检索结果-内蒙古大学图书馆

煤炭转化 2019年第3期42卷 49-54页

作者：赵娜韩作颖煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司山西晋城工程师048000

对内蒙古神华胜利褐煤(NM)、云南昭通露天煤矿新揭褐煤(YN)和河南义马褐煤(YM)进行了生物强化产气研究,通过检测甲烷体积分数、产甲烷量、气体组分变化探讨微生物产甲烷特征。结果表明:煤层气井产出水经过富集培养,菌群数量明显增长,产... 详细信息

对内蒙古神华胜利褐煤(NM)、云南昭通露天煤矿新揭褐煤(YN)和河南义马褐煤(YM)进行了生物强化产气研究,通过检测甲烷体积分数、产甲烷量、气体组分变化探讨微生物产甲烷特征。结果表明:煤层气井产出水经过富集培养,菌群数量明显增长,产甲烷作用明显被激活,产甲烷能力显著增强。经过多次加煤驯化,富集菌群可以适应加煤条件并进行较强的产甲烷作用,为后续实验提供了稳定高产的菌源。三种褐煤均能被微生物降解产甲烷,但产甲烷高峰期出现时间不同,YN实验组有一个峰期,YM实验组有两个峰期,NM实验组有三个峰期。三种褐煤产甲烷效率由高到低的顺序为YM,NM,YN。微生物降解煤产生的生物气主要有CH_4,CO_2和H_2。整个成气过程中CO_2体积分数和CH_4体积分数呈现负相关关系,H_2由于消耗大在体系中几乎没有留存。

关键词：褐煤生物强化生物气驯化富集培养煤层气

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过采空区煤层气井地面抽采关键技术

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煤炭学报 2020年第7期45卷 2552-2561页

作者：张江华李国富孟召平张永成刘亮亮李德慧徐云煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048012 山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司山西晋城048006 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083

为保证煤矿区煤层气资源超前预抽和连续性开发利用,抽采煤矿采空区下伏煤层的煤层气,已成为煤矿区煤与煤层气共采的重要课题之一。以山西晋城寺河矿井为例,分析了3号煤层采空区下伏岩层应力-应变分布规律、采空区下伏岩层裂隙演化规律... 详细信息

为保证煤矿区煤层气资源超前预抽和连续性开发利用,抽采煤矿采空区下伏煤层的煤层气,已成为煤矿区煤与煤层气共采的重要课题之一。以山西晋城寺河矿井为例,分析了3号煤层采空区下伏岩层应力-应变分布规律、采空区下伏岩层裂隙演化规律和下伏煤层渗透率变化情况,根据采空区卸压效果和下伏煤层的煤层气解吸程度,揭示了过采空区煤层气井抽采机理。通过在采空区以上50 m位置对二开技术套管外安装裸眼封隔器和反扣装置,二开固井后,将反扣装置及以上套管进行回收,使三开固井实现全井段有效固井。从3号煤层采空区以上90 m至采空区底板20 m以下的二开钻进过程采用氮气钻进,研发了煤层气地面钻井过采空区成套系统,包括空压机组、制氮机和增压机组,对其机组参数进行了优化。基于以往寺河矿区煤层气井裂缝监测结果,优化压裂施工参数,适当缩小9号和15号煤层规模压裂。按照过采空区井抽采机理和产气特征划分了3种产气类型,分析了其产气规律。研究结果表明,9号煤层和15号煤层都位于采空区下伏底臌变形带内,3号煤层回采后,9号煤层和15号煤层渗透率分别提高了2.70倍和2.65倍,9号煤层渗透率提高到10×10^-15 m^2左右,卸压效果较好。通过安装裸眼封隔器和反扣装置优化井身结构,过采空区井实现了全井固井,保证了固井质量;二开采用氮气介质穿越采空区,可以保障过采空区钻井的安全高效施工。压裂裂缝监测结果显示,该井15号煤层裂缝总长为290 m,走向为NE150°;9号煤层裂缝总长370 m,走向为NE80°,压裂效果较好。60%的过采空区井一般在1个月内产气,29%的井2~5个月产气,11%的井7个月以上产气。3种过采空区井产气类型分别为:单峰型Ⅰ,即气产量缓慢增加-下降型(以吸附气为主);单峰型Ⅱ,即气产量快速增加-下降型(以游离气为主)和双峰型(游离气+吸附气),不同类型煤层气井产气规律存在明显的差异性;3种类型的过采空区井,一般保持井口套压在0.5 MPa以上,在进入稳定产气阶段后,大部分井套压控制稳定在0.2~0.4 MPa,以保证过采空区井的持续高产。

