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论煤地质学与碳中和 被引量:42
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作者 桑树勋 王冉 +3 位作者 周效志 黄华州 刘世奇 韩思杰 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期1-11,共11页
煤基碳排放构成了中国碳排放总量中最重要的部分,做好煤基碳减排和煤炭高效洁净低碳化利用是实现“碳中和”国家目标的重要途径,碳中和背景下的煤地质学发展值得关注。系统评述与碳中和相关的煤地质学研究领域,分析煤地质学在碳中和研... 煤基碳排放构成了中国碳排放总量中最重要的部分,做好煤基碳减排和煤炭高效洁净低碳化利用是实现“碳中和”国家目标的重要途径,碳中和背景下的煤地质学发展值得关注。系统评述与碳中和相关的煤地质学研究领域,分析煤地质学在碳中和研究与工程实践中的作用和应用前景,探讨碳中和背景下煤地质学的重要发展方向。取得以下认识:推进清洁煤地质研究、服务煤的高效洁净化燃烧,勘探开发煤系天然气低碳燃料、优化一次能源结构和化石能源结构,开展煤化工资源勘查与开发地质保障研究、推动煤炭的低碳能源转化和新型煤化工产业发展,深化瓦斯地质研究、提高煤矿瓦斯(井下)抽采率、控制煤矿瓦斯的大气排放和泄漏,研究煤层甲烷天然逸散和煤层自燃排放、控制煤层露头的天然排放,发展煤层CO_(2)地质封存与煤层气强化开发(CO_(2)-ECBM)技术、推动碳捕获、利用与封存(CCUS)技术发展及其在火力电厂烟气碳减排中的商业化应用,研究煤炭勘查企业的碳足迹、实现企业净零排放,是与煤地质学紧密相关的碳减排技术路径;其中煤层甲烷与煤系气高效勘探开发、深部煤层CO_(2)-ECBM、煤层露头气体逸散与自燃发火控制、洁净煤地质与煤炭精细勘查是碳中和背景下煤地质学优先发展的重要领域。 展开更多
关键词 煤地质学 碳减排 煤层甲烷利用 煤层CO_(2)封存 煤层自燃 煤高效洁净利用
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应力释放构造煤煤层气开发理论与关键技术研究进展 被引量:40
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作者 桑树勋 周效志 +12 位作者 刘世奇 王海文 曹丽文 刘会虎 李自成 朱术云 刘长江 黄华州 徐宏杰 王冉 贾金龙 ASHUTOSH Tripathy 韩思杰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期2531-2543,共13页
构造煤煤层气高效开发是我国煤层气资源禀赋的选择,构造煤储层与煤层气赋存特征决定了疏水降压煤层气开发理论技术不再适合构造煤储层,应力释放(原位)煤层气开发理论技术是新的技术方向,有望将构造煤煤储层从煤层气开发禁区变为新领域,... 构造煤煤层气高效开发是我国煤层气资源禀赋的选择,构造煤储层与煤层气赋存特征决定了疏水降压煤层气开发理论技术不再适合构造煤储层,应力释放(原位)煤层气开发理论技术是新的技术方向,有望将构造煤煤储层从煤层气开发禁区变为新领域,同时也有望成为煤矿煤与瓦斯突出治理、煤矿区甲烷温室气体减排的治本之策。依托国家重大科研仪器研制项目,以应力释放构造煤煤层气开发关键实验平台和工程装备原理机为基本定位,以开发理论创新、技术原理探索为先导,以装置、装备及其工艺技术为研究核心,应力释放构造煤煤层气开发理论技术研究取得重要和实质性进展。探索构建了应力释放煤层气开发理论技术基础,阐明了水平井造洞穴应力释放构造煤原位煤层气开发的工程原理。水平井造洞穴应力释放构造煤原位煤层气开发模拟试验系统已完成设计进入加工阶段,系列配套基础实验取得了重要数据;探索建立了构造煤储层应力释放与煤层气解吸扩散关系模型;揭示了应力释放构造煤煤层气开发煤储层渗透率变化规律。研发形成了构造煤储层大口径水平井双向往复式钻进+多级扩孔+复杂循环钻井液成井、水平井泵注+喷射诱导控制造洞穴应力释放与储层激励、气/水/高浓度煤粉混合物直井射流泵+配套井底装置组合高效举升、产出物地面高效重力分离+回收+水循环、煤层气应力释放开发装置(装备)数据采集和控制系统等应力释放构造煤煤层气开发关键技术。 展开更多
关键词 构造煤 原位煤层气 应力释放开发 煤与瓦斯突出
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岩石力学地层理论方法及其煤系气高效勘探开发应用基础述评 被引量:10
