不同粗糙度煤岩界面超低摩擦效应与声发射特征试验研究

为了揭示动载扰动作用下煤岩界面粗糙度对超低摩擦型冲击地压影响机制,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以沈阳红阳三矿1082 m采深煤岩体为研究对象,通过改变煤块与砂岩块体表面粗糙度来模拟煤岩界面不同粗糙特性,以粗糙度系数表征煤岩界面粗糙程度,工作块体水平位移表征冲击过程中超低摩擦效应强度,声发射能量为工作块体摩擦滑动过程中的信号参数,进行应力波扰动下不同粗糙度煤岩界面超低摩擦试验.研究结果表明:(1)超低摩擦滑动过程中,工作块体水平位移、声发射能量计数以及累计能量曲线呈现出孕育阶段、激发阶段、稳定阶段变化特征;(2)煤岩界面粗糙度越小,工作块体水平位移和声发射能量峰值越大,煤岩界面越易发生超低摩擦效应;(3)不同煤岩界面粗糙度下,相比于其他扰动频率, 2 Hz时更易发生超低摩擦效应;(4)给出了声发射能量峰值与煤岩界面粗糙度系数对应关系.声发射能量峰值可以有效表征超低摩擦效应强度,可以用声发射能量峰值预测超低摩擦效应强度.

鄂尔多斯盆地煤岩气富集条件及资源潜力

通过对鄂尔多斯盆地深部煤层的沉积环境、分布特征、煤岩性质、储层特征、含气性特征以及聚散组合等方面开展系统研究,以揭示该盆地煤岩气富集条件,评价其资源潜力。研究表明:①鄂尔多斯盆地石炭系—二叠系广泛发育厚层煤层,主力煤层二叠系山西组5^(#)、石炭系本溪组8^(#)煤生烃能力强,热演化程度高,为煤岩气形成奠定了丰富的资源基础;②深部煤岩储集物性好,孔渗条件佳,5^(#)、8^(#)煤平均孔隙度为4.1%和6.4%,平均渗透率分别为8.7×10^(-3)μm^(2)和15.7×10^(-3)μm^(2);煤岩中割理和裂隙发育,与微孔共同构成主要的储集空间,且随着演化程度增高,微孔体积呈增大趋势;割理和裂隙的发育程度对渗透率影响较大;③煤岩储层与工业分析的成分在纵向上存在较为明显的非均质性分布,与下段相比,中上段受灰分充填影响较小的光亮煤,其孔隙和裂隙更为发育,为优质储层发育层段;④鄂尔多斯盆地深部煤岩含气性好,含气量为7.5×20.0 m^(3)/t,煤岩气中游离气占比明显高于浅层煤层气,游离气占比为11.0%~55.1%,超过10%;深部煤岩中游离气富集程度主要受控于宏孔和微裂缝的数量;⑤煤岩压力测试分析表明,煤灰、煤泥聚散组合封盖性好,泥岩/灰岩(顶板)-煤层-泥岩(底板)的成藏组合条件下,煤岩气测值总体较高;⑥通过体积法对鄂尔多斯盆地煤岩气资源量进行了初步评价,估算结果为22.38´1012 m3,并优选了鄂尔多斯盆地煤岩气主要有利区。研究认为,鄂尔多斯盆地中东部的乌审旗、横山—绥德、延安、子长以及宜川地区是8^(#)煤层煤岩气有利勘探区,盆地中东部的临县西、米脂、宜川—黄陵、榆林以及乌审旗—横山地区是5^(#)煤层煤岩气有利勘探区,有望形成新的天然气规模储量、产量增长区。

