钻井液对煤心煤层气解吸损失量的影响

为了准确求取钻井液作用下煤心煤层气解吸损失量,借助物理化学、界面化学、表面浸润、浸润相变和煤化学等理论,并通过相关实验研究,讨论了游离态煤层气对解吸损失量的影响,探讨了钻井液作用下液置气和水锁现象对煤层气解吸机理的影响。结果表明:在钻井液作用下,煤心煤层气解吸是多因素动态耦合作用的结果,煤层气原始压力、煤结构破坏类型、粒度、煤级、提钻速度和装罐时间是影响煤层气解吸损失量的主要因素;另外,煤心煤层气在钻井液和空气两种介质中有置换解吸、变压解吸和常压解吸3种解吸过程。     

煤层气钻采工作液对煤岩储层应力敏感性影响试验

煤岩气藏钻井、完井和增产改造等环节,不同类型工作液与储层接触相互作用,必将对储层的应力敏感性产生影响。选取宁武盆地中煤阶煤岩,系统开展了不同类型工作液作用人造裂缝煤样的应力敏感性试验。试验结果表明,人造裂缝煤样应力敏感系数为0.73,工作液作用后应力敏感系数为0.79~0.94。通过应力敏感系数对比分析表明,工作液作用下煤岩的应力敏感性强于致密砂岩和页岩。结合岩石力学试验结果可知,煤岩裂隙发育有利于工作液的侵入,工作液作用后煤岩强度降低使裂缝更容易闭合,强化了煤岩储层的应力敏感性。研究成果可为煤层气井钻完井、增产改造和开采过程中煤层气储层保护提供基础参数。     

煤岩孔隙度主控地质因素及对煤层气开发的影响

为系统分析煤岩孔隙度主控地质因素及对其煤层气开发的影响,统计分析了全国37个主要煤层气区块/矿区的压汞孔隙度等数据。利用相关趋势分析方法分煤级着重探讨煤级、煤体结构、镜质组、灰分等因素对煤岩孔隙度以及煤层气开发的影响。结果表明:Ro,max是储层物性评价的重要参数,低煤级区煤岩孔隙度对Ro,max的变化最为敏感,且孔隙度平均值随成熟度升高呈现出高-低-高-低的变化。低煤级区同一煤层气区块/矿区内部,孔隙度变化区间大于高煤级区同一煤层气区块/矿区内部孔隙度的变化区间。中低煤级区,复杂的煤体结构对煤储层物性具有破坏作用;高煤级区,复杂的煤体结构对物性有一定的改善作用。镜质组含量与孔隙度呈负相关关系,灰分产率与孔隙度无明显相关性,且在低煤级区镜质组含量和灰分产率与孔隙度均具有明显的负相关性,是孔隙度评价的重要参数;而在中高煤级区,二者对孔隙度的影响可以忽略。煤岩大中孔比例和储层平均渗透率随平均孔隙度的增高而增高,孔隙度大小尤其是孔隙度随煤级的变化规律对不同煤级区煤层气开发潜力评价具有重要指导意义。     

煤层气开发中不同粒度煤粉的聚集沉降实验

在煤层气开发过程中,煤粉聚集及沉降会堵塞煤层气运移通道及导致卡泵、埋泵等事故。为了查明不同粒度煤粉的聚集及沉降特征,选取粒度>140目（<106 μm）、>70~140目（106~<212 μm）和>50~70目（212~<300 μm）3种粒度范围的煤粉,开展了在去离子水中煤粉的聚集及沉降实验,从煤粉聚集及沉降特征观察、悬浮液中煤粉含量及煤粉粒度分布探究不同粒度煤粉在去离子水悬浮液中的聚集及沉降特征。结果表明,随着静置时间的增加,各粒度煤粉悬浮液的颜色均不同程度地变浅,逐渐出现分层,其中,粒度>140目的煤粉悬浮液最先出现分层。煤粉粒度越小,煤粉悬浮液顶部漂浮的煤粉量越多;煤粉粒度越大,其下沉到煤粉悬浮液底部的煤粉量越多。不同粒度煤粉悬浮溶液中煤粉含量均随着静置时间的增加呈现不同程度的降低,在停止搅拌后3 min内,煤粉含量下降最快,粒度为>70~140目的煤粉悬浮液中煤粉含量最大。根据不同粒度煤粉悬浮液中煤粉粒度分布曲线,将煤粉聚集及沉降过程分为3个阶段：单峰变双峰阶段（煤粉快速上浮及沉降）、双峰变单峰阶段（煤粉快速聚集及沉降）和单峰阶段（煤粉缓慢沉降）。粒度>140目的煤粉在悬浮液中最先达到缓慢沉降阶段,粒度>70~140目的煤粉在悬浮液中最后到达缓慢沉降阶段。从煤粉的受力、扩展的DLVO理论及煤粉的有机分子结构方面探讨了煤粉聚集沉降的机理：煤样含有大量的脂肪烃和芳香烃等疏水性基团,疏水性强,润湿性低;随着煤粉粒度的减小,其比表面积显著增大,煤粉表面吸附大量空气,形成气膜;同时,煤粉颗粒间相互吸附聚集,内部形成很多微孔隙,导致粒度小的煤粉易聚集漂浮在悬浮液面上。实验得到的不同粒度煤粉的上浮、下沉及悬浮情况,为后期煤层气开发中煤粉管控措施提供依据。     

