摘要:

摘要:本文以对国内外煤层气地球物理探测理论与技术研究现状进行系统回顾和分析的基础上，以淮南矿区主采煤层131煤为例，详细分析和研究了不同结构煤层的测井曲线特征及其与煤层气富集之间的关系；分析研究了多波多分量地震勘探技术在煤层气勘探中的应用基础和主要技术方法，并建立了煤层气富集区预测的测井参数门限和多波地震勘探的技术指标，首次明确指出煤层气富集区和煤矿瓦斯突出灾害区有本质不同，并在地球物理标志中有明显的分辨特征。

摘要:优质煤储层在此指厚度大、分布广、储集物性好的煤层。沉积相对优质煤储层的形成和分布有重要控制作用。通过浅海和泻湖淤积填平发育起来的潮坪环境和三角洲环境是最有利的优质煤储层形成环境，煤储层厚度大、分布广。沉积环境对煤储层中的灰分含量和镜质组含量有重要影响，而灰分含量和镜质组含量又直接影响煤储层的储集物性。灰分充填了煤储层中的孔隙，其含量越高，储集物性越差；镜质组有利于割理的形成，其含量越高，储集物性越好。由于在灰分含量、煤岩显微组分等方面的差异，潮坪环境沉积的煤储层的储集物性优于三角洲的煤储层，下三角洲平原沉积的煤储层优于上三角洲平原沉积的煤储层。海平面变化对优质煤储层的形成和分布也有重要控制作用。高位体系煤储层富集，单层厚度大，横向分布相当稳定，尤其是高位体系域晚期，是形成优质煤储层最有利的层位。而水进体系域煤储层稀少，单层厚度小，横向分布不稳定，不利于优质煤储层形成。

摘要:煤层气作为一种吸附气，在储层中解吸扩散运移时甲烷碳同位素发生分馏。笔者通过采集山西晋城和新疆昌吉不同演化程度的煤样进行解吸试验，系统记录整个解吸过程中甲烷碳同位素组成的变化情况，研究了储层物性对甲烷碳同位素分馏的影响。结果表明：对于基质致密的煤样，解吸气体的δ13C1随时间增加逐渐变重，其变化的速率具有先快后慢的阶段性特点。对于基质疏松的煤样，解吸气体的δ13C1随时间增加先轻后重，这是由于取芯操作及煤样解吸过程中的基质收缩变形破坏了煤体原生结构，从而对正常的同位素分馏效应产生了影响。随着成熟度的增高，煤中微孔丰度增加，气体解吸扩散过程中受的限制增强，同位素分馏效果更显著。压裂裂缝的存在影响了煤层甲烷碳同位素的分馏效果，使得试采过程中井口气样δ13C1的变化规律不明显。

摘要:本文开展了在25~150℃和25~100 MPa同时升温和升压条件下，鄂尔多斯盆地中煤阶煤岩变形实验研究。结果表明, 25℃/25 MPa条件下煤岩强度显著低于其他温度和压力条件下煤岩的强度。在实验变形条件下，煤岩主体的变形表现以破裂与微破裂作用为主。不同温度和压力条件下的煤岩变形特点表现出一定的差异。随着温度和压力的降低，煤岩样品破裂的延伸逐渐减小，破裂发育的透入性逐渐升高。变形煤岩样品中破裂的发育往往定向性较强，发育相对较为均匀。随着应变的增加，破裂多扩展为较大的规模。伴随天然煤降温、降压过程，导致煤岩从韧性向脆性的转变，在转变的早期和中期，大量煤层气将解吸储集于尚未贯通的密集微裂隙内，随着温压的缓慢降低，煤岩储集性和渗透性在变好，较为适宜煤层气的运移与保存。而在转变的后期，煤岩形成贯穿性破裂系，造成煤层气的散失，可能成为演化程度和孔隙度低的煤岩吸附煤层气能力弱的主要原因。