鄂尔多斯盆地上古生界煤岩气成藏地质条件及勘探方向

为了进一步提高鄂尔多斯盆地煤岩气勘探开发效益,综合钻井、录井和分析测试等资料,从盆地尺度上系统地研究了上古生界煤系地层聚煤环境、煤质特征、储层物性和含气性,分析了盆地煤岩气成藏条件,总结了煤岩气勘探开发关键技术,评估了盆地煤岩气资源,并指出了煤岩气的勘探方向。研究结果表明:①盆地石炭纪本溪期海陆交互相沉积与二叠纪山西期陆相三角洲沉积发育形成广泛分布的煤岩,热演化程度较高,镜质组含量高,生烃规模大。②盆地深层煤质优良,以光亮煤和半亮煤为主,煤体结构良好,以原生结构煤为主,固定碳含量高,挥发分和灰分产率低。③煤岩储层发育储集空间包括气孔、植物组织孔和无机矿物质孔,割理和裂隙发育,平均孔隙度为4.80%,平均渗透率为2.35 mD,属于致密储层;煤岩平均含气量为22.53 m^(3)/t,其中游离气平均含量为5.65 m^(3)/t,占总含气量的25.08%。④煤岩与上覆不同岩性形成了煤岩-泥岩、煤岩-石灰岩和煤岩-砂岩3种储盖组合,控制了游离气富集分布,提出了“源储一体、持续生烃、盖层封堵”的煤岩气成藏模式。⑤在煤岩气勘探实践中形成了地震地质综合建模、水平井钻完井、压裂改造和限压排采等一系列配套工程技术。⑥盆地本溪组8号煤岩和山西组5号煤岩埋深1500 m以深煤岩叠合总面积16.70×104 km^(2),估算煤岩气总资源量23.47×10^(12) m^(3)。其中8号煤岩分布面积10.63×104 km^(2),煤岩气资源量17.43×10^(12) m^(3);5号煤岩分布面积6.06×104 km^(2),煤岩气资源量6.04×10^(12) m^(3)。结论认为:①鄂尔多斯盆地煤岩气地质条件优越,资源潜力巨大,勘探配套技术已基本形成,煤岩气勘探开发前景良好;②神木周边、榆林周边、乌审旗周边、米脂北、佳县、绥德、吴堡、大宁-吉县等区带8号煤岩,神木-伊金霍洛旗、榆林-佳县、乌审旗北、横山-子洲等区带5号煤岩是近期煤岩气的重点勘探方向。

鄂尔多斯盆地中东部地区石炭系本溪组煤岩气储层特征

近年来,鄂尔多斯盆地多口风险探井在石炭系本溪组煤岩中获得工业气流,展示出该盆地煤岩气良好的勘探前景,但关于该盆地煤岩气储层特征的研究较少,煤岩气储层分布规律认识不清,制约了下一步勘探部署。为此,以本溪组8号煤为例,综合岩心、扫描电镜及物性等分析化验资料,对盆地深层煤岩的宏观煤岩类型、显微组分、煤质特征、孔-裂隙发育特征、物性特征和甲烷吸附能力等储层特征开展了系统研究,建立煤岩气储层评价标准,并预测了煤岩气的有利分布区。研究结果表明:①8号煤以原生结构的光亮煤、半亮煤为主,显微组分中镜质组含量高,灰分平均值为17.77%,镜质体最大反射率为1.08%~2.23%,以肥煤-贫煤为主。②8号煤储集类型以胞腔孔、气孔和裂隙为主,其中裂隙包括宏观割理和微裂隙;孔裂隙体积分布以“U”字形结构为主,微孔贡献最大,其次为微裂隙;比表面积分布呈“L”字形,呈现出微孔单峰。③8号煤氦气法孔隙度平均值为6.25%,渗透率平均值为4.21 mD,煤岩在地层状态下具有良好的渗透性。④8号煤空气干燥基兰氏体积为7.79~26.08 m^(3)/t,平均值为18.60 m^(3)/t,兰氏压力为2.03~4.17 MPa,平均值为3.12 MPa,煤岩吸附能力与灰分含量呈负相关性,与成熟度呈正相关性。结论认为,鄂尔多斯盆地本溪组8号煤发育2类有利区,其中横山-米脂-绥德一带为Ⅰ类有利区,面积约11200 km^(2);乌审旗西和榆林北为Ⅱ类有利区,面积约13300 km^(2),2类有利区资源量超过4.5×10^(12) m^(3),可形成煤岩气规模增储上产的现实领域。

煤的冲击倾向性对深部煤岩界面超低摩擦效应影响研究

为了揭示动载扰动下煤的冲击倾向性对超低摩擦型冲击地压的影响机制,以不同冲击倾向性煤块为研究对象,首先通过单轴压缩试验测定了煤样冲击倾向性,然后采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以煤块滑动位移、动能表征冲击过程中超低摩擦效应强度,开展了应力波扰动下不同冲击倾向性煤块超低摩擦试验。研究结果表明:(1)超低摩擦效应强度受扰动频率影响存在频率显著影响区,强、弱、无冲击倾向性煤块频率显著影响区分别为2.5~3.5 Hz、2.0~3.0 Hz、1.5~2.5 Hz,频率显著影响区内煤岩界面更易发生超低摩擦效应。随着煤块冲击倾向性增强,频率显著影响区域整体右移。(2)超低摩擦效应强度与扰动幅值正相关,在高强度扰动下强冲击倾向性煤更易发生超低摩擦效应。(3)建立了有效弹性能释放速率指数与动能之间的拟合函数关系式,实现了用煤的冲击倾向性指标综合评价超低摩擦效应强度。