煤层气钻井过程中钻井液对煤岩储层损害评价

针对煤层气钻井过程中钻井液的侵入可能给煤岩储层造成的损害,选用宁武盆地9号煤和现场用钻井液为研究对象,开展了煤样钻井液动–静态损害评价、毛细管自吸、应力敏感性评价等实验。钻井液动–静态损害评价表明,钻井液滤液损害是造成煤层渗透率下降的主要原因;与地层水相比,煤样对钻井液的自吸能力强且吸附滞留严重,导致液相返排率偏低;钻井液作用后弱化煤样力学性质强化了煤样应力敏感性。结合水敏、碱敏、润湿性评价和扫描电镜分析结果,指出钻井液作用后煤岩裂隙堵塞、润湿性差异和钻井液吸附是钻井液造成煤层损害的主要因素。     

层面数量对煤岩组合体抗压特性影响的实验研究

煤层顶板分层特征对于煤岩系统的力学行为有重要影响,将其简化为具有岩石单元内含有不同层面数量的煤岩组合体,并开展单轴压缩实验。借助应力监测系统、DIC和声发射系统采集并分析实验过程中的应力-应变特征、表面应变场演变规律、声发射特性。实验表明：煤岩组合体的应力-应变过程可以分为裂隙压密阶段、“线性”增加阶段、非稳定破裂阶段和峰后阶段4个阶段,煤体单元首先发生渐进式的破坏,其过程为煤块弹射-煤块与组合体剥离-剥离状的煤块弹射-倾倒破坏。结合声发射特征可以认为单轴压缩过程中煤岩组合体具有更加明显的压密现象、小台阶现象和峰后应力增减现象,主要是组合体的非均质程度相对增加,内部不能协同变形所导致的。组合体内“煤-岩”层面处会出现明显的应变集中现象,主要是因为该处材料的物理力学性质差异较大,且层面处粘黏剂的存在会导致横向约束作用,岩石单元由单向受压转变为三向压拉状态,煤体单元由单向受压转变为三向受压状态,因此,“煤-岩”层面处更容易发生破坏,此处的声发射信号相对集中,更易形成应变集中。研究认为煤岩组合体中岩石单元层面数量的增加,其等效弹性模量降低、整体性弱化和承载能力下降,组合体单轴压缩强度有降低的...     

煤岩对压裂裂缝长期导流能力影响的实验研究

煤层中一般都伴有煤层气,通过压裂可以将煤层气释放出来,一方面能够获得清洁能源,另一方面可以提高煤田的安全开采。煤岩层自身特点决定了其在压裂中应用的实验评价方法及结论应具有特殊性,本文主要针对煤层气井的煤岩层压裂裂缝长期导流能力进行实验评价研究。实验表明,与砂岩地层不同,煤岩的硬度较小,压裂中支撑剂嵌入情况较严重;煤岩易破碎,碎屑颗粒充填到支撑剂中;同时支撑剂存在破碎及吸附伤害等,多种作用导致支撑裂缝的导流能力降低。实验中,以煤岩层闭合压力为一个重要的参数,实验对比分析了在不同闭合压力下,铺砂浓度、支撑剂粒径、支撑剂种类及组合的选择、支撑剂颗粒的破碎与嵌入、压裂液残渣等因素对煤岩层导流能力的影响。本文的实验结论为,嵌入对煤岩层支撑裂缝的导流能力伤害很大,加大铺砂浓度、采用低破碎率支撑剂、降低压裂液伤害能在一定程度上提高煤层裂缝的导流能力,但影响程度随闭合压力的增加而逐渐降低。本文所得出的结论对今后煤层气的开发及设计施工具有一定的指导意义。     

模式时间关联误差对集合平方根滤波估算土壤湿度的影响

为了定量评估模式时间关联误差对NOAH陆面模式同化表层土壤湿度观测估算土壤湿度廓线的影响,采用集合平方根滤波(En SRF)与状态增广相结合的技术,开展同时更新状态变量和订正模式偏差的观测系统模拟试验,结果表明:同化时若不对存在较大系统性偏差的模式时间关联误差进行处理,En SRF就不能有效估算土壤湿度廓线,而采用状态增广和En SRF相结合的技术,可以在更新土壤湿度时同步订正模式偏差,土壤湿度估算精度明显提高。敏感性试验进一步表明:模式偏差大小、同化时间间隔和观测误差会以不同方式对同化结果造成影响。     

