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。     

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。     

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。     

川南煤田古叙矿区煤层气勘探选层的探讨

川南煤田煤炭资源占四川省煤炭资源的60％以上,评价的煤层气资源最占80％以上。通过煤炭资源勘查、煤层气参数外资料分析,认为将龙潭组全段作为一个目的层段研究,将有助于全方位客观评价四川省煤层气的勘探开发前景。根据煤层间距小、储层参数差异小、含气量高等条件提出了以C12-C14、C15-C21、C23-24C、C25煤层群（组）作为目的煤层的观点,并提出必须加大施工排量、多打铺垫液、提高加砂浓度的压裂改造等建议,以期对南方小盆地多煤层的煤层气开发提供新的思路。     

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。     

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。     

无烟煤对甲烷等温吸附解吸特性实验研究

研究空气干燥基无烟煤对甲烷(CH4)的等温吸附/解吸特性,发现其对甲烷的解吸残余率达56%。为了对其进行深入探讨,特设计了原煤样的炭化和活化实验,扩大了原料的比表面积,进而在等温条件下研究了两个改性样品对甲烷的吸附/解吸特性。对比发现,比表面积的增大能显著增加样品对甲烷的吸附总量,但对解吸残余率没有明显的影响。考虑到影响甲烷吸附/解吸的因素,又在等温条件下对主控因素——水分作了平行实验,结果显示,水分对活化样解吸残余率有明显影响。     

川南煤田晚二又世煤层中Tonstein的沉积相特征及其应用

Ｔｏｎｓｔｅｉｎ的沉积特征是划分煤层中Ｔｏｎｔｅｉｎ沉积相的依据，并在分析火山喷发活动、古气候、微以貌以及在沉积学和煤岩层对比等方面得到广泛应用。     

煤层气解吸的温度效应

为了探索温度对煤层气解吸效果的影响,通过对沁水南部寺河煤矿3号煤的吸附/解吸实验,经过数学分析,获得该煤层气吸附/解吸的数学式与等量吸附热表达式。分析认为：随着储层温度升高,饱和吸附量减小;解吸过程滞后于吸附作用的原因主要是非物理吸附常数 c值作用,随着储层温度增高,c值增大;降压解吸伴随吸热(温降),同时阻碍了持续解吸过程。通过提高储层温度来促进解吸过程,在理论上可行,工程中应该受到重视。     

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.     

构造煤中煤层气扩散-渗流特征及其机理

煤层气产出一般要经过解吸、扩散和渗流三个阶段,而煤层气在变形较强的构造煤中的扩散过程不同于在原生结构煤或变形较弱的煤体中的扩散。外界压力的变化只是构造煤吸附与解吸整个过程的一种外在因素,构造煤的变形和结构变化以及吸附势场的转换才是构造煤吸附与解吸的内在因素,是导致解吸过程不可逆性的根本原因。当构造煤体与CH4等多元气体间的吸附平衡状态遭到破坏时,变形较强的构造煤在降压后会产生解吸滞后现象;而变形较弱的煤,分子结构中的气体会很快解吸,第一阶段是气体解吸作用,第二阶段是游离气体从微孔向较大孔隙扩散的过程,气体扩散速率主要由第二阶段决定。构造煤气体扩散机理主要是由孔隙形状、大小、连通性和多元气体性质和状态所决定的。韧性变形煤的微孔隙比较发达,所以韧性变形煤以Knudsen扩散为主,脆性变形煤的中、大孔隙所占比例较大,而且脆性变形煤的孔隙之间具有很好的连通性,所以脆性变形煤以Fick型扩散为主,脆-韧性变形煤以及接近脆-韧性变形煤的脆性变形煤和韧性变形煤均以过渡型扩散为主。在试井渗透率比较中,一定变形程度的脆性变形煤>韧性变形煤,脆性变形煤中以过渡孔为主,其余为微孔,测不出亚微孔和极微孔,脆性变形还增加了各孔隙之间的相互连通性。韧性变形煤中过渡孔比表面积所占比例下降,微孔和亚微孔增高,扩散主要发生在微孔和过渡孔中,所以韧性变形煤的试井渗透率低于脆性变形煤的试井渗透率。     

六盘水煤田煤层气赋存特征及有利区评价

近5年来,六盘水煤田多个区块的煤层气试采开发取得了较大突破,但其煤层气聚集单元多、勘探开发条件差异大,整体评价该区煤层气赋存特征及预测综合有利区对本区煤层气开发决策至关重要。研究区有22个主要含煤向斜,即煤层气聚集单元,不同煤层气聚集单元上二叠统含煤岩系具有单煤层厚度薄、顶底板封盖性好、煤层含气量高、地应力较大、煤体结构偏差、低孔低渗、储层超压频繁的共性特征,但在煤层气资源丰度、资源量、煤层累计厚度、构造、埋深、煤阶、试采效果、勘探程度和地面条件等方面差异较大,根据各煤层单元的共性与差异性确定了煤层气综合开发评价的3个二级指标（资源条件、储集条件和开发基础条件）及对应的9个三级指标,采用多层次模糊数学方法对22个煤层气聚集单元进行了有利区优选排序,优选出5个建议优先开发的煤层气单元、9个适合接替开发的煤层气单元及8个远景煤层气开发单元。     

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。     

青海省天峻县木里煤田煤层气有利区块的 多层次模糊数学评判

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3个二级指标(生气潜力、储层物性和封盖性能)及对应的三级指标。采用模糊数学方法对各级因素指标赋予权重,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,对青海木里煤田中低煤阶煤层气资源勘探开发潜力进行了评价,认为江仓矿区是木里煤层气勘探开发的最佳试验区。所建立的评价体系可以作为中低煤阶煤层气资源开发潜力评价的参考体系。     

准噶尔盆地南缘硫磺沟地区水文地质特征及其对煤层气富集的影响

水文地质特征对煤层气的富集有很大的影响。从水化学类型和水动力条件方面分析了准噶尔盆地南缘硫磺沟地区水文地质特征,探讨了水文地质条件对该区低煤阶煤层气富集的控制作用。结果表明：研究区地表水水化学类型为HCO₃·SO₄-Ca·Na·Mg,地下水水化学类型主要为Cl·SO₄ -（K+Na）·Ca·Mg或者SO₄·Cl-（K+Na）·Ca·Mg。研究区地下水受地形和地质构造的控制,地下水流向大致为由南向北,汇聚到研究区北部的向斜核部。在地下水水化学类型和水动力条件对煤层气富集影响分析的基础上,认为研究区北部的向斜核部有利于煤层气富集。     

淮北煤田祁东煤矿煤和瓦斯中稳定碳同位素分布特征及其地质成因

对淮北煤田祁东煤矿6个煤层的24个煤样和12个气样的稳定有机碳同位素分析,分别研究了煤和瓦斯中碳同位素的分布特征和变化趋势,为不同煤层及瓦斯源分析提供理论依据。研究表明：祁东煤矿煤的δ¹³C为-25.11‰~-22.76‰,6-1煤层至9煤层碳同位素均值呈波动变化,可能受当时成煤时期沉积环境的影响;瓦斯的δ¹³C₁为-63.65‰~-52.51‰,表现出次生生物成因气的变化特征,二氧化碳碳同位素特征（-22.61‰~-17.96‰）表明其均是煤热解而来。