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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

《煤田地质与勘探》青年编委优秀成果展示—Ⅰ(2023—2024)

来源:煤田地质与勘探

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煤田地质与勘探

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  • 作者(Author): 刘世奇, 皇凡生, 杜瑞斌, 陈世恒, 管奕婷, 刘英海, 汪涛

    摘要:CO2地质封存与利用工程实施具有十分可观的CO2减排效果,推行CO2地质封存与利用项目对于缓解全球气候变暖、践行我国可持续发展战略具有重要意义。梳理了目前主要的CO2地质封存与利用方式,统计了全球范围内的CO2地质封存与利用示范工程,重点介绍了我国典型CO2地质封存与利用示范工程案例,并对CO2地质封存与利用技术发展趋势进行了展望。目前,CO2地质封存与利用方式主要包括CO2驱油封存、CO2驱替煤层气封存、CO2咸水层封存、CO2枯竭油气藏封存、CO2驱替页岩气封存、CO2深部咸水层封存与采水、CO2封存与增强型地热发电、CO2封存与铀矿地浸开采等;国内外在CO2驱油封存、CO2咸水层封存以及CO2封存与铀矿地浸开采方面已形成了配套完整的技术体系,实现了广泛商业化应用,而在其他CO2地质封存与利用方面尚处于现场试验与工程探索阶段;我国现已开展了23个CO2地质封存与利用项目,含12个CO2驱油封存项目、2个CO2咸水层封存项目、7个CO2驱煤层气项目以及2个CO2+O2地浸采铀项目。我国的CO2地质封存与利用技术起步较晚,与欧美发达国家相比仍具有较大差距,未来亟待加快百万吨/年以上规模的CO2地质封存与利用全流程技术与集群部署的工程示范,强化CO2地质封存与利用集群化规模部署技术科学基础研究,重点解决工程化CO2地质封存与利用全流程技术关键环节瓶颈。
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    煤田地质与勘探
    2023年第02期
    127
    115
  • 作者(Author): 李勇, 徐立富, 刘宇, 王子炜, 高爽, 任慈

    摘要:准确认识深部条件下气体和水分的赋存状态、相对含量及分布特征,对煤层气高效勘探开发具有重要指导意义。基于理论模型、分子模拟和气水演变分析,明确了煤层中气、水的赋存状态,揭示了气、水动态运聚界限和动态演化过程。考虑煤−水界面作用、水的可动性及赋存状态,煤中水可分为可动水(重力水和毛细水)、束缚水(吸附水、沸石水、结晶水和层间水)、结构水,其中毛细水、重力水和吸附水由孔隙主导,沸石水、结构水、结晶水和层间水由矿物主导。分子模拟结果显示,水分子在0.7 nm孔隙中可以饱和充填,吸附和解吸路径一致,在更大孔隙中出现弱吸附层和自由态。水分子吸附过程表现为单分子含氧基团吸附、单层强吸附、多层弱吸附、水团簇形成和充填孔隙等阶段。甲烷分子在1.5 nm孔隙可存在3层稳定充填吸附,在较大孔隙中(>1.5 nm)即以单层吸附和游离态共存,游离态在介孔及更大孔隙中普遍存在。结合上述吸附−游离气存在界限,改进了游离气和吸附气理论计算公式,为含气量计算提供新思路。深部热成因煤层气是煤大规模生排烃之后的残余气,在排烃过程中发生气驱水和水分蒸发扩散,残余水分为束缚水和结构水,后期无法改变。假定静水压力20 MPa,在0、5、10、15和20 MPa储层压力下,外来水分可入侵最大孔径为7、9、13、27 nm和不侵入。受差异保存条件控制,煤成气除了形成超压和欠压等差异含气系统外,还可能在煤系形成多类型含气模式。上述研究明确了煤层气、水微观赋存机制及形成演化模式,对深部煤层气富集特征及高效开发设计具有指导意义。
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    煤田地质与勘探
    2024年第02期
    110
    5
  • 作者(Author): 李瑞, 金丽红, 夏彬伟, 葛兆龙

