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。     

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。      

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。     

孔隙压力对煤岩基质解吸变形影响的试验研究

煤层气开采过程中,伴随着煤层气不断地吸附、解吸和渗流,煤体产生变形,极易导致煤和瓦斯突出事故。以晋城天地王坡煤矿为例,通过实验室内试验,模拟煤层气在复杂地层漫长的形成和逐渐开采过程,得到了孔隙压力与解吸量、应变的变化关系,并拟合得出其相应关系表达式,揭示了一些新的规律:(1)初期解吸速度较快,解吸量随时间的增长而不断增加,后期解吸速度减缓,解吸量逐渐趋于稳定;(2)孔隙压力与解吸量、应变呈现抛物线曲线关系,随孔隙压力的升高,吸附和膨胀变形占主导,其值均在增大;(3)存在最小孔隙压力值,随孔隙压力的增大,解吸时间增长,孔隙压力越小,吸附解吸规律越不明显,对于晋城天地王坡煤矿3#煤样,该值在1.0MPa左右;(4)不同加载方式对解吸量和变形量影响较大,先部分加载吸附后全部载荷解吸结果同比加全部载荷吸附解吸结果高13%～77%。试验结果可为煤层气(CBM)抽放安全和煤与瓦斯突出防治提供理论依据。     

沁水煤层气田高阶煤解吸气碳同位素分馏特征及其意义

沁水盆地是我国煤层气勘探开发的重要有利区,沁水煤层气田位于盆地东南部。对采自沁水煤层气田两口井的煤开展了罐解吸实验。结果表明,该地区煤层气解吸速率很快,96 h后解吸气量都达到了总解吸气量的60%~85%,720 h后解吸过程基本结束;解吸气量大,平均在18 m3/t以上。煤层气解吸过程中甲烷发生碳同位素分馏,δ13C1值变化与解吸率呈良好的线性关系,参考这种正相关关系曲线,定期监视煤层气降压排采过程中甲烷δ13C1值的变化情况,可以大致推测出该地区煤层气解吸率,从而预测煤层气的采出程度。跟踪测试沁水煤层气田A1和A1-3井在试采过程的甲烷δ13C1变化情况,推测现在采出的煤层气可能主要是煤层裂隙中以游离形式存在的煤层气,表明该区煤层气稳产性较好,资源前景广阔。     

煤层气含量快速测定方法

煤和煤层气地质勘探需要在取到钻孔煤心后的很短时间内获得气含量测值,而现行的煤层气含量测定方法难以满足此要求。基于自然解吸法原理和方法,以自然解吸法的测定结果为基准,在保证解吸量、气组成及其含量基本不变的前提下,通过连续观测、适当提高解吸温度等途径,合理、有效地加速解吸。以快速测定法与自然解吸法的对比试验结果为依据,建立了煤层气含量快速测定方法。此方法将煤层气含量测定周期缩短为几h~几d,可以满足煤和煤层气勘探的需求。     

我国煤储层煤层气解吸特征

通过大量煤层气勘探井试验测试,对我国各时代不同煤级煤在储层温度和常压条件下气体解吸试验结果进行了系统研究,分析了解吸过程中气体析出的变化规律及煤层气解吸参数的变化态势,探讨了我国煤层气解吸特征的变化,为煤层气采收率研究提供理论依据。     