煤岩组合体冲击倾向性对超低摩擦型冲击地压的影响机制

为揭示煤岩组合体冲击倾向性程度对超低摩擦型冲击地压的影响机制,以不同冲击倾向性煤岩组合体为研究对象,在对煤岩组合试件进行冲击倾向性测定的基础上,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以发生超低摩擦效应时的水平位移、动能、摩擦力为指标,探究煤岩组合体冲击倾向性与垂直应力波扰动频率、扰动振幅之间的关系特征。研究结果表明:(1)受扰动频率影响,弱、强冲击倾向煤岩组合体易发生超低摩擦效应的频率显著影响区分别为2.0~3.0,2.5~3.5 Hz,且随着冲击倾向性程度的增强,频率显著影响区逐渐右移。(2)相比于弱冲击倾向性煤岩组合体,强冲击倾向性煤岩组合体发生超低摩擦效应时水平位移、动能和摩擦力降幅较大,煤块易发生超低摩擦滑动。(3)随着煤岩组合体剩余能量指数的增大,冲击倾向性程度逐渐增强,动能呈指数规律增大,煤块越易发生超低摩擦滑动。研究结果可为超低摩擦型冲击地压的预测和防治提供参考。

基于机器视觉的煤尘环境下掘进空间煤岩界面感知与精准识别

巷道掘进过程中煤岩识别技术是掘进机截割头自动调整的核心,同样是制约矿山智能化建设的关键难题之一。针对当前采掘失衡,掘进工作面缺乏成熟有效的煤岩识别方案,现有基于图像的煤岩识别模型存在分割精度差、无法灵活部署等问题,提出一种应用在掘进工作面下基于图像分割的煤岩截割界面感知与精准识别方法。该方法结合掘进工作面实际截割情况,采用Mobile-NetV2特征提取网络作为DeepLabV3+的主干网络,使模型更好地兼顾分割精度和模型复杂度;将空洞空间卷积池化金字塔模块输出的高级特征进行通道注意力(SE)操作,分配通道权重以强化对重点特征信息的训练;在主干网络输出的浅层特征引入通道空间注意力(CA)机制,使浅层特征图中的低级表征信息加权,从而设计出融合双注意力机制于DeepLabV3+的煤岩截割界面识别模型。同时搭建煤尘环境下煤岩识别实验平台模拟掘进机截割后形成的煤岩截割面,研发巷道掘进过程中煤岩截割界面采集方法,并以实际矿井的掘进工作面为工程背景,验证该煤岩识别模型的分割精度以及实际应用性。研究结果表明:SE-CA-DeepLabV3+模型的平均交并比和平均像素精度分别为97.15%和98.51%,相较于其他模型具有更优的分割性能。将所建立模型对来自陕北试验矿井掘进工作面的原始煤岩图像进行验证,平均误差为0.7%,每秒传输帧数为43 fps,满足井下现场应用部署条件。

