煤层气水平井开发的理论技术初探——兼论煤层气和页岩气开发条件对比

经过30 a的不懈探索,我国煤层气开发井型逐渐由直井向水平井开发过渡,水平井开发煤层气的基础理论是制约当前煤层气开发的主要问题。和页岩相比,煤层页理和脆性矿物不发育,非均质性更强,不利于体积缝网的形成。但煤层顶底板封盖强,机械强度高,具备较好的水力压裂条件。部分煤层裂隙被方解石等填充,酸化有利于储层渗透率改善和复杂裂缝形成。因此,建立一套适合煤层气储层特征的水平井开发工艺尤为重要。针对煤层地质特征,从水平井长度优化、簇间距优化、压裂液选择、支撑剂选择、返排率、最终可采储量(EUR)特征6个方面,系统分析煤层气水平井开发技术经济政策,认为煤层气水平段长度一般不超过1000 m,簇间距15~30 m储层改造效果较好;深部煤层气压裂液中加入滑溜水破胶剂及少量低温辅助破胶剂可提高破胶效率;相比中浅部煤层气储层,深部煤层压裂支撑剂应提高大粒径(0.425/0.850 mm)比例;深部煤层(如大吉区块8号煤)达到最高产气时的压裂液返排率与威远-长宁页岩气相近;煤层气EUR偏低,但用液强度、加砂强度大,应提高煤层气开发效率及经济效益等。煤层气开发效果受地质特征和开发工程技术协同控制,从地质工程一体化角度,提出下步煤层气水平井开发的对策,指出应进一步优化煤层气水平井开发工艺;完善水平井钻完井与配套技术,降低单井钻完井成本;依据煤粉迁移规律,实现煤层气水平井控粉有序返排,提高排采效果;依据游离与吸附气赋存比例,优化生产控制技术提升单井EUR。

玉米秸秆水热生物炭施用对土壤重金属Cd生物有效性和微生物群落的影响

为了探究玉米秸秆水热生物炭(简称水热炭)施用对镉(Cd)污染土壤的修复效果及作用机制,通过盆栽试验,分析了不同水热炭在不同添加率下(1%和3%)对土壤Cd生物有效性和作物吸收的影响,并探究了不同条件下的微生物群落结构。结果表明:与对照相比,水热炭施用显著提高了土壤有机质和溶解性有机碳含量,土壤中二乙烯三胺五乙酸提取的Cd(DTPA-Cd)和油菜叶片Cd含量分别降低了5.01%~20.98%和10.82%~34.16%。提高水热温度和水热炭添加率有助于降低土壤DTPA-Cd含量。此外,施用水热炭显著增强了根际土壤细菌的多样性和丰度,且明显改变了微生物群落结构。与对照组相比,施用水热炭显著降低了根际土壤中Actinobacteriota的相对丰度,提高了Proteobacteria和Bacteroidota的相对丰度。冗余分析表明土壤溶解性有机碳含量是影响根际土壤细菌群落结构的关键因素。因此,水热炭对重金属污染土壤有很大的修复潜力,但其对土壤重金属的长期效应有待进一步研究。

畜禽粪便Cu、Zn含量特征研究

为了解畜禽粪便中Cu、Zn含量在近年来的变化趋势,通过文献调研,分析了牛粪、猪粪和鸡粪中的Cu、Zn含量、随时间变化和区域变化的特征。结果表明,畜禽粪便中Cu、Zn含量表现为猪粪(500.9、1 121.5 mg/kg)>鸡粪(121.8、436.3 mg/kg)>牛粪(52.1、202.6 mg/kg)。猪粪Zn含量随年代变化呈极显著增加趋势(P<0.01),增加速率约为55.9 mg/(kg·年);鸡粪Cu含量随年代变化呈下降趋势(P<0.05),下降速率约为6.55 mg/(kg·年)。不同区域猪粪Cu、Zn含量有差异,广西猪粪Cu含量最高,平均值为796.6 mg/kg,湖南省猪粪Zn含量最高,平均为1 674.1 mg/kg。研究表明,鸡粪中的Cu近年来得到较好的控制,而猪粪Zn控制效果较差;由于猪粪Cu、Zn含量高,长期施用条件下存在土壤Cu、Zn累积的风险,因此应重点加强饲料行业的监管力度。