关键词：地面抽采煤层气井过采空区关键技术煤与煤层气共采

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沁水盆地典型煤矿区煤的流速敏感性实验及控制机理

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煤炭学报 2017年第10期42卷 2649-2656页

作者：孟召平侯安琪张鹏郝海金武杰中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048000

采用沁水盆地3个典型煤矿中、高煤阶煤样,开展了实验室煤样流速敏感性实验,分析了不同流速条件下煤样渗透率的变化规律,建立了煤储层渗透性与流速之间的关系和模型,揭示了中、高煤阶煤储层流速敏感性的控制机理。研究结果表明,煤样渗透... 详细信息

采用沁水盆地3个典型煤矿中、高煤阶煤样,开展了实验室煤样流速敏感性实验,分析了不同流速条件下煤样渗透率的变化规律,建立了煤储层渗透性与流速之间的关系和模型,揭示了中、高煤阶煤储层流速敏感性的控制机理。研究结果表明,煤样渗透率随流速发生变化,且存在一个临界流速。在临界流速之前随着注入流量(或流速)的增加煤样渗透率增加,当流速超过临界流速后,煤样的渗透率随着流体流速的增加反而减少。煤储层流速敏感性主要受控于煤储层物性和煤中速敏矿物。随着煤储层孔隙度、渗透率和流体流量的增高,煤储层速敏损害率按对数函数关系增高。实验煤样黏土矿物占矿物质含量为66.63%~99.89%,主要以高岭石、伊利石为主,存在潜在的速敏伤害,速敏实验结果表明,本区实验煤样存在不同程度的速敏损害,煤样速敏损害程度由弱至中等偏强,临界流速低。随着煤中黏土矿物含量的增加,煤储层速敏损害率也增高。在煤层气井排采过程中,寺河煤矿和西山煤矿煤层气井排采降速应为赵庄煤矿的6倍左右。

关键词：沁水盆地煤储层流速敏感性控制机理

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压痕法评价煤层气井固井水泥石断裂力学性质

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天然气工业 2020年第3期40卷 115-122页

作者：张典坤陈立超王生维煤与煤层气共采国家重点实验室·晋煤集团山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司内蒙古工业大学矿业学院中国地质大学(武汉)资源学院

深部煤层气井高压注入压裂、水平井分段压裂、CO2地质封存等复杂工况对井筒环空封隔能力提出了更高的要求。为了探究煤层气井固井水泥石本体破坏原貌特征、水泥石断裂力学性质对环空封隔失效的影响,通过实地解剖沁水盆地晋城矿区煤层气... 详细信息

深部煤层气井高压注入压裂、水平井分段压裂、CO2地质封存等复杂工况对井筒环空封隔能力提出了更高的要求。为了探究煤层气井固井水泥石本体破坏原貌特征、水泥石断裂力学性质对环空封隔失效的影响,通过实地解剖沁水盆地晋城矿区煤层气井的固井情况,基本查明了煤层气井井筒环空水泥环的破坏情况,并利用压痕法(IM)对该矿区煤层气井固井水泥石原样进行维氏硬度、断裂韧度的实验测试,研究其在不同载荷下的变化规律。研究结果表明:①该区煤层气井井筒封隔失效的主要形式包括固井水泥环的第一、第二界面的开裂形成流体通道,以及水泥环本体脆性断裂形成高角度垂向裂缝和断块体;②水泥石的高脆性导致硬度随载荷增加先降低再升高,现用固井水泥浆体系的高脆性是其在射孔、压裂环节封隔失效的关键内在因素;③断裂韧度随着载荷的增大逐渐升高,后期维持在0.71 MPa·m^1/2,抗裂性能较差;④射孔冲击在水泥石中形成辐射裂纹,压裂期间高压流体的挤注导致射孔辐射裂纹失稳扩展并形成垂向裂缝窜槽和断块。结论认为,采用抗冲击型高韧性复合水泥可以控制射孔阶段固井水泥石的辐射裂纹尺寸,有利于防止煤层气井井筒环空封隔失效。