鄂尔多斯盆地石炭系本溪组煤岩气地质特征与勘探突破

通过对鄂尔多斯盆地石炭系本溪组煤岩分布、煤岩储层特征、煤质特征、煤岩气特征以及煤岩气资源和富集规律等方面开展系统研究,评价其勘探潜力。研究表明:①煤岩气是有别于煤层气的优质天然气资源,在埋深、气源、储层、含气性、碳同位素组成等方面具有独特特征;②本溪组煤岩分布面积达16×10^(4)km^(2),厚度2~25m,以原生结构的光亮和半亮煤为主,挥发分和灰分含量低,煤质好;③中高阶煤岩TOC值为33.49%~86.11%,平均值为75.16%,演化程度高(Ro为1.2%~2.8%),生气能力强,气体稳定碳同位素值高(δ^(13)C_(1)值为-37.6‰~-16.0‰,δ^(13)C_(2)值为-21.7‰~-14.3‰);④深层煤岩发育气孔、有机质孔和无机矿物孔等基质孔隙,与割理、裂缝共同构成良好储集空间,储层孔隙度为0.54%~10.67%,平均值为5.42%,渗透率为(0.001~14.600)×10^(-3)μm^(2),平均值为2.32×10^(-3)μm^(2);⑤纵向上发育5种煤岩气聚散组合,其中煤岩-泥岩聚气组合与煤岩-灰岩聚气组合最为重要,封闭条件好,录井全烃气测峰值高;⑥构建了广覆式分布的中高阶煤岩持续生气、煤岩基质孔和割理裂缝规模储集、源-储一体赋存、致密岩盖层密闭封堵的煤岩气富集模式,存在煤岩侧向尖灭体、透镜体、低幅度构造、鼻状构造和岩性自封闭5种高效聚气类型。⑦依据煤岩气地质特征评价划分出8个区带,估算埋深超过2000m的煤岩气资源量超过12.33×10^(12)m^(3)。上述认识指导风险勘探部署,两口井实施后分别获得工业气流,推动进一步部署预探井和评价井,获得规模突破,提交超万亿方预测储量和超千亿方探明储量,对中国天然气效益增储和高效开发具有重大意义。

煤岩气:概念、内涵与分类标准

近年来,准噶尔、鄂尔多斯等盆地深层煤岩储层中的天然气勘探开发取得重大突破。针对目前工业界和学术界对这种新类型非常规天然气表述不一致的现状,在前人研究的基础上定义了“煤岩气”概念,并系统对比剖析其赋存状态、运储形式、差异聚集和开发规律。在地质上,煤岩气不同于传统意义上的煤层气,具有游离气与吸附气并存、富含游离气,自生自储-微距运移并可有他源的聚集,煤岩割理裂缝发育、游离气差异富集等特点,埋深超过2000m的深层煤岩气具有“高压力、高温度、高含气、高饱和、高游离”的“5高”地质特征;在开发上,与页岩气、致密气特征相似,人工改善储层连通性后,无需排水降压,高势能游离气弹性驱动产出、压降后吸附气解吸接替,可依靠地层自然能量开采,游离气与吸附气连续接力长周期产气。按照埋深、煤阶、压力系数、储量规模、储量丰度和气井产量等,提出了煤岩气的分类标准和资源/储量估算方法。初步估算埋深超过2 000 m的中国煤岩气地质资源量超过30×1012m3,是国家重要的战略资源。提出鄂尔多斯、四川、准噶尔和渤海湾等盆地是煤岩气的规模富集有利区,梳理了技术与管理挑战并指出攻关方向,为中国煤岩气管理与勘探开发奠定理论、评价和生产实践基础。

大断面半煤岩巷道变形破坏机理研究及控制技术

针对大断面半煤岩巷道围岩变形控制难题,以小保当煤矿一号井大断面半煤岩巷道为研究背景,测试了巷道围岩岩层分布、围岩地应力分布及裂隙发育,分析了巷道围岩的变形破坏演化特征。通过实验室试验以及数值模拟分析了半煤岩组合体力学性能及其变形破坏形态,揭示了强度较低的煤体最先在煤岩交界面发生破裂、滑移,变形不断向深部延伸,随着煤岩体完整性及强度的持续弱化,造成巷帮由下而上的非均匀渐进性失稳破坏,揭示了提高大断面半煤岩巷道围岩稳定性的关键在于控制煤岩交界面非协调变形。基于此提出了采用高预应力锚杆支护与薄弱区域加强支护的变形控制思路,制定了小保当一号井大断面巷道半煤岩巷道围岩变形控制方案,并开展了井下工业试验,取得了较好的应用效果,在监测期内巷道顶板的位移量为28 mm,两帮的位移量为80 mm,底板的位移量为43 mm,随后围岩变形趋于稳定,巷帮煤岩交界处的变形控制效果显著,表明采用该方案可有效控制大断面半煤岩巷围岩变形。

