煤层气吸附解吸规律研究进展

调研了煤层气吸附理论与实验、水对煤层气吸附解吸过程的影响与煤层气液固吸附理论体系等3方面的研究进展,总结了气相吸附理论在煤层气吸附研究中取得的成果以及水对煤层气吸附的影响作用,分析了气相吸附理论在解释煤层气吸附状态时存在的问题,介绍了最新的液相吸附理论及在此基础上的煤层气复合解吸理论。不同相态的水对煤层气的吸附作用不同,煤样含水饱和度较低时,气相的平衡水可以显著降低煤层气的吸附量;当含水饱和度达到一定临界值时,含水量对煤层气吸附量变化的影响不大;而煤样中含水进一步增大时,注水煤样中液相水可以增加煤层气的吸附量。煤层气的赋存状态与气相吸附规律并不相符,而煤层气的液相吸附理论可以同时解决煤岩在水环境下生烃的条件及气相吸附没有临界解吸压力的问题;在液相吸附的条件下,煤层气的解吸过程是由气相及液相解吸共同控制的复合解吸过程。     

煤层气注气开采多组分流体扩散模型数值模拟

为了解决低渗透煤层气开发遇到挑战,依据双重介质扩散渗流和多组分吸附平衡理论,建立了注气开采煤层气多组分流体扩散渗流模型,利用数值方法研究了注气开采煤层气的增产机理．研究表明,注入二氧化碳气体不但减少了煤层甲烷的分压,加速了煤层甲烷的解吸,而且二氧化碳气体比甲烷气体更易吸附,竞争吸附置换煤层甲烷分子,从而提高了煤层气产量,结果表明注气开采煤层气是提高我国低渗透煤层气产量的有效途径。     

非平衡吸附单相煤层气井底压力

为了给煤层气勘探和开发提供科学依据,必须对煤层气井井底瞬时压力进行分析。根据煤层气的地质特征及煤层气的产出机理,以多孔介质不定常渗流理论为基础,按垂直井、无限大煤层考虑,在一定的假设条件下,建立了非平衡吸附单相煤层气的数学物理模型,研究了非平衡吸附煤层气井底压力与煤层之间的关系,给出了煤层气井井底瞬时压力分析方法和步骤,从而可获得有关煤层气参数和井筒参数,为煤层气的开发提供理论依据。     

注气开采煤层气多组分流体扩散渗流问题研究

依据双重介质扩散渗流和多组分吸附平衡理论,建立了注气开采煤层气多组分流体扩散渗流模型,还利用数值方法研究了注气开采煤层气的增产机理.研究表明,注入二氧化碳气体不但减少煤层甲烷的分压,加速煤层甲烷的解吸,而且二氧化碳气体比甲烷气体更易吸附,更易竞争吸附置换煤层甲烷分子,从而提高了煤层气产量.     

单相煤层气井底瞬时压力

瞬时压力分析是煤层气勘探与开发过程中获得煤层参数及井筒参数的重要手段,是对煤层气井生产能力的一种测试试验.为了给煤层气勘探和开发提供理论依据,必须对煤层气井井底瞬时压力进行分析.根据煤层气的地质特征及煤层气的产出机理,以多孔介质定常渗流理论为基础,按垂直井、无限大煤层考虑,在一定的假设条件下,建立了平衡吸附单相煤层气的数学物理模型,研究了平衡吸附单相煤层气井底压力与煤层之间的关系,给出了煤层气井底瞬时压力分析方法和步骤,从而可获得有关煤层气参数和井筒参数,为煤层气的开发提供科学依据.     

基于声震法的煤层气特性测试系统

通过声震法影响煤层气吸附和渗流特性的原理,设计了一种用于煤样对煤层气的吸附/解吸和渗流特性研究的测试系统。该系统以压力试验机为主体,由智能声波发生器、吸附及渗流、加压、变形测试、气体供给。测试等6部分组成。介绍了实验装置的功能和操作方法。实验结果表明该装置完全能够满足加声场与不加声场条件下煤层气的吸附和渗流实验需求。     

煤层气单井开采数值模拟的研究

对煤层气的流动机理进行了分析。结果表明 ,煤层中的甲烷气主要以吸附的方式储集在煤基质中 ,煤层割理系统提供渗流通道。煤层气在煤基质中的吸附遵循朗格缪尔等温方程 ;煤层气由煤基质向割理系统的扩散遵循Fick第一定律 ;煤层气在割理系统的流动遵循达西定律。借鉴美国现有模型 ,结合我国现场实际情况 ,建立了二维煤层气垂直井的非平衡拟稳态井底渗流数学模型。现场实例模拟计算表明 ,该模型能够用于煤层气单井数值模拟。     