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作者 桑树勋 周效志 +10 位作者 刘世奇 黄华州 王冉 韩思杰 王建国 潘冬明 张志镇 汪吉林 陈同俊 赵立明 郑司建 《地质学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期304-316,共13页
煤系气高效勘探开发是当前中国煤地质与非常规油气地质研究关注焦点,"岩石力学地层与非常规油气"是当前非常规油气勘探开发国际前沿研究领域,煤系岩石力学地层与煤系气研究具有理论和实际意义。本文综述了岩石力学地层经典学... 煤系气高效勘探开发是当前中国煤地质与非常规油气地质研究关注焦点,"岩石力学地层与非常规油气"是当前非常规油气勘探开发国际前沿研究领域,煤系岩石力学地层与煤系气研究具有理论和实际意义。本文综述了岩石力学地层经典学术思想和新学术思想,评述了岩石力学地层理论方法及其非常规油气勘探开发现状进展,分析了煤系岩石力学地层理论方法构建的基础和条件,展望了岩石力学地层理论方法应用于煤系气高效勘探开发的前景。研究表明:煤系气共储共采与高效开发机理是制约煤系气高效勘探开发的关键科学问题,岩石力学地层具有有机衔接非常规油气地质与储层工程理论的天然属性和优势,有望成为破解关键科学问题的地质理论技术利器;岩石力学地层经典学术思想核心内涵为沉积地层及其岩石力学特征控制岩层天然裂隙为主的构造发育规律,新学术思想凝练为沉积岩(地)层既控制致密储层天然裂隙发育和非常规油气成藏,又控制致密储层人工诱导裂隙发育和非常规油气开发;聚焦煤系岩石力学地层的独特性及其与煤系气成藏、开发的响应关系,揭示煤系气共储共采岩石力学地层控制机理,创新和构建煤系气勘探开发的岩石力学地层理论方法体系,成为煤系岩石力学地层研究的目标任务;以典型煤系含煤段煤系叠合型气藏为示例,构建和应用煤系岩石力学地层模型,开展煤系气甜点预测、产层优选、开发工艺优化,是我国煤系气(含煤段)高效勘探开发实践当前急需。 展开更多
关键词 岩石力学地层 裂隙 模型与模拟 煤系气 勘探开发
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煤层群煤系多套含气系统特征及其合采效果——以铁法盆地阜新组为例 被引量:5
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作者 黄华州 桑树勋 +4 位作者 毕彩芹 胡硕 孙元涛 周文兵 张化军 《沉积学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期645-655,共11页
煤系含气系统特征影响了煤层气井多产层合采的工程效果。基于铁法盆地阜新组层序地层、含气单元及其分隔层特征,划分了叠置的多套含气系统,分析了发育煤层群煤系多套含气系统的含气性、渗流条件和流体压力特征,探讨了其对上、下含煤段... 煤系含气系统特征影响了煤层气井多产层合采的工程效果。基于铁法盆地阜新组层序地层、含气单元及其分隔层特征,划分了叠置的多套含气系统,分析了发育煤层群煤系多套含气系统的含气性、渗流条件和流体压力特征,探讨了其对上、下含煤段分采及合采工程效果的影响。研究认为,白垩系阜新组上含煤段5个含气单元为一套统一的含气系统,下含煤段7个含气单元可划分为三套含气系统。湖进体系域下,三角洲前缘沉积环境形成的含气单元资源丰度较大,滨浅湖沉积环境形成的(泥质)粉砂岩厚度大且构成稳定的隔水阻气层,是研究区含气系统划分的关键层。随埋深的增加,各含气系统储层孔隙度、平均渗流孔容、裂隙发育情况、储层渗流能力降低趋势明显。上下含煤段分属明显不同的含气系统,其储层压力、解吸压力差异较大,煤层气合采时上下含煤段储层产出气液具不同步性,气水产出层间干扰大。阜新组煤层气合采效果由好到差的相对顺序是上含煤段合采、上下含煤段合采、下含煤段合采。阜新组上含煤段独立开发的效果最好,是由于各个含气单元形成了一套兼容性含气系统,储层具有明显地富气高渗优势。 展开更多
关键词 铁法盆地 煤层群 煤层气 含气系统 合层开采
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煤系气研究进展与待解决的重要科学问题 被引量:22
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作者 毕彩芹 胡志方 +13 位作者 汤达祯 陶树 张家强 唐淑玲 黄华州 唐跃 袁远 徐银波 单衍胜 迟焕鹏 刘伟 朱韩友 王福国 周阳 《中国地质》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期402-423,共22页
