河南理工大学中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心
- 作品数：33 被引量：194H指数：8
- 相关机构：河南工程学院资源与环境工程系中国矿业大学资源与地球科学学院湖南科技大学资源环境与安全工程学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家重点实验室开放基金长江学者和创新团队发展计划更多>>
- 相关领域：矿业工程天文地球环境科学与工程生物学更多>>
- 成庄井田西部15号煤储层物性对煤层气井产气量影响研究被引量：2
- 2019年
- 基于成庄井田西部15号煤储层物性资料和煤层气生产资料,开展了煤储层物性对煤层气井产气量影响研究。结果表明:煤储层物性对煤层气产出特征和煤层气井产气量具有重要影响,不同的煤储层物性参数对煤层气井产气量的影响和作用机理各异。煤层厚度越大、煤层气含量越高,煤层气资源量、资源丰度及含气饱和度越高,有利于煤层气井高产和提高累计产气量;煤储层压力、煤层渗透率越高,越有利于驱动煤层气渗流高效产出、煤层气井高产和提高采收率;煤的高变质,提高了煤的孔渗性、吸附性和煤层气储集性能,有利于煤层气井高产稳产。但延迟了煤层气井产气高峰期时间,对缩短煤层气开发周期亦不利。
- 郭强曹运兴
- 关键词：煤储层物性产气量
- 煤层瓦斯微纳米串联多尺度动态扩散渗透率实验-模型-机理及意义
- 2023年
- 多尺度科学问题作为当前世界科学前沿的热点问题之一,已拓展到自然科学与工程技术的众多领域,作为多尺度科学的一个分支,煤岩渗流力学亦存在自身的多尺度科学问题。煤体中存在从毫米到微纳米的多尺度孔裂隙,孔径量级可达百万倍之巨,这使得煤体渗透率也呈现出百万量级的空间与时间多尺度特征。因而,煤体多尺度渗透率研究既是煤岩渗流力学的学科内涵问题,亦是瓦斯抽采亟需的工程外延问题。采用柱状原煤煤心开展了无应力和三轴应力下CH4/He的非稳态扩散-渗流实验和三轴应力下稳态渗流实验。实验结果表明:柱状煤心的表观扩散系数随时间延长而动态衰减,并呈现出2类时间多尺度特征,一种为连续光滑的动态衰减特征,一种为两阶段阶跃式动态衰减特征。导出了动态表观扩散数学模型,该模型能较准确描述柱状煤心中气体(CH4/He)非稳态流动全过程。提出了多管串联多尺度孔隙结构物理模型和数学模型,采用压汞孔径数据验证了串联多尺度孔径模型,并据此给出了串联多尺度渗透率的数学证明。以努森数(Kn)为标准,划分了连续流-滑移流-过渡流-自由分子流等流域,以串联多尺度孔径为关联纽带,建立了考虑有效应力和流态的多尺度渗透率模型。研究结果揭示了煤层瓦斯串联多尺度渗流机理,即煤体微纳米孔径及其串联级数是影响多尺度渗透率的决定性因素,可测孔径范围内多尺度效应影响程度可达数万量级。流动初期,气体首先从外层大孔裂隙中流出,流动后期,逐渐从微小孔隙中流出,直至深达纳米级孔隙。随着时间延长,串联孔隙级数逐渐增长,等效孔径逐渐减小,其量级接近于最小孔径,进而使得等效渗透率随时间延长而急速衰减,渗透率的时间多尺度动态衰减特征是空间多尺度的外在反映。气体流动后期,努森数增大,滑移-过渡流态效应超�
- 李志强陈金生陈金生李林
- 关键词：多尺度渗透率扩散
- 多尺度煤粒与瓦斯多尺度动扩散系数模型特征参数关系研究被引量：4
- 2018年