内蒙古自治区东部低阶煤层气地质力学特征与勘探开发技术

内蒙古自治区东部低阶煤层气资源丰富,具备规模开发的潜力,但区内煤层气勘探开发尚处于摸索阶段,特别是低阶煤层气地质力学特征、储层工程品质等研究程度不够,制约了煤层气资源的有效开发。为此,对内蒙古自治区东部霍林河盆地3口煤层气试验井的开发效果进行系统分析,明确了低阶煤层气资源评价及勘探开发中的关键问题,形成了一种低阶煤层气地质力学评价与勘探技术选择模式。研究结果表明:①煤储层渗透性低是该区低阶煤层气开发的关键制约地质因素,但煤层具有硬度高,刚度大,断裂韧度适中,脆性显著的力学品质,适合开展煤储层大规模体积压裂改造。②由于煤岩坚硬,洞穴完井造穴困难,不适合作为煤层气勘探开发主体技术;由于煤储层渗透性低,双U型井井控泄流面积小,试采效果差;直井水力压裂能沟通更多天然裂缝,增大了泄流面积,试采效果好。③低阶煤层气开发的关键是煤储层体积改造,水力压裂除实现储层增渗外,还具有渗吸驱替等功能,因此长水平井+体积压裂是内蒙古自治区东部低阶煤层气勘探开发的关键技术。结论认为,地质力学评价与勘探技术模式的形成为内蒙古自治区东部低阶煤层气资源的高效动用提供了科学依据。

基于碳氮比特征的在线堆肥配方系统设计与实现

本文针对有机肥料生产企业的需求,设计开发了一种基于Web Service的在线堆肥配方系统,该系统可以根据用户选择的标准和原料,自动计算出满足质量和成本要求的堆肥原料配比,并提供相关的数据和管理功能。该系统包括配方计算、标准配置、原料配置、原料数据库、肥料标准库、系统管理等六个功能模块,采用Web网址的交互形式,利用Web Service技术实现业务流程的通用集成。基于系统特点和不用原料碳氮比(C/N)特征,设计了六种常见原料的堆肥配方,包括动物粪便与秸秆类、动物粪便与园林废弃物、动物粪便与农副产品加工副产物、蔬菜废弃物与秸秆类、餐厨垃圾与秸秆类、蘑菇渣与秸秆类等。

美国页岩油气发展现状、成本效益危机及解决方案

为了充分借鉴美国“页岩油气革命”的成功经验,分析了2019—2021年全球低油气价格整体偏低的情况下,美国页岩油气行业的发展现状及存在问题。主要表现为:页岩油气企业面临长期负现金流的利润危机,以页岩气为例,大量企业宣称的低于0.74美元/m^(3)(1美元≈7元人民币)的成本,与行业平均0.99美元/m^(3)的实际成本相差甚远;过度夸大的低成本引发行业投资判断失误,2021年累计债务高达1800亿美元,大量企业面临破产危机。《美国破产法》第11章破产重整对页岩油气公司破产后的保护,疫情期间美国政府对企业的税收减免扶持,以及企业自身的有效运营管理等为页岩油气行业成本效益危机提供了有效解决方案,使页岩油气行业在2022年高油气价格下产量快速恢复。该研究成果为我国页岩气产业的发展提供了经验。