神府烟煤及其煤岩组分制备氧化石墨烯的组成、结构演变

以煤为原料制备石墨烯是一种非常有前景的煤炭材料化、高值化利用途径。针对煤岩组分的组成、结构差异,探明煤岩组分在制备氧化石墨烯过程中的演变规律,是开发煤基石墨烯制备技术的理论基础。利用重选法富集低变质神府煤中镜质组和惰质组,并将富集煤岩组分通过高温石墨化得到石墨化碳,以石墨化碳为前驱体通过改良的Hummers氧化法制备煤基氧化石墨烯。利用元素分析、红外光谱、X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜、透射电镜以及原子力显微镜等研究煤及其煤岩组分在制备氧化石墨烯过程中的组成和结构演变规律。结果表明炭化处理使煤有机大分子结构向无定形碳结构转变,高温石墨化使煤有机大分子结构向石墨碳结构转变;惰质组呈片状结构且分子结构中芳香结构单元较多导致石墨化碳微晶尺寸较大,高温石墨化处理后其拉曼光谱的(A_(D1)/A_(G))值为0.382,镜质组高温石墨化处理后的(A_(D1)/A_(G))值为0.686,原煤高温石墨化处理后的(A_(D1)/A_(G))值为0.864;利用富惰质组得到的石墨化碳制备氧化石墨烯厚度尺寸约5 nm;而镜质组的石墨化碳中石墨微晶结构较小,得到的氧化石墨烯尺寸较小,且氧化石墨烯平均厚度超过10 nm;原煤中由于石墨化过程形成棒状结构,较难形成有序片层结构,氧化剥离也难以得到氧化石墨烯。

基于改进U-net的少样本煤岩界面图像分割方法

煤岩图像语义分割技术是煤岩界面识别的重要研究方向,现有的语义分割模型通常依赖于大样本数据集进行训练,然而目前已标注的煤岩图像数据样本难以获取,并且缺乏公开数据集。针对以上问题,提出了一种基于改进U-net模型的样本煤岩界面图像分割模型。将裁剪后具有更强特征提取能力且结构上更为简单的VGG16替换U-net的原始骨干特征提取网络,提升对图像信息的特征提取能力并获得更快的训练速度,在U-net网络的跳跃连接和解码器上采样部分引入注意力机制模块,对提取的特征层进行处理,提升模型对煤岩界面图像关键特征的提取能力,提高分割精度。使用迁移学习方法对改进的模型进行预训练,提高模型泛化能力同时避免过拟合,使模型更适用于小样本数据集训练。通过使用自制的煤岩界面数据集对所改进的网络模型性能进行验证,并将该模型与经典Unet、DeepLabv3+、PspNet、HrNet网络模型进行了对比。试验结果表明:在同样使用由125幅煤岩界面图片构建的小样本数据集进行训练的情况下,所提改进模型相较于经典U-net模型在分割精确度和检测效率方面都有显著提升,模型精确度提高了1.84%,平均交并比提高了5.34%,类别平均像素准确率提高了0.48%,检测速度增幅为5.3%。同时,与其他网络模型相比,所提改进模型在小样本煤岩界面图像的语义分割中优势显著,表明所提改进思路的有效性。

鄂尔多斯盆地深层煤岩气水平井安全钻井技术

鄂尔多斯盆地苏里格区块本溪组8#煤层夹矸发育,使煤层结构复杂化,给煤岩气水平井安全钻进带来很大困难。对比施工情况,通过地质导向避免进入夹矸,以及研究在夹矸中安全钻进是煤岩气水平井安全施工必须攻克的难题。在分析煤矸石特性的基础上,梳理水平段钻遇煤矸石的难点,综合考虑物理防塌和化学抑制等因素,结合工程技术措施,给出钻遇煤矸石的针对性措施及建议,为煤岩气水平井安全高效施工提供参考。

黄骅坳陷上古生界煤岩气成藏条件与勘探方向

黄骅坳陷上古生界太原组—山西组煤层分布广、厚度大、埋藏深,具备煤岩气勘探条件,但勘探亟待明确主力煤层分布、顶板封挡性、煤层含气性与资源规模等地质问题。文章基于坳陷内40余口煤层钻遇井钻井、测井、录井及地球化学资料,进行了煤层分布、太原组煤岩气形成条件、含气性及资源量等前期评价。研究认为:黄骅坳陷太原组—山西组煤层发育孔店—关家堡、泊头—盐山地区南北两个聚煤区,主体埋深为1500~4500m,“煤薄层多”,单层厚度为0.5~6.2m,大多为1~3m,累计厚度可达32.7m;受深埋和火山活动的热作用,太原组煤岩镜质组反射率R_(o)普遍大于0.85%,处于中等热演化阶段;研究区内煤岩与顶板岩层具有煤—泥、煤—灰、煤—砂3种储盖组合类型,其中广泛发育的煤—泥储盖类型,封挡条件较好;利用测井参数多元回归分析等方法,预测太原组Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ组煤层含气量分布,初步计算太原组煤岩气资源量超1.1×10^(12)m^(3)。优选乌马营地区王官屯斜坡为突破方向,探索煤岩气“常非储层共生、吸附气和游离气共存”成藏模式。