关键词：深部煤层气井固井环空封隔能力水泥石断裂韧度压痕法抗冲击高韧性水泥

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内蒙胜利褐煤生物产气前后微生物群落变化

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煤炭学报 2019年第4期44卷 1224-1231页

作者：赵晗何环王江泽谭凯丽赵娜任恒星山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048000 易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司山西晋城048000 中国矿业大学化工学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室江苏徐州221116

为研究微生物群落在褐煤生物产气过程中的作用以及产气前后煤样性质的变化。以内蒙古胜利褐煤为产气底物,寺河矿区煤层气井排出水中富集产气微生物为出发菌群,在实验室开展褐煤生物产气实验,采用Illumina高通量测序平台分析产气前后微... 详细信息

为研究微生物群落在褐煤生物产气过程中的作用以及产气前后煤样性质的变化。以内蒙古胜利褐煤为产气底物,寺河矿区煤层气井排出水中富集产气微生物为出发菌群,在实验室开展褐煤生物产气实验,采用Illumina高通量测序平台分析产气前后微生物群落变化,并利用气相色谱、扫描电子显微镜等手段对褐煤产甲烷量和产气前后煤样物化性质及其煤表面的菌体形貌进行分析。结果表明,内蒙胜利褐煤可以被所富集得到的菌群利用并产生甲烷,产气周期为49 d,期间累计产甲烷量为83. 1 mL,净产甲烷率为7.84 mL/g煤。褐煤生物产气微生物样本中细菌群落多样性丰富,主要优势菌门为厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)、WWE1、拟杆菌门(Bacteroidetes)、互养菌门(Synergistetes)和少量的脱铁杆菌门(Deferribacteres)。原始微生物群落结构多样性较高,经褐煤和基本培养基培养产气后,群落多样性降低。在微生物属水平上菌群结构变化较大,其中W22,Proteiniclasticum,VadinCA02,Tissierella_soehngenia,Clostridium, Dasulfovibrio等菌属在产气过程中发挥重要功能。内蒙胜利褐煤挥发分较高,富氢、富氧,煤表面结构松散有明显裂隙,有利于微生物附着降解,适宜进行生物产气试验。褐煤经微生物作用产气后,水分、灰分、挥发分均降低,固定碳百分比升高,H/C升高,S元素比例下降,利用扫描电镜观察到产气体系中煤表面附着大量短杆状和球状微生物,并存在类似微生物纳米导线的结构。

关键词：褐煤生物产气群落变化高通量测序

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晋城矿区煤与煤层气协调开发模式优化决策方法

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煤炭学报 2020年第7期45卷 2575-2589页

作者：刘彦青赵灿李国富张浪赵学良李振福张学超李阳郭建行郭丁丁煤炭科学技术研究院有限公司安全分院北京100013 煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048012 煤炭资源高效开采和洁净利用国家重点实验室北京100013 山西晋煤集团技术研究院有限责任公司山西晋城048000 山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司山西晋城048006

为进一步提高煤矿区煤与煤层气共采效率,需要对现阶段煤与煤层气协调开发模式进行优化决策,针对该问题,以晋城矿区为研究对象,基于层次规划思想提出了“采煤工作面→采区→矿井”3层级煤与煤层气协调开发模式优化决策思路;界定了采煤工... 详细信息