勃利盆地七台河断陷煤层气富集特征及有利区优选

勃利盆地七台河断陷煤层气资源丰富,但勘探程度低,富集成藏规律和成藏机制认识不足,制约了勘探实践。本文基于对七台河断陷区煤层气地质条件的精细解剖,揭示了研究区煤层气富集特征及成藏机制。研究发现七台河断陷煤层气成藏条件良好,其中下白垩统城子河组煤层层数多、总厚度大,发育多个富煤中心,热演化程度较高,煤储层物性较好,煤层含气量总体西高东低,构造、水文、封盖等保存条件较好,具备良好的煤层气成藏基础,存在向斜-水力封堵型、断层封闭-水力封堵型、断层-多煤层自封闭型3种煤层气成藏模式,埋藏适中、缓—滞留水环境下的“逆断层封闭区”、“次级构造高点”和“煤层中部分层”是煤层气富集成藏有利部位。在此基础上,建立了多层次模糊数学煤层气选区评价模型,进行了有利区评价,优选出青龙山—桃山区、马场区等7个煤层气有利区。

草酸不同添加方式对堆肥氮素损失控制效果研究

为探索草酸不同添加方式对堆肥过程氨气减排和氮素保留效果,以鸡粪、玉米秸秆和尾菜为发酵原料,采用条垛式堆肥进行25 d的发酵试验。草酸添加方式为初始一次性添加(EA1)和堆肥过程多次喷淋添加(EA2),添加量为0.15 mol·kg^(-1)(堆体鲜重)。结果表明:添加草酸在堆肥初期抑制了温度上升,但是增加了50℃以上高温天数。各处理氨气挥发速率均呈现先升后降的变化趋势,CK(不添加草酸)、EA1、EA2氨气累积挥发量分别为173.93、87.29、64.38 g·d^(-1)·m^(-2),与CK相比,EA1和EA2处理氨气累积挥发量减少49.81%和62.99%。堆肥过程中各处理全氮含量均呈现逐渐上升的变化趋势,有机碳含量均呈现逐渐下降的变化趋势;添加草酸提高了堆肥结束后全氮和有机碳含量,EA1和EA2处理的全氮含量比CK分别提高了12.96%和18.22%;有机碳含量比CK分别提高了6.04%和11.28%。堆肥结束后各处理粪大肠菌群数和蛔虫卵死亡率均达到《有机肥料》(NY/T 525—2021)相关要求。从堆肥氨气减排效率、氮和有机碳保留效果综合分析,草酸多次喷淋添加优于初始一次性添加。本结论可为堆肥高效氨减排技术提供参考。

新形势下中国煤层气勘探开发前景与对策思考

在国家要求天然气“增储上产”及煤层气产业整体处于“瓶颈”阶段的新形势下,分析煤层气勘探开发前景和对策意义重大。鉴于此,分析了国内外煤层气产业发展成功经验与失败教训,从影响我国煤层气产量增长方面探讨当前产业存在的若干问题,分析了未来中国煤层气持续发展的重要领域和方向。基于我国煤层气开发的特点和技术水平,结合煤层气储量和资源潜力,综合应用产量构成法、生命模型法和储产比控制法预测了我国煤层气产业发展潜力与前景。研究认为:我国煤层气产业持续发展存在诸多制约因素,主要包括:①后备区准备不足;②单井产量低,整体处于低效开发状态;③地质条件复杂,煤层气勘探开发技术难以复制;④对外合作项目进展缓慢,推动难度较大。同时认为,煤层气仍是我国当前较现实的非常规天然气资源,高产老区稳产上产、低产低效老区改造、低煤阶与构造复杂区效益开发、深部及煤系天然气综合开发是未来中国煤层气产量持续增长的方向,2035年我国煤层气地面井产量可达到150×10^(8)~250×10^(8)m^(3)。在此基础上,提出了我国煤层气产业发展5项对策建议:①加大勘探评价工作量,落实更多优质储量,夯实建产基础;②加强优质储量动用,持续开展增产改造试验,助力老区稳产上产;③加强科技攻关和煤层气开发示范试验,确保新建产区效益开发;④加强对外合作区项目监管,推动合作区快速建产;⑤加大财政补贴及税收优惠扶持力度。