基于机器学习的煤岩破裂诱发电磁辐射信号智能辨识研究

电磁辐射作为一种有效监测技术已应用于冲击地压、煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害监测预警,但因电磁信号产生机制复杂,易受井下环境干扰(干扰信号)而影响灾害危险监测预警准确性。准确辨识煤岩破裂诱发的电磁辐射信号(有效信号)是该技术应用推广的关键。开展了煤岩单轴压缩电磁辐射监测实验,分析了电磁辐射有效信号和干扰信号时域、频域及分形特征差异性,分别利用线性判别法、支持向量机和集成学习法等机器学习算法建立了电磁辐射有效信号和干扰信号智能辨识模型,并对比分析了不同模型的识别精度。结果表明:分形盒维数、平均频率、计数和峰值频率特征对电磁辐射有效信号和干扰信号区分较明显,单一特征识别准确率均在70%以上;信号特征集和机器学习算法对有效信号和干扰信号识别准确率均有影响,基于全部特征集的集成学习法识别准确率最高,对2类信号的平均识别准确率为94.5%,能够满足电磁辐射监测预警应用需求。

准噶尔盆地侏罗系煤岩气成藏条件及勘探潜力

准噶尔盆地侏罗系西山窑组、八道湾组两套煤层广覆式分布,煤系地层气资源十分丰富。但作为一个全新的天然气领域,盆地煤岩气基础研究薄弱、成藏特征、富集规律及资源规模不清。为探索深部煤岩的含气性,2020年钻探风险探井CT1H井,测试获最高日产气5.7×10^(4)m^(3),试采日产气量稳定在2×10^(4)m^(3),证实煤岩气领域具备高产稳产能力。通过对深部煤岩岩石学特征、煤岩储集性能、演化特征、煤岩气成藏控制因素等系统研究,明确了盆地煤岩演化程度低,属于中—低阶煤,西山窑组煤岩以中—大孔为主,八道湾组煤岩以微—小孔为主;构建了盆地煤岩气古生中储与自生自储两类成藏模式;结合烃源岩、构造、煤岩储层特征及气测异常响应等多种控藏因素对盆地煤岩气潜在领域进行了分类评价,优选了滴南—白家海、齐古两大煤岩气勘探有利区,计算二者2000~4000m埋深煤岩气资源量超万亿立方米。

吐哈盆地台北凹陷中侏罗统西山窑组深层煤岩气地质特征与勘探潜力

深层煤岩气是吐哈盆地油气勘探的新领域,但研究程度相对较低。基于煤岩测试与基础资料,系统研究了吐哈盆地台北凹陷中侏罗统西山窑组煤层分布、煤岩煤质、储层物性、宏微观煤岩、煤储层气源及煤岩等温吸附特征,揭示了煤岩储层含气性及其影响因素,提出了深层煤岩气形成富集条件,建立了深层煤岩气富集成藏模式,预测了台北凹陷煤岩气勘探潜力。结果表明:(1)台北凹陷深层侏罗系西山窑组煤层分布广、厚度大,为中低阶、原生结构、割理发育的低灰、低水、富镜质组煤层;(2)煤储层孔渗较高且受埋深影响不明显,煤层段气测异常普遍且储层吸附性能中等—好,具有游离气与吸附气共存、试采快速见气、气组分齐全等特征;(3)台北凹陷煤岩气的油气供给充注,可以形成正向构造带“调整型”和斜坡及洼陷区“自生自储型”两种成藏模式;(4)台北凹陷煤岩气资源丰富,西山窑组主煤层煤岩气资源量近3×10^(12)m^(3)。根据煤岩气资源丰度、煤层厚度、含气量、保存条件等综合评价优选出温吉桑构造带、小草湖南斜坡为深层煤岩气勘探有利目标区。