摘要:在对鄂尔多斯盆地东缘58套采自不同层位不同地域煤样显微组分测试和低温液氮比表面测试的基础上，从比表面积、吸附曲线形态、阶段孔径结构分布、阶段孔径比表面积贡献、FHH分形特征几个方面刻画了煤储层微孔隙特征。同时，就“孔比表面积—孔隙结构—煤物质组成与化学结构”这一因果链，分析了鄂尔多斯盆地东缘煤微孔隙特征与煤变质程度、煤岩显微组分以及矿物组分与类型的关系。研究发现，Ro在0.60%~1.91%范围内，比表面积及FHH分形分维数先明显降低，Ro至1.3%后又略有回升，同时吸附回线“滞后环”及分形尺度对应的压力范围明显减小，孔径3~4 nm“墨水瓶”型孔明显减少乃至消失，并成为比表面积减少的主要贡献者。在相似煤级条件下，惰质组分较镜质组分有更多的比表面积贡献。粘土矿物组分含量>10%时，孔径3~4 nm“墨水瓶”型孔对比表面贡献明显，且随煤级增高影响作用相对加大。

摘要:以IS100等温吸附解吸仪和MTS815型电液伺服岩石实验系统为主要实验平台，应用已建立的模拟储层条件下煤样注水和注水试样等温吸附实验方法，对3种不同煤级的煤储层样品开展了高压（8～20 MPa）注水和等温吸附实验，发现储层条件下煤层中的液态水（注水煤样）对不同煤级（0.46%<Ro,max<1.72%）煤吸附甲烷影响有差异，其含水量随煤级升高呈L型降低，而吸附量则线性增加。笔者认为液态水造成吸附差异的原因是煤体润湿性的差异，对于中低煤级的煤样来说，煤表面的物理化学性质起着控制作用，直接影响着煤体润湿性，吸附势和含水量的曲线都说明了这一点。

摘要:构造动力条件涵盖诸多要素，综合分析这些要素与煤层气成藏效应之间关系，是全面认识构造动力条件控藏效应的基础。为此，本文采用盆地分析、构造应力场模拟、镜质组光性组构、构造曲率等方法，分析了盆地构造演化、构造应力场、盆内构造分异、煤储层构造变动等与煤层气成藏效应之间关系，探讨了有利于煤层气富集高渗条件发育的构造动力特点。研究表明：燕山期是控制煤层气成藏的关键时期，该期NW-SE向近水平挤压构造应力场作用下形成的次级褶曲和高角度正断层，奠定了盆地煤层气赋存规律的总体格局，使NNE-NE向次级褶曲成为主要的控气构造类型；构造动力通过煤储层改造程度对煤储层渗透性发育特点的控制，不仅体现于镜质组光性指示面形态及其空间展布特征，也使得中等程度的构造主曲率可能提供最有利于煤层气渗流的构造条件，导致现代构造应力场高主应力差有利于煤层渗透率的发育。耦合分析认为，沁水盆地煤层气成藏效应取决于上述构造动力学因素之间的合理配置，南部仰起端的阳城北、中南部西段的安泽—沁水、中部西侧的沁源周围、东部中段的武乡西北等4个地段，可能存在有利于煤层气成藏的构造动力学条件。

摘要:在系统研究以沁水盆地等为代表的华北残留盆地煤层气地质特征、构造演化史、埋藏史和热史的基础上，运用数值模拟方法定量研究了其主煤层的煤层气成藏演化历程。结果表明，华北残余盆地煤层气成藏演化一般显示出微弱—活跃—散失3个阶段依次出现的总体特征；由于煤层气地质特征和构造演化史、埋藏史以及热史的差异，成藏类型可划分为演化活跃且煤层气高度聚集的活跃型、演化微弱且成藏程度较低的微弱型和两者之间的过渡型3类。其中第一、三类具有较好的含气性，即潜在的煤层气开发前景。