煤系气是非常规天然气领域的重要组成部分,也是近年来非常规天然气领域研究的热点。总结煤系气研究进展,明确亟待解决的重要科学问题,对于完善煤系气地质理论、推动煤系气勘探开发具有重要意义。当前煤系气研究进展主要表现在以下5个方... 煤系气是非常规天然气领域的重要组成部分,也是近年来非常规天然气领域研究的热点。总结煤系气研究进展,明确亟待解决的重要科学问题,对于完善煤系气地质理论、推动煤系气勘探开发具有重要意义。当前煤系气研究进展主要表现在以下5个方面:(1)基于煤系地层沉积特点,总结了煤系气共生成藏的6个基本地质特征;(2)初步划分了煤系气共生组合方式,分析了煤系气4大成藏要素及其配置关系的控气作用;(3)分析了煤系含气系统叠置性地质成因,提出了叠置煤系气系统的识别与评价方法及控制叠置含气系统合采兼容性的地质要素;(4)总结了煤系"三气"共探合采理论研究、技术方法、产层贡献识别技术及合采产层优化组合与"甜点"评价;(5)在煤系气资源评价与有利区预测方面进行了有效的探索性研究。在对研究现状总结的基础上,提出了煤系气领域亟待解决的重要科学问题:(1)煤系气储层精细描述及可改造性评价;(2)煤系气资源评价方法及有利区优选;(3)煤系气开发甜点区(段)评价技术;(4)叠置煤系气系统合采兼容性评价。这些问题的解决,将有利于推动煤系气地质理论发展和煤系气资源的高效开发利用。 展开更多
关键词 煤系气 共生成藏 叠置含气系统 资源评价 地质选区 共探合采 兼容性 油气调查工程
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基于AHP-熵权法的采动区煤层气开发潜力评价 被引量:9
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作者 贾志超 黄华州 +2 位作者 黄绍博 周宇 王波 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期117-124,共8页
采动区煤层气抽采利于高效开发采煤工作面卸压煤层气,降低井下瓦斯安全风险,但地质条件、煤炭采掘条件的差异使得地面井开发效果差异较大,因此,对预备采区进行选区评价具有指导意义。为了探索煤矿采动区煤层气高效开发的选区方式,通过... 采动区煤层气抽采利于高效开发采煤工作面卸压煤层气,降低井下瓦斯安全风险,但地质条件、煤炭采掘条件的差异使得地面井开发效果差异较大,因此,对预备采区进行选区评价具有指导意义。为了探索煤矿采动区煤层气高效开发的选区方式,通过建立一票否决制度及评价指标体系、结合层次分析法及熵权法确定指标权重、最后量化计算综合得分的方法,建立一套完整的采动区煤层气开发潜力评价体系,并应用于铁法矿区晓南矿。结果显示,研究区16个规划采区中有4个得分大于0.6,建议进行采动区煤层气开发;同时,评价结果排序靠前的单元净收益也较高,且处于矿区内煤层气赋存有利构造区域,与评价结果相吻合,验证了评价结果的合理性。综合认为,采用层次分析–熵权法组合权重的评价结果更为合理,有效避免了采动区煤层气选区开发的盲目性,评价结果具备一定实际工程开发部署及经济效益参考价值。 展开更多
关键词 采动区 开发潜力评价 AHP 熵权法 指标权重
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厚表土层深井卸压开采地面钻井变形破坏及其预防--以淮南顾桥矿为例 被引量:2
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作者 任波 袁亮 +5 位作者 桑树勋 郭华 薛俊华 黄华州 李源 武杰 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期159-166,共8页