为进一步提高煤矿区煤与煤层气共采效率,需要对现阶段煤与煤层气协调开发模式进行优化决策,针对该问题,以晋城矿区为研究对象,基于层次规划思想提出了“采煤工作面→采区→矿井”3层级煤与煤层气协调开发模式优化决策思路;界定了采煤工作面煤与煤层气开发3区范围,采用非线性规划数学方法构建了采煤工作面煤与煤层气协调开发模式优化决策理论;基于3区时长控制关键因素建立了3区时长控制机制,明确了特殊阶段转换临界指标;基于优化决策目标内容,采用系统分析及归纳演绎法从安全性、经济性、资源效益性3方面构建了采煤工作面煤与煤层气协调开发效果评价指标体系及评价考核标准,对寺河煤矿东五盘区5301采煤工作面的煤与煤层气协调开发效果进行定量评价应用,验证了评价指标体系具有良好的现场适用性;基于煤层气开发技术和煤层气赋存条件,采用BP神经网络算法,建立了煤层气开采量预测模型,以寺河煤矿地面垂直井和井下顺层长钻孔为煤层气开采技术代表分析论证了其现场可操作性;以3区时长控制机制为纽带、以煤与煤层气开发全生命周期资源量守恒定律为本构模型、引入煤层气开采量预测模型,构建得到以3区时长为最基本待求解变量的采煤工作面煤与煤层气协调开发模式优化决策模型,决策模型以评价指标体系和特殊阶段转换临界指标作为求解约束条件,建立了可借助计算机编程语言实现的采煤工作面煤与煤层气协调开发模式优化决策流程,具体流程为“构建所有技术方案的3区时空关系制约方程并求解→通过协调开发效果评价确定每个技术方案的最佳开发方案→从所有技术方案的最佳开发方案中优选获得最佳开发方案”。研究表明:“以煤矿区煤与煤层气赋存条件、开采技术、现场实践数据为基础数据,以非线性规划、人工智能为建模方法,以计算机编程为具体实现手段”的煤与煤层气协调开发模式优化决策方法在理论与实践方面是可行的,该优化决策方法能够为解决晋城矿区煤层气开采与煤炭开采的时空矛盾问题提供指导意见。

关键词：煤层气开采技术晋城矿区三区联动 BP神经网络资源量守恒决策流程

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煤基质中甲烷扩散特征及其对气井产能的影响

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地球科学（中国地质大学学报） 2017年第8期42卷 1356-1363页

作者：李国庆孟召平刘金融中国地质大学构造与油气资源教育部重点实验室湖北武汉430074 山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048000 中国矿业大学地球科学与测绘工程学院北京100083

扩散是煤层甲烷运移的关键环节之一,而目前有关煤层中甲烷扩散特征的认识并不充分.以沁水盆地南部高煤阶煤层气藏为例,应用微纳渗流力学理论分析了煤基质中气体扩散模式及定量表征参数;应用Simed软件开展了扩散性能对不同煤体结构煤层... 详细信息

扩散是煤层甲烷运移的关键环节之一,而目前有关煤层中甲烷扩散特征的认识并不充分.以沁水盆地南部高煤阶煤层气藏为例,应用微纳渗流力学理论分析了煤基质中气体扩散模式及定量表征参数;应用Simed软件开展了扩散性能对不同煤体结构煤层气排采规律的影响数值研究.结果表明:煤层甲烷的扩散受化学势梯度的驱动,产气过程中体相扩散、努森扩散和构型扩散模式并存且呈动态变化;甲烷扩散性能受气体温度、压力、气体种类、水分以及基质孔隙结构共同影响,基质孔隙吸附甲烷会改变微孔孔径并影响扩散路径的空间形态;煤基质中甲烷的扩散是非热力平衡过程,扩散系数是吸附量的函数.基于拟稳态扩散的数值研究表明,扩散性能强弱对于长期累计产气量几乎没有影响,而对短期产气速率具有较大的影响;扩散性能弱的,产气速率峰值较低,但峰值之后的一段时间内产气速率相对较高;与高渗煤层相比,低渗构造煤层的产气速率对吸附时间常数更敏感.