摘要:基于184个中煤级（镜质组最大反射率Ro,max介于0.65%~2.50%）煤在平衡水条件下的等温吸附实验成果，模拟了中煤级煤的朗格缪尔体积和压力与煤级的关系，建立了不同埋深（温度、压力）条件下不同煤级煤饱和吸附气量量板，探讨了压力和温度对中煤级煤吸附甲烷能力的综合效应，对比分析了中煤级煤吸附特征与低、高煤级煤的差异，提出了中煤级煤吸附气量预测的方法。

摘要:有效压力系统是宏观动力能共同作用于煤储层而形成的压力体系，是联系煤储层地层能量与煤层气成藏的桥梁和纽带。它的主要影响因素为构造应力、地下水水头高度以及地下水矿化度。通过对沁水盆地南部有效压力系统的研究可以发现，影响煤层气藏形成和破坏的关键时期是晚侏罗世—早白垩世末，本阶段有效压力系统处于开放体系和封闭体系不断转换的状态，并因此造成煤储层孔裂隙大量形成，不仅为有效运移系统的形成奠定了基础，而且也为沁水盆地南部区域高煤级煤层气藏的可采性埋下了伏笔。

摘要:煤层作为煤层气的源岩和储集层，与常规天然气储层不同在于煤储层是一种双孔隙岩层，由基质孔隙和裂隙组成，且有自身独特的割理系统，基质孔隙和割理的大小、形态、孔隙度和连通性等决定了煤层气的储集、运移和产出，其中以割理系统对煤层气的产出最为重要。本文以沁水煤田为例，对煤层割理、割理填充物类型、充填方式、自生矿物形成时代进行了研究，总结了填充物形成的先后顺序，并根据填充物的形成时代、煤层埋藏史等提出了割理形成的3种机制：埋藏增压机制；岩浆诱发机制；抬升卸压机制。

摘要:煤层气的吸附/解吸将导致煤层甲烷碳同位素以及煤层气多组分分馏，使得煤层气富集区预测成为可能；并为揭示注入CO2增强CH4产出提供依据。本文根据Polanyi吸附势理论和实测及收集的等温吸附试验数据，探讨煤层甲烷碳同位素和多组分气体的分馏。通过研究，得到如下两个结论：①13CH4在煤表面的吸附势普遍高于12CH4，也就是说13CH4与12CH4相比具有优先吸附、滞后解吸的特点。这种差异具有随压力增加而增加的特点。②煤层气吸附/解吸过程中CH4和CO2的分馏可归纳为以下3种情形： a. CO2和CH4的吸附/解吸等温线不相交，CO2的吸附势大于等于CH4，在CO2和CH4吸附势接近的中压阶段(1~2.5 MPa)不利于注CO2驱CH4，高压、低压阶段均有利； b. 因CH4的吸附/解吸等温线相交造成CH4和CO2的吸附特性曲线相交，在高压条件(>2.5 MPa)下利于注CO2驱CH4； c. 因CO2的吸附/解吸等温线相交造成CH4和CO2的吸附特性曲线相交，在高压条件(>2.5 MPa)下利于注CO2驱CH4。吸附势理论的引入为定量评价注入二氧化碳驱甲烷工艺参数和有利储层的选择提供了方法，并揭示了在高压条件(>2.5 MPa)下总是有利于向煤层注入CO2强化CH4产出。

摘要:水相存在使煤储层应力敏感性更加复杂，是煤层气开发需要特别关注的问题。通过开展煤储层干样与湿样的应力敏感性实验，分析了煤储层应力敏感性特征。应用数值模拟方法，研究了煤储层应力敏感性对煤层气井产能的影响。研究结果显示，煤储层具有强应力敏感性并且明显不可逆性。有效压力从2 MPa增加到10 MPa，气相渗透率降低90%；初始渗透率越低，应力敏感性越强，有效应力降低以后，煤岩渗透率不能恢复到原始水平。水相存在使得煤层气藏应力敏感性更强，有效压力从2 MPa增大到3 MPa，3块煤岩湿样渗透率分别降低了66.0%、50.4%和58.5%，而干岩芯渗透率降低幅度均低于50%。同时随含水饱和度增高，表现出应力敏感性愈强的趋势。煤储层应力敏感性极大地影响煤层气井产能，储集层原始渗透性越差，应力敏感对产量的影响越大。因此，煤层气生产过程中，特别是煤层气排采初期，地层压力较高，一味地增大生产压差可能不会增加煤层气井产量。