我国煤层气高效开发关键技术研究进展与发展方向

吸附/解吸参数是煤层气储量及产能潜力评估的核心,而解吸过程规律与煤层气井产能动态密切相关。为研究不同煤阶煤储层吸附/解吸特征及其对产能的影响,基于沁水盆地南部樊庄、安泽区块和鄂尔多斯盆地东缘保德、柳林区块的49件煤心样品的煤岩煤质、含气量及等温吸附测试数据,结合试井及排采资料,揭示了煤岩煤质特征对等温吸附特征的影响,划分并对比了煤层气解吸阶段特征差异,建立了煤吸附/解吸特征参数与煤阶之间的数学关系,基于20口典型煤层气井探讨了解吸特征参数对气井产能的影响,并对不同煤阶煤储层煤层气勘探开发策略给出针对性建议。结果表明：(1) 从山西保德到晋城樊庄区块,随着煤阶的增高,煤储层解吸过程中的转折压力、启动压力和敏感压力均逐渐增大,低效、缓慢、快速和敏感解吸阶段范围逐渐向高压区间方向偏移;高阶煤对应的有效解吸阶段区间宽度明显要大于低阶煤,对煤层气开发更有利。(2) 高阶煤与中低阶煤相比,煤层气井的解吸指数更高,达到稳产的时间更短且产气潜力更高,但较低的渗透率是制约其产能的关键。(3) 综合考虑资源丰度、解吸能力和渗透率,高阶煤优势在于解吸指数较高,而中低阶煤优势在于渗透性较好;高阶煤煤层气高产的关键在于大规模高效压裂技术,中低阶煤则在于煤层气资源富集甜点区的精准优选技术。

     

远红外作用下不同含水率煤体吸附/解吸能量变化规律

煤体对气体进行吸附/解吸过程的本质是气体分子和煤基质表面分子或原子相互作用的过程,而发生相互作用的本质是能量变化,为了深入研究远红外作用下煤层气吸附/解吸过程及能量变化规律,利用自主研制装置进行远红外作用下不同含水率煤样对CO₂的吸附/解吸实验,然后利用远红外热辐射原理所得的吸附/解吸能量公式对实验结果进行计算,得到不同含水率煤体吸附/解吸过程能量变化规律。结果表明：在远红外作用下,解吸率虽然随含水率增大呈下降趋势,但是下降幅度明显减小,远红外作用可以降低水分对煤层气吸附/解吸能力的影响;远红外作用下不同含水率煤体对气体吸附/解吸过程是一个物理变化,从能量角度可以解释该过程,其变化规律与等温吸附/解吸过程相吻合。研究结果丰富了煤层气增产技术理论。     

煤层气井实际解吸阶段影响因素及意义

为了明确煤层气井解吸段数的确定方法及影响因素,基于前人提出的解吸阶段划分方法,提出了实际解吸段数概念和相应的确定方法,基于沁对水盆地和鄂尔多斯盆地东缘煤层等温吸附参数和解吸压力数据研究,了解吸段数的影响因素及意义。结果表明,此次所提方法能够有效确定煤层气井解吸段数并估算初始解吸效率,煤层气井实际解吸阶段由兰氏压力、兰氏体积和解吸压力决定。兰氏体积增加,解吸阶段减少,解吸效率增加;兰氏压力增加,解吸段数先减少后增加,初始解吸效率先增加后降低。解吸压力越高,煤层气开发经历的解吸阶段越多,初始解吸效率越低。实际解吸阶段是煤层气储层评价的有效参数,沁水盆地南部煤层气井只有1～2个解吸阶段,大部分处于敏感解吸阶段,总体解吸效率较高。鄂东缘煤层气井一般有3～4个解吸阶段,解吸效率整体较低。     

Pool-Forming Stages and Enrichment Models of Medium-to High-Rank Coalbed Methane

<正>The pool-forming mechanism of coalbed methane has its own characteristics.In this paper, based on studies on the typical coal-bearing basins in China,it is pointed out that the reservoir formation of medium- to high-rank coalbed methane has experienced three critical stages:the coalbed methane generation and adsorption stage,the coalbed adsorption capacity enhancement stage,and the coalbed methane desorption-diffusion and preservation stage.The regional tectonic evolution, hydrodynamic conditions and sealing conditions play important roles in the stage of coalbed methane desorption-diffusion and preservation.Medium- to high-rank coalbed methane has three types of enrichment models,that is,the most favorable,the relatively favorable,and the unfavorable enrichment models.     

