煤层气可采性综合评价方法研究——以潘庄井田为例

文章对常规煤层气可采性研究方法进行了研究,分析了各种方法适用的条件以及存在的问题,指出煤层气的可采性需要在地质因素综合分析的基础上,研究主要控制性地质因素及其有效配置。多因素加权分析法与储层数值模拟法相结合是一种有效的煤层气可采性评价方法。并以潘庄井田为例,在系统分析了影响煤层气可采性主要地质因素的基础上,进行了煤层气可采性的综合评价。      

山西重点煤矿区瓦斯梯级利用关键技术与工程示范

山西重点煤矿区包括晋城、阳泉、西山、汾西、潞安等矿区,是“十三五”国家科技重大专项“山西重点煤矿区煤层气与煤炭协调开发示范工程”的主要实施地点。依托国家科技重大专项项目资助,研发了煤矿瓦斯梯级利用系列技术,并进行工程示范,引导山西重点煤矿区瓦斯抽采量与利用量由2015年的60.2亿m3和22.3亿m3提高至2020年的64.03亿m3和28.94亿m3,利用率由37%提升至45%,在保障煤矿安全开采的前提下极大地助力碳达峰碳中和目标的实现。梯级利用主要是根据甲烷浓度高低分别加以综合利用,对于甲烷体积分数≥30%的高浓度煤矿瓦斯,可以进行集输后按照效益最大化原则进行发电、民用、工业利用等。对于甲烷体积分数<30%的低浓度瓦斯,依据不同浓度瓦斯利用技术差异性及适应性,将低浓度瓦斯的浓度利用区间划分为4级:甲烷体积分数介于16%~30%的低浓度瓦斯可采用变压吸附技术,提纯后可使甲烷体积分数达到30%以上满足后续民用及集输等要求,该项技术已在晋城矿区成庄矿建设了处理能力为12 000 m3/h的示范装置;在有高浓度煤矿瓦斯的矿区也可利用掺混技术直接将甲烷体积分数提高至30%以上进行集输利用。甲烷体积分数介于9%~16%的低浓度瓦斯可采用就地发电技术,转化为电能后可自用或上网,该技术已在晋城矿区赵庄矿、胡底矿、长平矿等建设了示范装置。甲烷体积分数介于6%~9%的低浓度瓦斯可采用直燃技术,转化为热能后进行电、热、冷三联供,该技术已在成庄矿建设了示范装置。甲烷体积分数介于1%~6%的低浓度瓦斯可采用蓄热氧化与掺混技术,同样转化为热能后进行电、热、冷三联供,该技术已在华阳新材料科技集团有限公司(原阳泉煤业集团)一矿及五矿建设了示范装置。低浓度瓦斯梯级利用技术虽然在山西重点煤矿区进行了成功示范,但目前仍存在很多技术经济难题,在碳达峰碳中和目标下,亟需进行持续攻关并快速提高利用率。      

基于CT非线性模型的水下目标跟踪算法比较

针对水下目标跟踪非线性跟踪精度问题,假设目标机动模型为恒转速运动模型,贝叶斯框架下,因扩展卡尔曼滤波跟踪方法进行模型在估计点的泰勒展开,忽略一阶以上高阶项,存在模型误差,比较了扩展卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波、容积卡尔曼滤波在高斯噪声干扰下滤波误差均方根,以及3种方法运行时间。仿真证明,非线性系统下状态维度为5,容积卡尔曼滤波跟踪的精度高于无迹卡尔曼滤波,无迹卡尔曼滤波高于扩展卡尔曼滤波。该研究为海上目标非线性测量系统提供仿真实例,为进一步滤波算法改进提供基础。     

基于实测海洋环境噪声谱级的风速反演研究

利用海洋环境噪声数据反演风速特征是目前海洋领域的研究热点之一。本文以南海获得的94 d实测海洋环境噪声数据为基础,研究100 Hz、200 Hz、500 Hz、800 Hz、1 000 Hz、2 000 Hz、4 000 Hz、8 000 Hz等中心频点的噪声谱级特性,结合对应的风速数据,对海洋环境噪声数据进行相关、回归分析,研究结论表明：1 000 Hz以上频段对应的海洋环境噪声谱级与风速相关程度较高,基本不随深度发生较大变化;利用海洋环境噪声谱级反演海面风速的误差结果随着频率的增加而减小,利用1 000 Hz以上的频率进行海面风速反演,可以得到比较准确的结果。     

山西省煤成气勘查开发现状及探索

煤成气包括煤层气、页岩气和致密砂岩气。煤层气开发对保障煤矿安全生产、增加清洁能源供应,改善地区能源消费结构,促进碧水蓝天建设具有现实意义,更符合国家发展绿色能源,实现碳中和、碳达峰的战略要求。页岩气和致密砂岩气对于改善我国能源结构,实现“双碳”目标意义重大。通过对山西省煤成气资源勘查开发现状、体制机制改革、煤层气开发主体技术创新、产业升级方面的有益探索及成功经验进行综合分析总结,认为:煤层气矿权体制机制改革是促进产业健康发展的重要手段;技术创新是煤成气开发实现商业化、产业化的关键;“三气并举”有助于加速产能建设,激发企业勘探开发积极性;煤矿区“四区”联动井上下联合抽采技术体系是煤矿企业安全生产高效发展的可靠模式;合作共赢是煤炭和煤成气产业协同发展的必由之路, “先采气、后采煤、采煤采气一体化”是践行“双碳”目标实现的可靠路径;提升煤层气产品附加值,有助于煤层气产业实现升级。      