摘要:高、低煤阶煤层气地质特征及控气作用差异性是研究煤层气富集成藏的重要组成部分，是煤层气勘探开发理论研究过程中重要的基础性研究领域之一。本文以中国沁水、阜新盆地和美国粉河盆地等典型的含气盆地为例，探讨了高、低煤阶煤层气的储层物性差异，分析了构造控气和水文地质控气作用的差异性。研究表明，高煤阶气藏含气量高，CH4百分含量高，δ13C1值大于-38.75‰，储层渗透率变化小，储层改造难，构造热事件对煤层气的生成、富集贡献大，持续的水动力使气藏遭到破坏，且破坏幅度大，现今地下水格局对气藏的形成具有一定的影响；低煤阶气藏含气量低，CH4百分含量低，δ13C1值大于-49.11‰，储层渗透率变化大，储层易改造，煤热演化史及煤阶影响着煤层气的生成、富集，在煤层气生成过程中活跃的水动力是甲烷生成的主要的水文地质条件之一，但持续的水动力使气藏遭到破坏，且破坏幅度小，而合适的地层水矿化度则是低煤阶煤层气生成的重要条件，地下水格局对气藏的调整和改造起到决定性的影响。

摘要:从煤层气富集成藏地质条件分析入手，在研究聚煤盆地的时空演化、后期改造特征基础上，将煤层气盆地定义确定为“具有工业价值煤层气藏形成和保存条件的含煤盆地”，煤层气盆地群是指具有两个以上的小含煤层气盆地的地区。在充分参考盆地、含油气盆地、聚煤盆地划分方案基础上，提出一种以现今含煤盆地进行划分的煤层气盆地划分方案，并提出地质与物探资料综合确定煤层气盆地边界的原则，将我国大陆区煤层气区划分为64个煤层气盆地。

摘要:毒害性气体是影响煤层气和天然气质量及安全生产的一个重要因素,但目前缺乏对煤层气中H2S与SO2及其毒害性的系统性研究。本文在介绍H2S和SO2的毒害性及其机理的基础上,研究并讨论了煤层气及天然气中H2S和SO2的含量分布及其存在的主要问题、天然气和煤层气勘探开发中H2S和SO2的腐蚀性与毒性, 提出在优选勘探开发煤层气区时,需考虑H2S和SO2的含量问题。气体中H2S的安全临界含量近似值为0.0013%, SO2的安全临界含量可选取为0.036%(尚需进一步研究)。另外,在煤层气勘探开发选区时,成煤期的沉积古地理环境可作为一个考虑因素。

摘要:裂隙探测是煤层气勘探开发与煤矿安全生产的重要研究内容。规则发育的直立裂隙在理论上可等效为具有水平对称轴的横向各向同性（HTI）介质，本文通过正演记录研究了HTI介质的多波地震响应，分析了裂隙发育方位对横波偏振特性的影响规律，在此基础上分析了利用横波记录的方位角道集获取地下裂隙参数的可行性与基本原理,为便于工业应用，文中研究了一种基于两个水平分量叠加剖面的角度扫描法求取地下目标煤层的裂隙发育方位。实际资料处理证明了该方法的准确性与可靠性。

摘要:叠后地震反演方法适用于纵波和横波地震资料的反演，但对转换波地震资料却不适用。为了实现利用转换波剖面得到横波波阻抗信息，通过建立转换波反射系数和横波反射系数之间的关系，直接从转换波地震数据中获取横波反射系数，把转换波叠后波阻抗反演问题转化为横波波阻抗反演问题。基于测井约束反演原理，利用横波反射系数和转换波解释层位建立初始横波波阻抗模型，优选反演处理参数，实现转换波叠后横波波阻抗反演。含煤地层转换波横波波阻抗反演结果，为进一步研究岩性参数比属性奠定了基础。和横波勘探相比，转换波勘探施工方便，工作成本相对低廉，因此利用转换波叠后地震反演获得横波波阻抗，是一种经济的办法。但由于在计算横波反射系数时采用了近似公式，所以反演结果精度会受到一定影响。