准噶尔盆地东南部低煤阶煤层气富集条件及主控因素

准噶尔盆地煤层气资源丰富。其中,准东南地区煤层分布稳定,厚度大,埋深适中,含气性较好,是煤层气勘探有利区。然而,准东南地区近年来的煤层气勘探没有取得理想效果,对低煤阶煤层气富集主控因素认识不足是其主要原因之一。本文通过对煤层气地质特征和富集条件的分析,认为准南地区煤岩演化程度高,水文条件较好,有次生生物气及深部热解气的补充,气源充足,富集条件好;准东地区尽管煤层厚度大,但煤岩演化程度低,地下水矿化度高,不具备生物气补充条件,且缺乏区域盖层,富集条件较差,导致煤层含气量低。进一步分析认为,构造、水文和盖层是准南地区煤层气富集的主控因素,有利的构造部位控制着深部热解气源,水文地质条件控制着次生生物气的补给,盖层控制了煤层气的保存条件。

应用可见光光谱进行夏玉米氮营养诊断

传统的作物氮营养诊断需要大量的实验室分析和破坏性取样,时效性和便捷性不足。高光谱技术被逐渐应用到作物氮营养监测当中,但由于仪器昂贵并需要专业的软件进行处理,在一定程度上限制了这一技术的应用。文章通过田间试验研究了采用可见光光谱进行夏玉米氮营养诊断的可行性,并试图寻找适宜的表征作物氮营养的可见光光谱参数。研究结果表明,绿光值、蓝光值、红光标准化值、绿光标准化值和蓝光标准化值等多个图像参数均与夏玉米的植株全氮含量、叶片SPAD值有着显著的线性相关关系。在低施氮条件下,叶脉硝酸盐浓度低于2000 mg.L^-1时,绿光值、蓝光值、绿光标准化值和蓝光标准化值与叶脉硝酸盐浓度有着显著的线性相关关系。而在高施氮条件下,叶脉硝酸盐浓度高于2000 mg.L^-1时,随着叶脉硝酸盐浓度的升高,图像参数呈平台反应,不再增加。综合比较来说,以绿光标准化值和蓝光标准化值为最好,与各常规的氮营养诊断指标的相关系数介于0.45-0.66之间。

应用数字图像技术对有机肥施用后玉米氮营养诊断研究

目前常规的应用于玉米氮素营养诊断的方法需要大量的破坏性取样,并需要较长时间的室内测定,时效性和便捷性存在不足。该文设置了施用不同类型和用量的有机肥玉米盆栽试验,利用数码相机获取玉米十叶期冠层的数字图像,试图研究利用数码相机的可见光光谱进行施用有机肥后玉米氮营养诊断的可行性。研究结果表明,绿光值、红光值都与玉米叶片的SPAD值、地上部生物量和地上部吸氮量都有着显著或极显著的线性负相关关系;蓝光值则与上述玉米营养指标均没有达到显著相关。其中,绿光值与玉米叶片的SPAD值、地上部生物量和地上部吸氮量的相关系数在0.40~0.45之间;而红光值与玉米上述指标的相关系数则达到了0.45~0.53之间,高于绿光值与相应指标的相关系数。综合比较,利用可见光光谱形成的数字图像可以用来对施用有机肥后的玉米氮营养进行诊断,图像的红光值是较好的进行营养诊断的数字图像指标。

沼液滴灌技术的工艺探索与研究

本研究针对目前大中型沼气工程发酵残留物大部分没有利用,被随意排放到环境中,成为农村环境污染重要来源的现状,采用三级过滤相关工艺对沼液进行过滤,并达到120目滴灌要求,从而利用滴灌措施实现沼液的资源化循环利用。工艺中采用曝气和反冲洗等技术手段,实现沼液的无堵塞过滤。对过滤后的沼液进行了相关分析,研究发现,采用本项技术可以实现沼液与水的精确化配比,但沼液相比未过滤前的原液养分有3.4%～9.8%的损失,这可能和本项技术过滤掉了沼液中的悬浮物有关。通过沼液滴灌技术完善了以沼气为纽带的"养殖业-沼气-种植业"的循环农业发展模式,具有广阔的应用前景。