煤矿采空区煤层气地面开发技术及工程应用

煤炭采出后,采空区中仍蕴藏着丰富的煤层气资源,其资源评价与开发利用具有环保和资源双重意义。近几年来,在山西晋城、西山和阳泉等矿区开展了地面钻井抽采采空区煤层气的积极探索,但在采空区煤层气地面开发过程中,往往因煤矿采空区积水、上覆岩层承压涌水等原因,导致地面钻井不产气或抽采气量低。以山西晋城岳城矿为例,研究不同采煤工艺下的采空区煤层气赋存特征、采空区积水和采空区裂隙带岩层渗透率对采空区煤层气地面开发的影响,提出采空区井布置原则和抽采技术,为解决三开空气钻进过程中岩粉进入裂隙带堵塞采空区煤层气运移通道问题,探索用水力冲孔方法提高采空区裂隙带岩层渗透率方面的应用。研究表明,煤矿采空区井布井原则:(1) 采空区井应布置在采空区积水区域之外;(2) 针对房柱式采煤形成的采空区空间形态,采空区井应避开保护煤柱最终完钻至采空区空间内;针对长臂式垮落法采煤形成的采空区空间形态,采空区井最优钻井区域为“O”形圈边界连线和采场边界之间靠近终采线一侧。研发了一种煤矿采空区井排水采气一体化抽采系统,该抽采系统实现了采空区井底积水抽排和煤层气抽采同步进行,解决了采空区上覆岩层承压涌水造成煤层气产量下降问题,抽采系统优化前后采空区井煤层气抽采量增加33.3%。探索性地将水力冲孔运用于解决钻井岩屑造成的采空区裂隙带岩层渗透率下降问题,工程试验结果表明,水力冲孔改造前后采空区井日均抽采量最高增长率为11.30%,提出了采用泡沫欠平衡钻井技术解决钻井岩粉侵入采空区裂隙带的建议。      

沁水盆地寺家庄区块煤储层含气性及产能控制因素

为研究沁水盆地东北部煤层气成藏特征与产出控制因素,基于寺家庄区块煤层气勘探和生产资料,从地质构造、煤厚与煤层结构、埋深和水文地质特征等方面研究了煤层含气性影响因素,并结合压裂排采工艺和煤体结构等因素探讨了煤层气井产能控制因素。结果表明:(1) 研究区煤储层含气性受构造影响较大,在褶皱的轴部及旁侧构造挤压带,多呈现出高含气量,尤其是向斜轴部。在陷落柱和水文地质条件叠加作用下,15号煤层含气量整体较8、9号煤层低,且8、9号煤层含气饱和度也整体高于15号煤层。(2) 8、9和15号煤层含气性均表现出随煤层埋深增加而增大的趋势,但随埋深增加,构造应力和地温场的作用逐渐增强,存在含气量随埋深变化的“临界深度”(700 m左右)。煤层含气性也表现出随煤层厚度增加而增大的趋势,煤层结构越简单,煤层含气性越好。(3) 研究区中部的NNE?NE向褶皱与EW向构造叠加地区,因较大的构造曲率和相对松弛的区域地应力,具备较好渗透率条件和含气性,故成为煤层气高产区。(4) 发育多煤层地区采用分压合采技术可以有效增加产气量,多煤层可以提供煤层气井高产能的充足气源,且多个层位的同时排水降压可使不同煤储层气体产出达到产能叠加,实现长期稳产,含气性较好及游离气可能存在的区域可出现长期持续高产井。      

单通道低功耗大容量海洋声信号测量仪的设计与实现

海洋环境噪声是海洋声场的背景场,通常被当作干扰项,许多国家纷纷投入力量,开展海洋环境噪声数据获取、分析及噪声场建模工作。针对海洋环境噪声的测量,同时为了满足设备在水下较长时间工作,设计了一种基于ARM芯片的海洋声信号高速数据采集系统,即单通道低功耗大容量海洋声信号测量仪,集成温度传感器、压力传感器和同步模块,具备定时和连续两种工作方式。采用ARM Cortex-M3微控制器LPC7168控制24位AD芯片ADS1271实现声信号采集,最高采样速率可达50 k,采集的AD数据以文件格式存储在SD卡(容量256 Gbyte)中。采用单片机PIC12F509作为值班电路,PIC12F509在控制系统工作时作为看门狗使用。经过实验室试验和湖试,验证系统工作稳定,数据采集存储正常,在消声水槽完成与DSG比测试验,通过对回放数据的分析,验证采集数据一致性较好。试验证明声信号测量仪是获取海洋环境噪声的重要设备。     

潞安矿区煤储层压力低的原因分析

针对潞安矿区煤储层压力普遍偏低的情况，根据该矿区埋藏－热演化史和流体状态方程，对储层压力的变化史进行了分析计算，认为煤储层温度降低所引起的流体体积收缩是造成储层低压的主要原因，储层温度降低与异常古地热场恢复正常和构造抬升有关。     

晋城地区煤层气井多层合采效果评价

煤层气井多煤层合采效果研究为煤炭安全、井下瓦斯治理、确定开发技术指标、单井配产、合理划分开发层系、煤层气高效开发以及制定中长期煤层气开发规划具有很好的参考价值。以晋城成庄矿区为例,将开发中后期排采效果检验井含气量等数据与邻近井原始含气量进行对比,分析3、9和15煤各煤层含气量在合层排采后的变化特征,以评价排采效果;并结合地质资料及现场排采动态进一步分析影响各煤层排采效果的主控因素。综合分析认为,成庄矿区经过多年地面煤层气多层合采,下部15号煤层比上部3号和9号煤层含气量降低更快。分析其原因认为成庄矿区15号煤层含气量降低较快的主要影响因素包括煤层渗透率、供液能力、储层压力及排采制度等。研究结果为剩余储量预测提供可靠的科学依据。