摘要:我国煤层普遍存在低渗、低储层压力和低含气饱和度等不利条件，许多研究表明，低渗透多孔介质中的气体运移存在启动压力梯度。为了让数值模拟模型能更加准确地描述致密煤储层中流体的运移特性，基于前人的研究成果，建立了考虑启动压力梯度的致密煤层气藏三维、非平衡吸附、拟稳态条件下气、水两相耦合流动数值模拟模型，并给出了模型的全隐式有限差分格式和数值求解方法。最后利用沁水盆地某生产井的试井资料进行了模拟计算，模拟结果表明，在其他条件相同的情况下，启动压力梯度的存在使得煤层的降压效果变差，且延迟了产气高峰的到来。对比该井的开采资料，模拟结果是合理的，模型能正确反映致密煤层气藏中流体的运移特征。

摘要: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。

摘要:建立了非均质各向异性双重介质煤层气定向羽状水平井开采的较完整的数学模型，模型考虑了与气体吸附、解吸、扩散相耦合的三维气、水两相渗流；考虑了储层的压力敏感性；考虑了煤层本身所具有的低渗透特性，即低渗透地层启动压力梯度的影响；考虑了井筒内的压降损失。通过数值模拟分析了煤层气羽状水平井的增产机理，指出羽状水平井的主支和分支在地层中广泛均匀延伸，使整个控制区域地层压力均匀、快速下降，增大了气体解吸扩散的机会，是羽状分支水平井促使煤层气产量提高的根本原因；启动压力梯度的存在使煤层中羽状水平井的降压效果变差，从而使煤层气的产量减少。

摘要:煤层中一般都伴有煤层气，通过压裂可以将煤层气释放出来，一方面能够获得清洁能源，另一方面可以提高煤田的安全开采。煤岩层自身特点决定了其在压裂中应用的实验评价方法及结论应具有特殊性，本文主要针对煤层气井的煤岩层压裂裂缝长期导流能力进行实验评价研究。实验表明，与砂岩地层不同，煤岩的硬度较小，压裂中支撑剂嵌入情况较严重；煤岩易破碎，碎屑颗粒充填到支撑剂中；同时支撑剂存在破碎及吸附伤害等，多种作用导致支撑裂缝的导流能力降低。实验中，以煤岩层闭合压力为一个重要的参数，实验对比分析了在不同闭合压力下，铺砂浓度、支撑剂粒径、支撑剂种类及组合的选择、支撑剂颗粒的破碎与嵌入、压裂液残渣等因素对煤岩层导流能力的影响。本文的实验结论为，嵌入对煤岩层支撑裂缝的导流能力伤害很大，加大铺砂浓度、采用低破碎率支撑剂、降低压裂液伤害能在一定程度上提高煤层裂缝的导流能力，但影响程度随闭合压力的增加而逐渐降低。本文所得出的结论对今后煤层气的开发及设计施工具有一定的指导意义。

摘要:煤岩的水力压裂实际上就是半无限大分层均匀介质的断裂问题，要利用有限元法或边界元法模拟裂缝扩展，就必须找出半无限空间的基本解。本文从三维弹性力学最基本的平衡方程和本构关系出发，推导出状态传递微分方程。在求解状态传递微分方程时，对指数矩阵进行分解，避免了直接解法导致状态变量的发散。引入了半无限体的无穷边界条件，推导出半无限层表面的位移与应力关系式。根据状态传递方程，可得出层状煤岩任意点的应力和位移的值。此结果可直接退化到经典的半无限域经典的Mindlin解。