煤层气吸附解吸三维应力实验装置开发及应用

煤层气吸附解吸实验是煤层气实验测试的核心内容。针对目前煤层气吸附解吸测试技术存在破坏煤原始结构、不能模拟煤储层地质环境的缺陷,设计开发了新的实验装置,详细阐述了该实验装置的总体结构及各核心单元工作原理;该实验装置经实验测试运行稳定可靠,易操作,可分别在恒温和升温条件下,改变三维应力的不同组合进行煤层气吸附解吸实验。实验结果表明:恒温条件下,煤样吸附甲烷量随孔隙压力升高而增大,煤体卸载及温度升高会大大提高煤体释放吸附气体量。     

呼和湖凹陷煤层气地质条件及资源潜力分析

通过对呼和湖凹陷煤层样品开展低温氮吸附实验、等温吸附实验和现场含气量测试,结合煤岩煤质和煤层分布特征分析,研究了呼和湖凹陷煤层气地质条件及其资源潜力。研究表明,呼和湖凹陷主要煤层以褐煤为主,变质程度低,储层内微孔和小孔最为发育,具有较大的比表面积及吸附能力,煤层顶底板泥岩厚度较大,研究区水文地质条件简单,有利于煤层气的保存,呼和湖凹陷煤层气资源潜力总体较好。综合考虑煤层厚度、含气性、储层物性、盖层因素和水文地质条件,建立了呼和湖凹陷煤层气有利区评价标准,优选出3个煤层气有利目标区。     

滚筒转向对装煤性能影响的实验研究

通过从理论和实验两方面对滚筒转向的改变对采煤机装煤性能的影响进行了深入研究，得出了实验结论，供实际应用和进一步研究参考。     

沁水盆地南部煤层气藏特征

以油气、煤田和煤层气勘探阶段积累的资料为基础,系统探讨了沁南煤层气藏的特征。通过对气藏静态特征（包括煤层空间几何形态、煤层气成分和含量、储层物性、吸附特征、储层压力及封闭条件）和动态过程（包括煤层气形成、运移和聚集）的分析,指出晚古生代的煤层在经历了印支期和燕山期两次煤化作用生成的煤层气,在喜马拉雅期遭受了严重的调整与改造后逐渐形成现今的沁南煤层气藏。直接控制该煤层气藏中煤层气富集程度的因素为顶底板与边界断层。目前的高产煤层气井基本上都位于地下水滞流区。     

Influence of liquid water on coalbed methane adsorption:An experimental research on coal reservoirs in the south of Qinshui Basin

Using Isothermal Adsorption/Desorption System Model IS-100 and Electrohydraulic Servo Rock System Model MTS815 as the main apparatuses and collecting samples from the major coal reservoirs in the south of Qinshui Basin, a hot point region of coalbed methane exploration, the paper carries out systematical comparisons of the isothermal adsorption experimental data for injection water coal samples, equilibrium moisture samples and dry coal samples, probes and establishes an experimental method of injection water coal sample preparation and isothermal experiment to simulate real reservoir conditions, and then summaries the experimental regulations and discusses the mechanism of liquid water influencing coal methane adsorption. Results of the experiment indicate that: The Langmuir volume of injection water coal samples is notably larger than that of equilibrium moisture samples, as well as larger than or equivalent to that of dry coal samples; the Langmuir pressure of injection water coal samples is the highest, the next is equilibrium moisture samples, while the dry samples is the lowest, of which the experimental results of injection water samples to simulate real reservoir conditions are more close to the fact. Under the conditions of in-position reservoirs, liquid water in coals has evident influence on methane adsorption ability of coal matrix, which can increase the adsorbability of coal and make the adsorption regulation fit to Langmuir model better. Its major reason is the increase of wetting coal matrix adsorbability. The above experimental results overthrow the conventional cognition that liquid water has no influence on coalbed methane adsorption, which may lead to an improvement of the coalbed methane isothermal adsorption experimental method and of the reliability of coalbed methane resource evaluation and prediction.     