- 为研究煤基质尺度对瓦斯扩散运移能力的影响,在实验室内开展了0.18~0.25 mm,0.25~1 mm,1~3 mm,3~6 mm,6~10 mm等5种不同尺度煤粒在不同初始吸附平衡压力下的瓦斯扩散实验。基于多尺度动扩散系数新模型,研究了煤粒尺度与多尺度动扩散系数模型特征参数的关系。研究结果表明:新模型对全扩散过程的描述精度要好于经典模型,经典模型最大相对误差达18.4%,而新模型仅为3.9%;相同条件下,初始扩散系数D0值随着粒径的增大呈递增趋势,最大增大了45.3倍;扩散衰减系数β值随着粒径的增大呈递减趋势,最大衰减了89.8%。实验揭示了多尺度煤粒内的瓦斯多尺度扩散特征,大尺度煤粒包含了更大的外在孔隙,导致煤粒尺度越大,初始扩散系数D0值越大,但因大尺度孔隙占比较大,导致孔隙尺度级差变化较小,因而有较小的衰减系数β值;小尺度煤粒因具有较小的外在孔隙,其D0值较小,但因微小孔隙占比较大,且微小孔隙尺度级差变化较大,因而有较大的衰减系数β值。不同煤粒尺度的扩散特征参数D0和β值的这种变化特征反映了当前低渗煤层瓦斯抽采过程中初期抽采量大但衰减迅速的现象,也为瓦斯(煤层气)增产及稳产提供了储层改造方向。
- 段正鹏李志强李志强陈向军李国红
- 关键词：多尺度粒径
- 动扩散系数新模型下不同粒径构造煤的瓦斯扩散特征被引量：11
- 2016年
- 为揭示不同粒径构造煤的瓦斯扩散特征,采用瓦斯解吸仪分别在井下现场和实验室内开展了原煤样和不同粒径的构造煤瓦斯扩散实验,并采用低温氮吸附法测定其孔径分布,采用动扩散系数新扩散模型计算各类扩散实验的初始扩散系数D0及其衰减系数β、有效初始扩散系数De0和有效动扩散系数De(t)。结果表明:各类粒径构造煤的瓦斯扩散率初期增长较快,但衰减迅速。同时刻下,粒径越大,D0越大,β越小,构造煤中孔隙由表及里孔径逐渐缩小,正是这种孔径特征控制了D0和β的大小。同时,粒径越大De0和De(t)越小。与之相反,井下构造煤原煤样具有更小的粒径,致使原煤样的瓦斯扩散速度更快,因此构造煤具有更严重的突出危险性。
- 程小庆王兆丰李志强
- 关键词：构造煤扩散率
- 高强电场激励下煤体吸附模型及机理探讨
- 2023年
- 基于电场强化下煤体响应表现出的电动效应、热效应和激发极化效应,设计高强电场下煤体吸附试验系统,研究电场实时加载下煤体对不同吸附质的吸附特征,并在经典Langmuir、D-R吸附模型基础上构建适用于高强电场下的煤体吸附模型。结果表明:实时加载高强电场下,随着施加电场强度增大,煤体吸附能力呈线性减小趋势,受电场影响CO_(2)吸附能力变化率更大,与未加电场相比,电场强度为30,60,90 kV/m时煤体吸附瓦斯的能力分别下降了10.9%,15.7%,18.9%,吸附CO_(2)的能力分别下降了8.5%,12.1%,22.9%;基于Langmuir吸附模型和D-R吸附方程,以煤体吸附试验数据为依据,在吸附模型基础上引入含有电场强度的修正项系数(1-C·E),分析构建含有电性参数的吸附模型,新模型试验拟合度均在0.99以上,能够预测并表征高强电场下煤体吸附特征,其影响机理主要归结为:煤体孔隙结构改变,经高强电场强化后煤样微孔向小孔及中大孔过渡,增强了煤体的扩散性能;影响了煤体吸附瓦斯表面自由能,且吉布斯自由能随着场强增大而减小,揭示了电场抑制煤体对瓦斯的吸附;煤体发生激发极化,电场通过改变煤体电性参数介电常数与电阻率进而影响瓦斯的吸附解吸能力。
- 雷东记郑媛媛郑媛媛王亚娟
- 倾斜煤层采空区自燃“三带”划分及防灭火措施被引量：4
- 2023年
- 山西金晖瑞隆煤业有限公司主采的8+10号煤层具有自然发火危险性,为准确确定8115工作面自燃带位置,以便为采取防灭火措施提供靶位,以氧气体积分数作为划分指标,采用束管抽气法进行采空区自燃“三带”现场测定。构建采空区数值模型,采用FLUENT软件进行解算,得出采空区氧气体积分数分布规律。基于此,对自燃“三带”进行划分,确定自燃带宽度,并提出防灭火对策。结果表明:8115工作面采空区散热带为0~51.2 m;自燃带为51.2~86.2 m;窒息带为86.2 m以里。建议采用埋管注氮或架间插管汽雾阻化防灭火措施,对采空区自燃带进行全方位防灭火控制。
- 刘德宝韩颖
- 关键词：倾斜煤层采空区
- 水力压裂煤体相位频谱曲线试验研究被引量：1
- 2023年