关键词：煤层气高煤阶煤扩散产气速率煤体结构

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松软低渗储层煤层气水平井小型压裂测试技术应用

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煤炭工程 2017年第9期49卷 130-133页

作者：张永成赵祉友煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048000 山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司山西晋城048000

为提高晋城矿区赵庄区块U型水平井煤层气开发效果,提出采用小型压裂测试技术来指导煤层气U型水平井分段压裂改造。利用小型压裂测试闭合后的压力数据求取相关地质参数,根据降排量测试结果求取管柱摩阻。小型压裂测试结果表明,赵庄区块... 详细信息

为提高晋城矿区赵庄区块U型水平井煤层气开发效果,提出采用小型压裂测试技术来指导煤层气U型水平井分段压裂改造。利用小型压裂测试闭合后的压力数据求取相关地质参数,根据降排量测试结果求取管柱摩阻。小型压裂测试结果表明,赵庄区块煤层气水平井存在近井地带摩阻高、压裂液滤失量大、裂缝复杂等问题。利用测试结果优化了正式压裂施工设计方案,保障了压裂施工成功及压后效果,为赵庄区块煤层气水平井高效开发提供了技术支持。

关键词：松软煤层低渗储层煤层气水平井小型压裂

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斜直井钻机在煤层气水平井中的应用

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煤矿安全 2018年第9期49卷 124-127页

作者：赵祉友张永成山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司山西晋城048000 煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048000

为实现高瓦斯矿井受采动卸压影响的下伏煤层瓦斯地面抽采,根据寺河矿5303工作面复杂工程地质条件,基于采动引起的底板岩层应力变化分区,通过对比常规直井和斜直井轨迹模拟结果,结合斜直井钻机参数特点,提出了使用斜直井钻机地面施工水... 详细信息

为实现高瓦斯矿井受采动卸压影响的下伏煤层瓦斯地面抽采,根据寺河矿5303工作面复杂工程地质条件,基于采动引起的底板岩层应力变化分区,通过对比常规直井和斜直井轨迹模拟结果,结合斜直井钻机参数特点,提出了使用斜直井钻机地面施工水平井抽放采动卸压瓦斯工艺技术;在此基础上,优化了斜直井钻井轨迹设计方法,有效指导了钻井施工,满足了地质目标要求。完井后自喷生产表明,使用斜直井钻机在复杂工程地质条件下施工煤层气水平井的技术是可行的。

关键词：斜直井钻机煤层气水平井采动卸压瓦斯抽采

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采动卸压下伏煤层瓦斯L型井抽采技术研究

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煤炭工程 2018年第2期50卷 105-108页

作者：赵祉友张永成刘亮亮徐云李德慧山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司山西晋城048000 煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048000

为实现高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井受采动卸压影响的下伏煤层瓦斯抽采,以山西晋城矿区寺河煤矿3~#煤层5303工作面为研究对象,系统研究了3~#煤层采动卸压后下伏9~#煤层岩体的裂隙发育规律、应力分布特征和渗透性变化特性。数值模拟表明,工... 详细信息

为实现高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井受采动卸压影响的下伏煤层瓦斯抽采,以山西晋城矿区寺河煤矿3~#煤层5303工作面为研究对象,系统研究了3~#煤层采动卸压后下伏9~#煤层岩体的裂隙发育规律、应力分布特征和渗透性变化特性。数值模拟表明,工作面受采动影响垂向卸压范围可达71.43m,9~#煤层在底鼓变形带内,最大卸压值达到3.61MPa,使得该区域裂隙发育,渗透率提高。研究提出了一种煤矿瓦斯地面抽采新模式,即采用斜直井钻机地面施工L型井方式抽采经采动卸压的下伏煤层瓦斯,其研究成果对同类煤矿开采条件下高瓦斯和突出煤层瓦斯抽采工作具有重要指导借鉴意义。

关键词：采动卸压下伏煤层瓦斯 L型井抽采

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