以顾桥矿工程实践为基础,结合物理模拟实验和现场监测结果,研究了厚表土层深井卸压开采地面钻井变形破坏及其预防。结果表明:钻井破坏是地面卸压瓦斯抽采失败的关键,采动影响下地面瓦斯抽采井破坏以变形和错断为主,破坏深度不一,主要集... 以顾桥矿工程实践为基础,结合物理模拟实验和现场监测结果,研究了厚表土层深井卸压开采地面钻井变形破坏及其预防。结果表明:钻井破坏是地面卸压瓦斯抽采失败的关键,采动影响下地面瓦斯抽采井破坏以变形和错断为主,破坏深度不一,主要集中在松散层中下部和基岩中上部;在钻井完好情况下,将钻井终孔位置布置于断层附近、"O"型圈范围内更有利于卸压瓦斯抽采。采动引起的上覆岩层离层、应力集中、竖向破断以及厚表土层"杠杆效应"造成地面瓦斯抽采井破坏,其由下至上多次出现是导致地面井多处变形破坏的主要原因。煤层采动对工作面前方巷帮应力、顶板应力的影响范围分别可达320 m、350 m,对轨顺相对位移影响范围可达工作面前方50m和后方200m,采场中部覆岩与地表之间的相对位移量远大于采场边缘附近,更容易导致井孔破坏。采用"抗"和"让"相结合的井身结构、"上止下泄"固井–完井施工工艺以及合理的井位布置等措施,可有效防止卸压开采地面钻井变形破坏,实现瓦斯稳定高效抽采。 展开更多
关键词 厚表土层 地面井 瓦斯 变形破坏 预防措施 顾桥矿
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Production Characteristics and the Control Factors of Surface Wells for Relieved Methane Drainage in the Huainan Mining Area 被引量:6
8
作者 XU Hongjie SANG Shuxun +1 位作者 FANG Liangcai huang huazhou 《Acta Geologica Sinica(English Edition)》 SCIE CAS CSCD 2011年第4期932-941,共10页
Based on the production data of a large number of surface drainage wells in the Huainan mining area,the present study shows that four types of typical production characteristics for relieved methane wells are recogniz... Based on the production data of a large number of surface drainage wells in the Huainan mining area,the present study shows that four types of typical production characteristics for relieved methane wells are recognized,of which the stable type for production and gas concentration is the most dominate,as determined by a comprehensive study on the volume and concentration of drained gases, as well as the stress changes of rocks influenced by mining.Some influence factors for the productive differences of the drainage wells were also been discussed.The results indicate that protective coal-seam mining has a significant effect on overlying strata,which promotes the development of pores and fractures of coal reservoirs for methane desorption and migration;however,the production and the stability of drainage wells are affected by deformation and damage of the overlying strata.The second distribution of strata stress is caused by mining engineering,and if the stress load is larger than the carrying capacity of the extraction well,the gas production would be influenced by the