- 为探明水力压裂前后煤体内部结构改变引起的复电阻率变化规律,在实验室开展加载围压下煤体水力压裂试验,测量压裂前后煤体相位和振幅频谱曲线。结果表明:(1)压裂前后干燥煤体相位频谱曲线均为“U”型,压裂后相位频谱曲线移动明显;(2)含蒸馏水的压裂煤体相位频谱曲线呈“W”型;(3)压裂煤体中,“W”型曲线是由于未充分填充的含水次生裂隙和原有裂隙的不充分界面极化共同所致,这与水力压裂对煤体破坏的不均匀性有关;(4)采用等效电路的方法,用不同电容器代替煤体不同频率界面极化,模拟相位频谱曲线从“W”型变为“U”型的过程发现,未充分填充的含水次生裂隙和原生裂隙在不同频率下的不充分界面极化是产生“W”型曲线的原因。
- 储天庆雷东记闫江伟闫江伟李健周猛
- 关键词：水力压裂界面极化等效电路
- 新密矿区低临界值瓦斯动力现象及机理被引量：6
- 2015年
- 本文从区域构造演化及构造特征、"三软"煤层(顶、底板和煤层均破碎的煤层及组合)分布及瓦斯特性和构造煤瓦斯内能释放等方面探讨了新密矿区低临界值瓦斯动力现象发生的机理及地质控制作用。研究结果表明:新密矿区构造演化具有多期叠加改造的性质,中、新生代拉张裂陷环境中形成的重力滑动构造对"三软"煤层的普遍发育具有重要控制作用,"三软"煤层的形成及组合形式影响井田瓦斯赋存和构造应力环境的非均衡性;顺煤层断层、煤层流变的规模及构造煤的发育程度是低临界值瓦斯动力发生的主控因素;高应力环境下"三软"煤层中构造煤的初期内能释放是激发低临界值瓦斯动力现象发生的关键;对低临界值瓦斯动力区域的预测可以通过对煤层流变和瓦斯初期解吸能的研究来实现。
- 李云波姜波张玉贵
- 关键词：煤与瓦斯突出构造煤
- 无烟煤微生物成气中间代谢产物组成及其转化被引量：21
- 2016年
- 研究了煤生物成气过程中中间产物的变化规律与成气过程的相互关系。以10 kg沁水盆地山西寺河矿的无烟煤为底物,以寺河矿区煤层气井口出水为菌源,进行了煤生物成气模拟实验,利用气相色谱-质谱联用对不同成气阶段发酵液中间产物进行了分析。实验发现煤生物成气有2个主要的产气周期,芳香环、杂环化合物和苯衍生物在反应初期转化为VFA等,发生在第1个产气周期;而长链烷烃的生成有2个高峰期,分别对应2个产气周期。根据煤生物成气模拟实验中间代谢产物的实验结果,进一步选取乙酸钠、丙酸钠、丁酸钠、己酸为底物,仍以同一煤层气井口出水为菌源,进行产气实验模拟,结果显示乙酸、丙酸、丁酸可以产气,而己酸则对成气呈现抑制作用。以底物计算甲烷产生效率为丁酸>丙酸≈乙酸,丁酸约为乙酸和丙酸的4倍;而以碳数计算时甲烷产生效率则为丁酸>乙酸>丙酸,丁酸约为乙酸的2倍,说明不同的有机酸产甲烷时可能存在有机酸碳数奇偶性的差异。以上结果表明,VFA和长链烷烃在煤生物成气中发挥着重要的作用,而有关煤生物成气中VFA和长链烷烃的生成和转化以及其对成气的影响尚需进一步研究。
- 陈林勇王保玉邰超关嘉栋赵晗王美林韩作颖
- 关键词：煤代谢产物VFA长链烷烃
- 煤层瓦斯抽采顺层钻孔偏斜规律及原因分析被引量：10
- 2020年
- 顺层钻孔抽采煤层瓦斯是矿井常用消突措施之一,但钻孔偏斜造成的消突空白带又给安全生产带来新的隐患。为了查明钻孔偏斜规律及原因,采用赤平投影及MATLAB滤波处理,再结合统计分析的方法,分别建立倾角-进尺、方位角-进尺2种数学模型。研究表明,顺层钻孔轨迹的倾角随钻进深度的增加总体是一个长周期或若干短周期。进尺小于50 m时,钻孔轨迹沿煤层向下偏斜,进尺大于50 m后,钻孔轨迹先向下偏斜,后向上发生偏斜;钻孔轨迹的方位角的变换呈左右摇摆的周期性变化,第1周期起始偏移的方向(向左或向右)总是向着地层的真倾向方向靠近,随进尺深度的增加周期变短。根据分析,造成钻孔偏斜主要原因为岩层产状、施工工艺和孔壁间隙等。
- 沈振刘志文易伟欣王恩营王恩营
- 关键词：顺层钻孔瓦斯抽采