徐家围子断陷沙河子组煤岩气成藏条件及突破方向

为明确徐家围子断陷煤岩气勘探有利区,综合地震、岩心和地球化学等多种资料,系统分析了煤岩气成因、烃源岩类型、储层特征和储盖组合等有利成藏条件。结果表明:(1)沙河子组1号、2号煤层是形成于三角洲前缘和滨浅湖沼泽环境的稳定煤岩,煤岩厚度为3~10m,TOC平均约为29.65%,正处于高—过成熟阶段;(2)沙河子组煤层气以甲烷为主,为自生自储的高—过成熟煤型气;(3)煤岩储集空间类型多样,以张性微裂隙、原生植物组织孔、气孔和矿物质孔为主,孔隙度和渗透率分别平均为4.74%和4.42mD,是深层有利储层;(4)沙河子组顶部发育泥岩、泥质粉砂岩2种盖层和3种储盖组合,顶底泥岩型和顶泥底砂型储盖组合封闭性高,与煤层内广泛分布的超压封存箱一起,为煤岩气的保存创造了有利条件;(5)在煤层气藏地质特征研究基础上,通过生烃模拟估算研究区各生烃洼槽的资源量,并结合煤岩厚度、埋藏深度、成熟度等多种参数,优选宋站洼槽1号煤层和徐西洼槽2号煤层2个有利区,泥质盖层厚度大于5m的区域为近期煤层气勘探突破方向。

鄂尔多斯盆地中东部二叠系山西组深层煤岩地球化学特征及成煤环境

鄂尔多斯盆地蕴含丰富的煤岩气资源,展现出了巨大的煤岩气勘探开发潜力,煤岩的地球化学特征及其指示的沉积条件、古气候信息可以为煤岩气的形成及有利区优选提供重要依据。为了探究鄂尔多斯盆地中东部二叠系山西组5号煤岩地球化学特征及煤岩发育控制因素,在钻井岩心观察、采样的基础上对5号煤岩进行了煤工业组分及全硫含量、镜质体随机反射率(R_(o))和主微量的测试分析,并揭示了煤岩的成煤环境。研究结果表明:①5号煤岩类型以光亮煤、半亮煤为主,灰分含量为6.04%~29.00%,平均为17.23%,挥发分含量为12.21%~35.05%,平均为21.61%,水分含量为0.49%~0.78%,平均为0.63%,全硫含量为0.10%~1.49%,平均为0.53%,Ro为1.75%~1.84%,平均为1.79%;②主元素化合物以SiO_(2)和Al_(2)O_(3)为主,微量元素以Sr、Ba,稀土元素以Ce为主,含量整体较高,稀土元素以轻稀土元素富集为主,上地壳分配模式曲线具有Eu负异常特征,表明5号煤岩聚煤过程中未受到深部热液影响;③结合m_(Sr)/m_(Ba)、GI^(*)、m^(Sr)/m^(Cu)及分布特征分析,表明5号煤岩主要形成于三角洲前缘低位沼泽相和三角洲平原潮湿森林沼泽相,整体以咸水、温湿的还原环境水体为主,且沉积水体北部偏酸性,南部偏碱性,5号煤岩的聚煤过程整体受到海侵作用控制。结论认为,研究成果深化了鄂尔多斯盆地中东部山西组5号煤岩地球化学特征及煤岩发育控制因素的认识,为深层煤岩气的勘探开发提供理论依据。

应力扰动路径对煤岩力学性能的影响试验研究

在利用废弃矿井抽水蓄能过程中,煤柱不仅受到单调荷载的影响,而且会遭受频繁的应力扰动。以陕西省河畔煤矿煤岩为研究对象,研究了单调荷载(路径1)、多级等幅循环荷载(路径2)、多级增幅循环荷载(路径3)影响下试样的强度、变形特征以及破坏模式。试验结果表明:循环荷载作用下,试样的应力-应变曲线形成了明显的滞回环,且随着应力水平增加,滞回环面积显著增加;与轴向应变相比,环向应变对应力路径的敏感性更强;单调荷载作用下煤样的峰值强度和峰值应变最大,多级循环荷载作用下试样的强度和峰值轴向应变分别降低了22.12%、18.35%(路径2)、5.30%、10.34%(路径3);应力路径2作用下的试样割线模量明显高于其他应力路径;应力路径对试样宏观破坏模式的影响甚微,但多级循环荷载使得试样表面裂纹数量和尺寸变大。