益优势。     

水平井开采煤层气藏生产动态计算新数学模型

基于朗格缪尔模型、菲克第二扩散定律和达西定律,综合考虑重力和气体压缩效应的影响,推导出描述煤层气和水渗流规律的基本偏微分方程组(并给出定解条件),且利用有限差分法对该数学模型进行了数值求解。计算结果表明,该模型能够有效模拟煤层气水平井的生产动态。通过对比是否考虑非稳态扩散和气体压缩效应时不同裂隙渗透率下的产气动态可知,忽略非稳态扩散和压缩效应,将人为缩短达到气体峰值产量的时间,增大产气峰值;将降低气体膨胀能,低估气井后期产能。煤岩裂隙渗透率越高,气井产能受渗透率回归效应影响越大,峰值产量的持续时间越短且产量下降速度快。因此在煤层气藏开采过程中,应根据气井的产气动态调整井底流压,建立合理的储层压力系统,以降低渗透率回归效应带来的不利影响。     

煤层气开发井网优化设计——以新集矿区为例

以新集矿区为例,系统地研究了煤层气开发井网设计的具体内容及工作程序。根据对新集矿区煤储层地质条件分析,确定了煤层气开发的目标煤层以及布井间距设计原则;通过煤储层数值模拟的产能预测,确定了煤层气开发的井网布置样式;在产能预测的基础上,结合经济分析,优化了煤层气开发的布井间距,进而提出了新集矿区首期煤层气开发布井方案,并进行了产能预测。指出新集矿区煤层气开发应采用地面垂直井、采动区煤层气开发以及井下瓦斯抽放等多种开发方式综合并举的形式。