流固耦合作用下注气开采煤层气增产规律研究

提高低渗透煤层气产量是我国煤层气开采中急需解决的关键问题,加速煤层甲烷解吸过程的注气增产方法是提高低渗透煤层气产量的有效途径。由于排采降压在孔隙流体压力变化的范围内会引起储层孔隙介质的应力和应变的变化,造成有效渗透率和孔隙度的降低,同时也影响注气和产气的动态参数。研究这些规律,首先建立了注气开采煤层气多组分流体扩散渗流的流固耦合模型,利用数值方法研究了注气开采煤层气的增产机理。研究表明,注入二氧化碳气体不但减少了煤层甲烷的分压．加速了煤层甲烷的解吸;而且二氧化碳气体比甲烷气体更易吸附,竞争吸附置换煤层甲烷分子,从而提高了煤层气产量,同时必须重视耦合作用对注气增产造成的不利影响。     

块煤瓦斯放散特性的实验研究

以大块煤为实验煤样,实验研究了大块煤瓦斯放散特性。并对同样实验条件下的煤粒瓦斯放散进行了对比研究。分析得出煤层甲烷排放解吸、扩散和渗流三个阶段中,影响煤层产气率的主要因素。指出低渗透无烟煤煤层气产气速率主要受裂隙中气体流动的限制。增加裂隙度,提高渗透率是低渗透无烟煤煤层气开发和利用最关键的环节。     

煤层气水平井煤粉产生机理及控制措施

为了揭示煤层气水平井煤粉产生机理,采用理论分析和现场实验的方法,分析了煤层气水平井产出煤粉的质量分数及颗粒粒径变化规律,提出了使用防砂尾管结合油套环空注水稀释煤粉质量分数预防卡泵的措施。研究结果表明:煤层气水平井产出煤粉颗粒粒径呈阶段变化特征,煤粉质量分数超标是导致卡泵停机的主要原因,使用防砂尾管结合井底注水稀释煤粉质量分数措施能有效延长煤层气排采井检泵周期。     

中煤阶煤层气井排采阶段划分及渗透率变化

煤层渗透率动态变化规律是煤层气开发所面临的重点问题之一。根据无因次产气率划分煤层气井排采阶段,结合等温吸附实验下煤层气的解吸过程确定排采阶段分界点位置。通过物质能量动态平衡理论建立中煤阶煤储层渗透率评价模型,从渗透率变化趋势、主导机制、产能动态等方面,阐释了中煤阶煤层气井不同排采阶段煤储层渗透率动态变化特征与控制机理。结果表明,排采过程中,煤储层绝对渗透率发生“先降低-后回返-再上升”的动态变化。排水阶段水相有效渗透率迅速下降,气相有效渗透率为0。储层压力降低至临界解吸压力后进入产气阶段,气相有效渗透率迅速增加,水相有效渗透率缓慢降低。产气量衰减阶段绝对渗透率开始下降,在滑脱效应影响下,气相有效渗透率仍然保持缓慢上升,水相有效渗透率降低。     

大倾角储层煤层气多层合采产量控制地质与工程因素

针对大倾角储层煤层气多层合采的特点,以库拜煤田煤层气井的实际排采动态资料为基础,通过分析排采动态典型指标与地质要素和工程要素之间的关系,剖析了库拜煤田大倾角储层多层合采煤层气井产能的控制因素,并用灰色关联分析定量评价了各影响因素的重要性。结果表明：（1）大倾角储层煤层气合层排采产量与单井动用资源丰度、储层压力梯度、煤体结构、临界解吸压力、初始排水速度、压裂效果、初始见气时间具有较好的相关性,但与渗透率、吸附时间相关性较差。储层压力梯度和储层压力是影响该研究区产能的主控因素;（2）新疆库拜煤田大倾角储层靶点压力特征、含气量、渗透率基本处于同一水平,同埋深不同煤层物性非均质性较小,层间干扰作用小,较适合合层排采。论文研究成果可作为大倾角储层煤层气合层排采提供指导。     

基于低温液氮吸附法的煤岩孔隙分形特征

为研究沁水盆地中高煤级煤的孔隙结构特征,采用低温液氮吸附实验测定了不同煤样比表面积及孔径分布数据,依据吸附-解吸曲线和分形维数对煤岩孔隙系统进行分类.结果表明:煤层微小孔较发育,具有比表面积适中(0.418～0.902 m2/g)、平均孔径小(14.6～21.0nm)、孔容小(0.001 86～0.004 53 cm3...     

清洁压裂液对煤岩储层伤害的实验评价

 压裂液进入煤层后会带来一定的伤害,影响煤层气的产量。通过实验研究了清洁压裂液对煤层气解吸扩散和渗流的伤害机制。以沁水盆地煤岩为实验样品,利用自主研究的煤岩解吸装置和全模拟流体模拟微观分布实验系统,测试了清洁压裂对煤岩解吸量和地层水渗透率的伤害程度。研究表明,清洁压裂液对煤岩渗透率的伤害为30%,对煤层气解吸量的伤害率为24%,并且推迟了煤层气开始解吸的时间,降低了解吸的速率。通过电镜扫描、润湿性等测试,明确了清洁压裂液对煤岩的伤害机制。