drainage well that has been damaged by rock movement.Furthermore,the case damage occurs first in the weak, lithologic interface by its special mechanical properties.The stability of drainage wells and the production status are also influenced by the different drilling techniques,uneven distribution of gas concentration,and combination of gob gas and methane from the protected layer. 展开更多
关键词 relieved methane surface drainage well Huainan mining area production characteristic control factor
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构造煤纳米级孔隙特征及其对含气性的影响 被引量:8
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作者 高彬 黄华州 +3 位作者 宁娜 刘明杰 张宇 王紫襄 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期182-187,192,共7页
煤孔隙对储层含气性具有重要影响,构造煤储层尤甚。采集淮南煤田潘一矿13号煤层中4种煤体结构的煤样进行低温液氮实验,运用最小二乘法原理并采用FHH分形模型,系统地分析了煤储层纳米级(1.7~20nm)孔隙结构特征及其与分形维数之间的关系... 煤孔隙对储层含气性具有重要影响,构造煤储层尤甚。采集淮南煤田潘一矿13号煤层中4种煤体结构的煤样进行低温液氮实验,运用最小二乘法原理并采用FHH分形模型,系统地分析了煤储层纳米级(1.7~20nm)孔隙结构特征及其与分形维数之间的关系。结果表明:煤体破坏程度增强致使BJH孔容和BET比表面积增大,过渡孔与微孔含量增加;构造煤中毛细凝聚开始发生在2~3 nm并随着相对压力的增大而逐渐增强;对气体吸附做主要贡献的是孔径为5 nm的孔隙,糜棱煤中此类孔隙最多致使含气性最好;研究区内除原生结构煤外,其他煤储层纳米级孔隙分形维数均大于2.6,平均孔径与分形维数呈明显负相关且相关性系数在0.9以上,表明此类孔隙具有明显的分形特征,孔隙结构复杂程度较高。综合孔隙特征表明:构造煤中孔隙结构越复杂且5 nm附近吸附孔隙含量越高,含气性越强。 展开更多
关键词 煤体结构 孔隙结构 分形维数 含气性
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大兴矿煤层气井排采水化学成分形成机理分析
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作者 刘旭东 黄华州 +3 位作者 李昭 毕彩芹 赵英凯 张超 《科技通报》 2019年第3期11-17,共7页
基于大兴矿煤层气井排采水的化学离子测试数据,应用数理统计方法和Aquachem、PHREEQC、SPSS等软件,总结了排采水化学成分化特征,分析了其形成机理,结果表明:排采水中阴、阳离子浓度表现为HCO_3^->CO_3^(2-)>Cl^->SO_4^(2-)、Na... 基于大兴矿煤层气井排采水的化学离子测试数据,应用数理统计方法和Aquachem、PHREEQC、SPSS等软件,总结了排采水化学成分化特征,分析了其形成机理,结果表明:排采水中阴、阳离子浓度表现为HCO_3^->CO_3^(2-)>Cl^->SO_4^(2-)、Na^+>K^+>Ca^(2+)>Mg^(2+),为弱碱性、碱性咸水; SO_4^(2-)、K^+、Na^+、pH、Cl^-、HCO_3^-、Mg^(2+)、TDS主要为弱变异,Ca^(2+)为弱至中度变异,CO32-主要为中度变异;排采水主要为HCO3-Na型,苏打化严重,碱化特征显著;水中离子浓度主要受溶滤、阳离子交替吸附、脱硫酸、溶解/沉淀、煤层气生产等作用影响;水中各种离子最初来源于溶滤作用,后来受脱硫酸作用与阳离子交替吸附作用影响,SO42-、Ca^(2+)、Mg^(2+)减少,HCO3-、Na^+、K^+增多,煤层气生产过程中Ca^(2+)、Mg^(2+)浓度进一步降低,溶解/沉淀作用也在一定程度上影响水中CO32-、Ca^(2+)、Mg^(2+)的浓度。 展开更多