煤层甲烷解吸—扩散—渗流过程的影响因素分析

从煤层甲烷产出机理入手,分析了影响煤层甲烷解吸、扩散和渗流过程的因素。结果表明:影响解吸的因素主要是压力、含气量、煤的水分含量、基块尺寸、温度等;影响甲烷扩散的因素主要是甲烷浓度、扩散距离、平均自由程和煤岩孔隙分布;而影响渗流的因素有渗透率、裂隙发育状况、压差、储层损害等。进而指出,解吸、扩散和渗流3个环节紧密相连,相互影响,相互制约,三者的最佳匹配将是煤层气经济开发的必要条件。     

煤层气在煤储层中的扩散及其影响因素

煤层气在煤储层中的扩散是指从煤基质孔隙表面上解吸的煤层气运移到割理系统的主要过程。发生扩散的前提条件是气体浓度差的出现，衡量扩散能力大小的重要参数是扩散系数。前者为由解吸速度、解吸气量和煤层气产量、井孔压力降等因素控制的动态参数，而后者为主要受扩散物质性质、扩散介质特征、扩散系统的温度、压力和孔隙结构形态等因素影响的静态参数。煤层气在煤储层中的扩散量与煤层气浓度差和扩散系数呈正比关系。     

川南煤层甲烷解吸动力学影响因素实验研究

为了系统研究煤层气（甲烷）解吸动力学的影响因素,选用川南地区的无烟煤,设计了不同压力、温度、粒度和湿度下的煤层气解吸动力学实验。采用高温高压煤层气吸附/解吸测试系统进行实验,并拟合实验结果获得了不同条件下的扩散系数。研究表明：压力和温度越高,甲烷解吸量和解吸速率越大;粒度越大,甲烷解吸量和解吸速率越小;低于平衡水含量时,湿度增大,甲烷解吸量和解吸速率降低;甲烷扩散系数拟合结果揭示,扩散系数随压力增高而减小,随温度升高而增大,随湿度增大而减小。     

煤层气运移产出气水固三相耦合模型

根据达西渗流理论 ,结合Langmuir等温吸附定律和Fick第一定律描述了煤层气由煤基质解吸经扩散进入煤层裂隙系统 ,由裂隙运移至生产井筒产出的气水二相渗流过程 ,又将其和由渗流作用引起的煤体变形场耦合起来 ,形成了煤层气运移产出的气水固三相耦合模型 ,并采用全隐式联立求解方法同时隐式求出了气、水产量和饱和度值 ,实现了模型求解的无条件稳定。在沁水盆地 3 # 煤层气井开采潜能的评价预测中 ,应用该方法分别预测了将该井的动液面置于 3 # 煤底和 15 # 煤底的气、水产量 ,效果良好。     

颗粒煤甲烷吸附过程扩散特征

为了研究甲烷在颗粒煤中扩散、吸附至平衡过程的扩散特性,基于颗粒煤吸附甲烷幂函数扩散模型,利用磁悬浮天平高压等温吸附仪,测定不同压力下颗粒煤甲烷吸附过程中扩散量随时间变化值,研究颗粒煤甲烷吸附达到平衡前的扩散特征。实验结果表明：平衡压力对颗粒煤甲烷吸附和扩散特性影响显著;吸附量和平均扩散系数随着压力增大而增大;颗粒煤甲烷吸附过程扩散系数随时间呈幂函数衰减,前500 s衰减幅度较大,平均扩散系数与时间呈负相关关系。研究认为颗粒煤吸附甲烷幂函数扩散模型对于描述颗粒煤甲烷吸附扩散过程具有较高准确性,有助于分析煤层气排采过程煤层气吸附量的动态变化,提高煤层气采收率。     

煤层气井排采历史地质分析

根据晋城、潞安、焦作、铁法4个矿区25口煤层气生产试验井的排采资料,从煤储层渗透性和含气饱和度、生产压降条件、地下水系统、储层能量系统等方面综合分析研究,将排采曲线归纳为4种具有代表性的类型。认为煤储层渗透率0．5mD以上、临储压力比0．6以上以及含气饱和度80％以上,是获得高产煤层气井的必要储层条件。同时,煤储层和围岩的不同组合。将直接影响煤层气井的生产状况。