大宁—吉县煤区含煤岩系沉积环境分析及其对煤层气开发的意义

大宁—吉县地区的煤层气地质条件复杂,主要表现在3个方面:①山西组煤层厚度变化大,有明显的尖灭变薄现象;②与煤层气藏保存直接有关的煤层顶、底板的岩性与厚度有明显变化,造成控制煤层气富集与高产的因素组合关系复杂、煤层气藏类型较多和煤层气藏边界复杂;③水文地质条件多样。通过对含煤岩系沉积特征和古生物标志分析指出,该区含煤岩系是在稳定的地台构造背景上发育的一套海湾—潮坪—三角洲充填沉积,从不同沉积环境条件下形成的煤储层岩石物理的特征看,三角洲沉积环境条件下形成的煤储层渗透性比较好。

沼液叶面喷施对油菜产量、品质和氮素利用率的影响

为探讨沼液不同浓度的叶面喷施对油菜产量、品质和氮素利用效率(NUE)的影响,本研究通过调节沼液电导率设定了沼液低中高三个水平,并设有与高浓度沼液相同氮磷钾浓度的化肥处理(分为喷施和浇施),以及空白等共计7个处理。研究发现:适量叶面施用沼液能够大幅度的提高油菜产量,并与施用化肥处理没有显著性差异;产量最高处理为ZY中浓度处理,较不施用沼液的处理增加35.5%,而高浓度的沼液叶面喷施后引起了油菜烧苗,大幅度降低其油菜产量。沼液的叶面追施也提高了油菜叶片SPAD值,但各施肥处理间差异不显著。沼液的施用会增加其叶片硝酸盐含量,但远低于化肥的冲施处理。在氮素利用率方面,ZY低处理下氮素利用效率最高,达到33.3%,而最低的则为烧苗的ZY高处理,仅为11.0%。

二连盆地吉尔嘎朗图凹陷低煤阶煤层气富集模式

二连盆地为我国典型低煤阶褐煤分布区,煤层气资源丰富,但煤层气富集成藏机制认识不足制约了该区低煤阶煤层气的勘探开发。为此以二连盆地吉尔嘎朗图凹陷低煤阶煤层气为研究对象,从煤层分布、含气性、煤层气成因、生物成因气模拟实验、保存条件等方面研究了该区煤层气富集的主控因素,并指出了下一步的勘探方向。研究结果表明:(1)浅水湖盆聚煤环境下,凹陷中部—缓坡带厚煤层发育,厚煤层弥补了含气量的不足;(2)含煤段堆积过程中,浅水湖泊周期性出现使得煤层上覆泥岩周期性发育,盖层条件有利;(3)凹陷中部—缓坡带位于地下水承压区,水动力侧向封堵有利于煤层气富集;(4)研究区煤层气为生物成因,原位条件下煤样产气0.25 m L/g,现今仍有生物气生成。结论认为:(1)厚煤层发育区、具备生物气生成以及良好的封盖条件并处于水动力承压区为吉尔嘎朗图凹陷煤层气富集成藏的关键;(2)吉尔嘎朗图凹陷煤层气富集模式为生物气+承压水封堵煤层气富集,中部—缓坡带L12—S88井区为下一步煤层气建产的有利区。