关键词 煤层气 排采水 化学特征 形成机理 主成分
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Failure characteristics of surface vertical wells for relieved coal gas and their influencing factors in Huainan mining area 被引量:3
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作者 Xu Honkie Sang Shuxun +2 位作者 Fang Liangcai 6 huang huazhou Ren Bo 《Mining Science and Technology》 EI CAS 2011年第1期83-88,共6页
从通过洞基于数据并且记载,我们在 Huainan 采矿区域和它的影响因素为减轻的煤气体学习了表面排水井的失败特征。结果证明排水井的损坏位置主要在西方采矿区域在基岩的上面的节在厚泥土层位于低冲积层和 lithological 接口。casing 的... 从通过洞基于数据并且记载,我们在 Huainan 采矿区域和它的影响因素为减轻的煤气体学习了表面排水井的失败特征。结果证明排水井的损坏位置主要在西方采矿区域在基岩的上面的节在厚泥土层位于低冲积层和 lithological 接口。casing 的失败深度是 244 鈥 ? 70 m 并且在大约 270 鈥 ? 专注 60 m 深。这些损坏位置主要在划分的房顶上面在垂直的节根据岩石层的三个地区位于弯曲地区。通常, casing 以前开始使脸线变形或损坏大约 30 鈥 ? 50 m。特殊形成结构和岩石团性质是 casing 失败,高采矿高度和快进展速度的直接原因是为岩石质量的基本原因损坏。然而,到 casing 失败的地上凿穿配置和间距不是很清楚的。 展开更多
关键词 淮南矿区 影响因素 破坏特征 煤气 垂直井 套管损坏 表面 岩性界面
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岩石力学地层新方法在深部煤层气勘探开发“甜点”预测中的应用
12
作者 桑树勋 郑司建 +11 位作者 王建国 周效志 刘世奇 韩思杰 赵伟光 黄华州 王冉 汪吉林 张志镇 赵立明 潘冬明 陈同俊 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期1840-1853,共14页
“甜点”预测是深部煤层气勘探开发的重点和难点领域,制约深部煤层气能否实现规模效益开发。传统"甜点"预测方法是将地质"甜点"或工程"甜点"单独研究,基于地质—工程一体化理念的"甜点"预测/... “甜点”预测是深部煤层气勘探开发的重点和难点领域,制约深部煤层气能否实现规模效益开发。传统"甜点"预测方法是将地质"甜点"或工程"甜点"单独研究,基于地质—工程一体化理念的"甜点"预测/评价体系亟待建立,当务之急是找到有效的理论方法去实现深部煤层气地质"甜点"与工程"甜点"的有机统一。岩石力学地层(学)具有衔接煤层气地质与储层工程的固有属性与先天优势,为攻克深部煤层气"甜点"一体化预测的技术难题提供了新方法。笔者梳理分析了深部煤层气地质"甜点"与工程"甜点"的发育特征及其预测面临的难题与挑战,讨论提出了深部煤层气"甜点"一体化预测的岩石力学地层方法,探索开展了基于岩石力学地层的深部煤层气"甜点"预测的应用研究。研究结果表明:岩石力学地层控制下的深部煤储层的天然裂隙发育规律是深部煤层气地质"甜点"预测的关键制约条件,而在岩石力学地层控制下的压裂诱导的裂缝发育规律、储层岩石物理变化与储层可改造性则是深部煤层气工程"甜点"评价的核心因素;以岩石力学地层为桥梁纽带和方法机制,可实现深部煤储层沉积成岩作用—岩石力学特征—地质构造与地应力场特征—地质成藏响应—储层工程响应—深部煤层气"甜点"一体化预测的有机衔接。岩石力学地层方法在煤储层裂隙发育特征分析与高渗区预测、煤岩破裂行为分析与产层优选、煤层气藏压裂与排采优化中得到了应用与实践,有望成为破解深部煤层气"甜点"一体化预测难题的技术利器。 展开更多
关键词 深部煤层气 勘探开发 "甜点"预测 岩石力学地层 裂隙(缝)
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