    摘要:为了进一步认识制约煤系气合采的因素,提高煤系合层排采各产层的产气贡献,分别从动力、通道和气源条件出发,分析了煤系气合采的必备因素。基于改变地应力状态提高储层导流能力以及分层改变储层流体压力,满足多层合采动力条件的原理,提出了地面井分层卸压的煤系气合采方式。该方式通过在地面进行定向钻井,在目标储层中进行高压水射流作业,人工创造卸压空间(缝、槽、穴等),改变地应力状态,降低有效应力伤害,增加储层导流通道的数量和开度,提高目标储层压降传递速率。待储层压力降至符合煤系气合采动力条件时进行合层排采,从而提高煤系合采各产气层的产气贡献。相较于常规增产改造措施,此方式能够减少煤系气储层在有效应力作用下的储层伤害,且有助于提高储层压降传递效率,增强煤系气的解吸和扩散,降低多层煤系气合采过程中的层间干扰。在以上研究基础上,认为地面井分层卸压的合采方式主要适用于储层地应力大、产层间距小的煤系气储层,且有望在薄互层煤系气储层增产改造及层间干扰严重的叠合共生煤系储层开发领域进行应用推广。
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    煤田地质与勘探
    2024年第02期
    113
    1
  • 作者(Author): 李玉伟, 李子健, 邵力飞, 田福春, 汤继周

    摘要:储层可压性的准确评价是储层压裂设计和压后产能评估的重要前提。目前,采用岩石力学参数进行页岩可压裂性评价取得了较好的现场应用效果。因此,如何准确获取岩石力学参数成为至关重要的问题。通过建立一种基于物理信息约束的神经网络模型,该模型采用物理和数据双驱动,仅使用少量数据就能够实现岩石力学参数的准确预测。为验证模型性能的优异性,采用人工神经网络、随机森林和XGBoost模型与之进行对比。结果表明,物理信息约束的神经网络在少量数据下预测岩石力学参数的平均准确率高于95%,性能远优于其他模型。采用物理信息约束的神经网络预测得到弹性模量、泊松比、抗拉强度和断裂韧性4种岩石力学参数,基于岩石力学参数对储层可压性的影响,建立了基于脆性指数和力学参数的可压性评价方法。最后,以渤海湾盆地沧东凹陷K2段不同储层可压性为例进行验证。结果表明:研究区整体可压性较好,其中,纹层状混合质页岩可压裂指数高于0.7,可压性良好;纹层状长英质页岩、厚层状灰云质页岩和薄层灰云质页岩可压裂指数均处在0.4~0.7,可压性中等。评价结果与实际施工现场各储层日采油量进行对比,证实了可压性智能评价方法的可靠性,该方法可以推广至页岩储层可压性评价工作中。
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    煤田地质与勘探
    2023年第10期
    153
    64
  • 作者(Author): 毕刚, 元沛杰, 韩斐, 付帅帅, 吴捷敏, 马颖

    摘要:射孔完井技术的发展与完善对油气田的高效测试和开采具有重要的现实意义和实用价值。但低渗透储层(如低渗煤层)采用常规聚能射孔完井时,存在压实损坏带,导致渗流阻力大、产能降低等问题。为改善低渗透储层的开发效果,提出了自清洁、后效体等新型射孔技术,但其射孔效果、适用性等问题尚不明确。基于LS-DYNA 的显示时间积分算法及流固耦合机理,形成地层−水泥环−套管−射孔弹动态射孔有限元模型建立方法,制定了不同射孔技术条件下动态射孔数值模拟方案,建立了不同射孔技术的有限元模型,并开展了不同射孔技术动态射孔仿真模拟研究,基于数值模拟研究结果,对2种射孔技术的适用性进行了分析研究。结果表明:自清洁和后效体射孔较常规射孔孔深有所下降,但孔径较常规射孔扩大15%左右。孔深和孔径与抗压强度、弹性模量、围压成反比,与孔隙率成正比,负压对单一射孔效果的影响较小。针对中孔低渗、低孔低渗油气藏,自清洁、后效体射孔技术孔道容积较常规分别增大9.55%、12.23%左右,射孔效果突出。上述研究结果可为自清洁与后效体射孔技术的设计与应用提供理论支撑,对两种射孔技术的发展及其对低渗储层(如低渗煤层)油气井的增产有着重要的意义。
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    煤田地质与勘探
    2024年第05期
    35
    2
  • 作者(Author): 毕刚, 吴捷敏, 杨尚谕, 李蒙蒙, 韩斐, 汪鑫, 崔颖