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。     

高压注水对煤岩渗透性的影响

煤层高压注水是最常用的一种煤层气压裂技术,煤层高压注水不仅是一种煤与瓦斯突出的防治措施,而且也是煤层增透的主要措施之一。本文主要测试分析高压注水是不同注水时间和不同注水压力对煤岩渗透性的影响。研究结果表明,随着注水时间和注水压力的增加,煤岩渗透率都有明显提高,但是在高压注水4 h和高压注水20 MPa后煤岩渗透率的增长速度减慢。     

超声波振荡对细颗粒黄土样品粒度测量影响的实验分析

在使用常规的前处理方法对细粒黄土（粘黄土）样品进行粒度测量时,发现结果不稳定。为了调查原因,分别选取黄土高原东南缘河南卢氏、秦岭地区陕西洛南和陕西洛川三个地点的黄土、古土壤样品,进行对比实验,分析前处理方法对细颗粒黄土样品粒度测量结果的影响。结果发现,在进行细粒黄土的粒度测量过程中,激光粒度仪上的超声波振荡分散时间对测量结果影响很大,一般应控制在２ｍｉｎ以上。作者用河南卢氏乔家窑黄土—古土壤剖面 的连续粒度测量结果对改进后的前处理方法进行可行性验证,结果表明,采用改进后的前处理方法所得的结果,与野外地层划分及磁化率值的变化有较好的相关性,表明改进后的前处理方法更适用于细颗粒黄土样品的粒度测量。     

煤层气开采对环境的影响

煤层气是一种廉价、洁净、高效的新型能源,其开发利用可以弥补常规天然气和燃油的不足,750m^3煤层气可顶替1t标准煤。煤层气开发对环境的影响主要是减少了煤矿甲烷气体的排放,降低温室效应。其负面影响是在钻探、压裂、回注水和提纯过程中会造成煤层和煤层气中杂质气体和有毒有害物质富集,对大气和地下水造成污染。     

低温对煤岩渗透性影响试验研究

液氮压裂过程向地层注入液氮而产生的低温会对煤层岩石造成破坏,导致煤层渗透率升高。为揭示液氮注入地层过程对煤层渗透率影响的规律,采用压力脉冲衰减法开展了低温处理前、后煤岩渗透率测试试验。对比干燥与饱水煤岩在不同处理温度下的渗透率测试结果,-10、-25、-40℃及液氮(-195.8℃)低温处理30 min都会导致煤岩渗透率升高,饱水煤岩渗透率升高幅度高于干燥煤岩;随着处理温度的降低,煤岩渗透率升高幅度变大,拟合得到了渗透率升高率与煤岩处理温度之间的指数关系。通过试验结果分析,详细论述了低温导致煤岩破坏并提高煤层渗透率的原理。     

韩城矿区煤的煤岩特征及煤层气生储因素分析

通过研究陕西韩城矿区含煤岩系中煤的宏观煤岩类型、微观煤岩组分、煤的镜质体反射率以及孔隙特征,分析了该区煤的煤岩特征与煤层气的生储因素,以及煤层气可能富集的煤区。     

煤层气生成与煤层气富集Ⅱ.有效生气阶段生气量的估算

煤层的生气条件主要通过有效阶段生气量来影响煤层气的富集。有效阶段生气量取决于有效生气阶段的起止煤级和煤中原始有机质的丰度及其组成。本文给出了估算有效阶段生气量的基本公式,重点讨论了煤中原始有机质的丰度和组成的恢复方法,并以沁水盆地南部主要矿区3号和15号煤层为例,对有效阶段生气量进行了估算。     

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。     

煤层气生成与煤层气富集：II.有效生气阶段生气量的估算

煤层的生气条件主要通过有效阶段生气量来影响煤层气的富集。有效阶段生气量取决于有效生气阶段的起止煤级及煤中原始有机质的丰度及其组成。本文给出了估算有效阶段生气量的基本公式,重点讨论了煤中原始有机质的丰度和组成的恢复方法,并以沁水盆地南部主要矿区３号和１５号煤层为例,对有效阶段生气量进行了估算。     

煤岩组分对预测自燃标志气体的影响

介绍了煤岩组分在低温氧化阶段产出的氧化分解气体浓度变化和低温氧化的难易程度，指出应用标志气体预测预报自燃发火时，煤岩组分的影响决不可忽视，煤矿应采用本矿有代表性的煤样做模拟实验，求得标志气体的浓度与煤温的相关值作为本矿预测预报临界值的依据。     

应力对煤岩裂缝宽度及渗透率的影响

煤层气的开发实践表明,煤岩裂缝和渗透率是制约我国煤层气资源开发成败的关键因素之一。以室内实验为手段,系统研究了有效应力改变条件下煤岩裂缝宽度和渗透率的变化规律。结果表明:煤岩裂缝宽度和渗透率都随有效应力的增大而减小;当有效应力达到8 MPa后,裂缝宽度变化相对缓慢,渗透率变化也很微弱。由此可见,煤岩裂缝和渗透率对应力的变化非常敏感。