煤系天然气的资源类型、形成分布与发展前景

煤系天然气是煤系中煤、炭质泥页岩和暗色泥页岩生成的天然气,是天然气工业中极其重要的组成部分,具有巨量的资源规模,包括连续型煤层气、页岩气、致密气和圈闭型煤系气藏等资源类型。通过梳理国内外煤系天然气勘探开发进展,重点论述了圣胡安、苏拉特、西西伯利亚、鄂尔多斯盆地煤系气的形成与分布特征,明确煤系天然气是天然气供应的重要战略领域,主要取得3项认识:①欧亚东西向聚煤带和北美南北向聚煤带是全球两个主要聚煤区,晚石炭世—二叠纪、侏罗纪和晚白垩世末期—新近纪是3个主要聚煤期;②"连续型"和"圈闭型"是煤系天然气的两种主要成藏模式,提出生气强度大于10×10~8 m^3/km^2是形成煤系大气田的基本条件,揭示中高阶煤层气向斜富集、低阶煤层气源盖配置的成藏规律;③预测全球煤系天然气剩余资源潜力巨大,源外煤系气仍集中分布在中亚—俄罗斯、美国、加拿大等国家或地区,源内煤层气集中分布在12个主要国家,预测中国2030年煤系天然气产量有望超过1 000×10~8 m^3,其中常规煤系气产量为(500～550)×10~8 m^3,煤系致密气产量为(400～450)×10~8 m^3,煤层气产量有望达到(150～200)×10~8 m^3。

中国天然气发展态势及战略预判

北美非常规天然气产量的增长改变了全球供给格局,使天然气供应总体宽松,贸易中心东移。在分析国内外能源发展态势的基础上,结合世界天然气大市场发展态势分析了中国天然气发展的大形势,多方位、多角度研判了中国天然气的发展状况:(1)天然气需求增长强劲,2050年需求量将达到6 500×10~8~7 000×10~8 m^3;(2)2030年天然气产量可能的高、中、低3种峰值情景分别为1 800×10~8 m^3、2 000×10~8 m^3、2 200×10~8 m^3;(3)陆上管道气极限供给能力在1 600×10~8 m^3左右;(4)LNG将成为填补天然气需求量缺口的主要途径;(5)在国产气、管道气峰值基本明确的前提下,未来LNG、储气库气将在我国整个天然气工业产业链中发挥极其重要的作用。进而从中国的基本国情出发,提出了对未来天然气发展战略的初步思考:(1)提速国内油气生产能力、管道输送能力、LNG与储油气库能力等"三个能力"建设;(2)在人工智能和大数据的基础上分析油气供给和消费特征,建立中国油气"安全消费峰值"预警体系;(3)从我国"富煤、贫油、少气"的能源资源国情出发,急速推进煤炭清洁化工业技术和新能源主体工业技术的提前突破;(4)把握国内外能源发展形势,全方位战略布局国家能源安全格局,加快煤炭、油气和新能源"三足鼎立"新时代的到来。

高煤阶煤层气藏储层应力敏感性研究

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2MPa增加到10MPa,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2MPa增大到3MPa,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。

不同煤阶煤层气选区评价参数的研究与应用

目前,国外煤层气开发主要以中低煤阶为主,而我国则以中高煤阶为主;不同煤阶具有不同的煤层气地质特点与选区评价标准。为此,通过对国内外重点煤层气盆地的煤层气评价参数对比研究,提出了不同煤阶的煤层气选区评价参数,包括:煤层气资源规模及丰度、煤层厚度、煤层含气量、煤层气吸附饱和度、煤层原始渗透率、有效地应力、地解比、构造发育状况及水文地质条件。在此基础上,通过对重点煤层气区的类比分析,初步建立了我国煤层气选区评价标准,并优选出煤层气有利富集区16个:其中Ⅰ类最有利富集区6个,包括沁水盆地南部、阜新盆地刘家区块、鄂尔多斯盆地东部、宁武盆地南部、准噶尔盆地东南部、二连盆地霍林河地区;Ⅱ类有利富集区4个,包括沁水盆地北部、鄂尔多斯盆地乌审旗地区、黔西盘关地区、川南古蔺—叙永地区;Ⅲ类较有利富集区6个。