    摘要:射孔参数对油气井产能有着重要的影响,目前对射孔参数的优选大都基于单因素分析,缺乏多因素的综合分析评价。笔者应用有限元模拟的方法,开展不同储层条件下射孔参数对井口流量影响规律的分析研究,首先建立射孔完井储层压降的几何模型,进行射孔后流体流动模拟研究,得到均质储层、各向异性储层、裂缝性储层的射孔参数、各向异性参数及天然裂缝参数对储层压力场及渗流场的影响规律。定量计算孔深、孔密、孔径、相位角、污染带深度及污染程度等参数与井口流量的关系,并设计不同储层不同射孔方式下射孔参数多因素分析的正交实验,得到每种工况下的井口流量。然后利用灰色关联理论分析在不同储层条件、不同射孔方式下各参数与井口流量之间的灰色关联系数,进而对各参数进行适用性评价,并形成射孔参数优化设计软件。保证套管抗挤毁能力降低不超过5%,以射孔完井产能比最大为目标,针对实际射孔参数组合,结合F油田进行射孔参数优化,给出了不同储层、不同射孔方式下射孔优化方案。最后对射孔参数进行敏感性分析,得到射孔深度、相位角、孔密的变化对定向井产能的影响规律,随着孔深、孔密的增加水平井日产量和累产量均逐渐增加,45°相位角时油井日产量与累产量均高于0°相位角。基于有限元模拟的正交实验实现了射孔参数的多因素综合评价,灰色关联法提高了射孔参数权重的可靠性,本研究为射孔参数合理范围优选提供依据。
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    煤田地质与勘探
    2023年第07期
    161
    86
  • 作者(Author): 夏大平, 廖佳佳, 陈振宏, 陈曦, 郭红玉, 黄丹

    摘要:厘定生物产氢后的余煤再产甲烷的有利因素,对于提高煤联产第二阶段甲烷产气效率具有重要的理论和实际意义。以内蒙古白音华露天矿煤为发酵底物,改变通气条件和水力停留时间(HRT),讨论不同条件下厌氧发酵产氢余煤再产甲烷量和煤结构的动态变化趋势。结果表明:(1) 对比其他气氛条件,CO2组产甲烷效果最好,单位气体生成量为4.72 mL/g,而HRT增加使产气效果逐渐降低。(2) 氢化酶活性与产气量的变化规律具有一致性,反应结束后菌液化学需氧量值(COD)均偏低,认为CO2可促进菌体酶活性增强,使CO2甲烷化过程更明显,而较长的HRT不利于微生物菌群存活,建议在后期的工程实践中,设置较短的HRT工艺条件。(3) 对厌氧发酵后的余煤进行XRD和FTIR监测,发现通CO2后煤的芳香碳层间距最大,煤中一些活性官能团如羧基、羟基等均有所减少,HRT为3 d条件下微晶结构和官能团变化较显著,而随着HRT时间延长,煤结构变化愈加不明显。(4) 通入CO2不仅能提高产气率,还可以改变煤大分子结构和孔隙结构,达到煤层自身的增透、增扩、增渗和增解的目的,实现CO2地质封存和煤层气生物工程的融合。
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    煤田地质与勘探
    2024年第03期
    86
    8
  • 作者(Author): 张超林, 王培仲, 王恩元, 许江, 李忠辉, 刘晓斐, 彭守建

    摘要:煤与瓦斯突出灾害的有效防治一直是我国煤矿安全生产面临的挑战性难题,其前提和基础是对煤与瓦斯突出机理的深入研究。全面阐述我国近70年来在煤与瓦斯突出机理研究领域所开展的工作和取得的成绩,其研究过程分别经历了积极探索阶段(1955—1977年)、理论奠定阶段(1978—2002年)、快速发展阶段(2003—2015年)和稳定发展阶段(2016年至今);基于文献计量学方法和科学知识图谱分析,探讨了突出机理的研究热点和前沿趋势。分别从理论假说、物理模拟、数值模拟3个方面系统总结了我国煤与瓦斯突出机理研究进展:理论假说方面,在综合作用假说的基础上,针对我国煤矿实际情况形成了以流变假说、球壳失稳理论、力学作用假说等为代表的新观点和新理论,奠定了突出理论研究基础;物理模拟方面,围绕突出主控因素、多物理场演化、能量转化与失稳条件、地质构造与构造煤、两相流致灾机制等方面进行了大量的试验研究,基本掌握了突出的发动条件、发展过程、演化规律及影响因素;数值模拟方面,主要开展了突出煤层、地质构造和突出两相流等方面的模拟研究,然而由于突出过程和影响因素的复杂性,仍无法实现突出全过程的模拟分析。目前,已初步形成了具有我国特色的煤与瓦斯突出理论体系,但时有发生的突出事故表明突出防治形势依然严峻。结合研究现状和发展趋势,认为应进一步研究突出全过程、全要素、全时空耦合演化过程,分析含瓦斯煤多尺度流变行为,探索煤层储能与动态释放过程,揭示复合与次生灾害成灾机制,形成煤与瓦斯突出耦合演化机理、力学模型、能量模型和灾变模型;在此基础上针对典型突出场景,开展复杂地层下突出物理模拟试验和全过程数值模拟反演,实现突出危险的实时监测和连续预警。
    煤田地质与勘探
    2023年第02期
    118
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