煤层气采出水阴极结垢的影响分析与减缓技术优化试验

为减缓煤层气采出水阴极结垢量,保障设备长期稳定运行,开展了煤层气采出水电絮凝结垢减缓试验,并分析了软化水比例、极板间距、电流密度、处理量等因素对未软化、完全软化和部分软化3种电絮凝处理效果的影响。试验结果表明,当极板间距为20 mm、电流密度为10 mA/cm^(2)、软化水比例1∶20。处理量为30 L/h时,3种电絮凝处理效果最好,阴极结垢量分别为0.81、0.12、0.13 g,单价分别为0.35、9.82、0.80元/m^(3)。综合考虑处理效果和单价成本,最终确定煤层气采出水的最佳结垢减缓电絮凝方式为部分软化电絮凝。

影响煤层气井产量的关键因素分析——以沁水盆地南部樊庄区块为例

研究了沁水盆地南部樊庄区块煤层气投产井地质特征、压裂增产工艺、生产状况及排采技术等,分析了影响煤层气单井产量的关键因素,并讨论了提高煤层气井单井产量需要关注的问题。研究结果表明,煤层气高产井通常临界解吸压力与地层压力的比值较高,压裂施工时加砂量、用液量高;采用变排量施工工艺,控制裂缝形态,可提高压裂效果;特别是煤层气产出表现出"气、水差异流向"规律:构造高部位利于产气,构造低部位利于产水。在煤层气开发中,必须保证科学的排采制度,坚持"缓慢、长期、持续、稳定"的原则,排采早期保证液面稳定缓慢下降。在产气阶段,要保持合理套压,排采制度切忌变化频繁,避免由于煤层压力激动造成煤层坍塌和堵塞。

煤层气产出水水质特征及处理技术研究进展

论述了国内外煤层气产出水的水质特征及其处理技术的研究进展。煤层气产出水具有高钠度和高矿化度的特征。反渗透法普遍运用于处理煤层气产出水,并且已投入实际工程应用,通常和纳滤或超滤联用,处理后的产出水可进行再利用。而其他处理技术如离子交换法、电容去离子法、电絮凝法、吸附法和化学法等仍处于试点研究阶段。

煤层气开发井网设计与优化部署

以鄂尔多斯盆地东缘三区块煤层气为例，按照开发前期井网设计、现场优化部署和动态效果跟踪3个阶段一体化的整体思路和方法，对煤层气开发井网进行优化部署和动态调整。开发前期井网设计以煤层构造、埋深、厚度、顶底板岩性、含气量、渗透率和水文地质条件等7个方面的地质条件为依据，确定开采井网应为菱形井网，井型以丛式井为主，水平井为辅；井网方位是菱形长对角线为面割理方向，短对角线为端割理方向；高渗透区井距为300～350m，低渗透区井距为350-400m。现场优化部署要充分考虑地表、地下和钻井工程条件3个因素，并遵循地上服从地下、工程服从地质的基本要求。动态效果跟踪阶段，通过对区内井间干扰和层间干扰现象的观察，重新优化部署24口生产井，调整36口生产井的开发层系，使得区块井网设计更为合理。5a的开发实践证明，三区块优化部署后的井网和开发模式基本合理。

黔西比德—三塘盆地煤层气井产出水离子动态及其对产能的指示

基于黔西比德—三塘盆地12口煤层气井产出水样品的常规离子测试,揭示该区产出水离子动态特征及其对产能与层间干扰的指示意义:基于R型聚类分析,对离子类别进行了分类并探讨了其意义;比德向斜Z-6,Z-7,Z-10井为压裂液污染井,Cl^-,Na^+,Br^-浓度呈异常高特点;随排采的进行,K^+,Ca^(2+),Mg^(2+),Si4+等离子浓度呈增加趋势,SO_4^(2-)呈降低趋势,反映产出水封闭性增强;提取Cl^-+Na^+离子浓度作为判识合排井层间干扰程度与产能效果的典型指标,高产井介于833.18~1 768.26 mg/L,平均1 321.55 mg/L,低产井介于259.22~519.4 mg/L,平均380.72 mg/L,高产井产出水Cl^-+Na^+离子浓度显著高于低产井,阈值介于600~800 mg/L,揭示产出水封闭性越强,越有利于煤层气高产,初步建立了基于产出水Cl^-,Na^+离子浓度的多层合排井层间干扰判识模板。结合排采层位,上部含气系统与中、下部含气系统共采兼容性差,建议今后优先开发中、下部含气系统。

煤层气U形井水力喷砂压裂技术

为了解决煤层气U形井水力喷砂压裂时射孔砂难以由施工井上返、管柱易砂卡的难题,在对比分析水平井水力喷砂压裂工艺的基础上,根据U形井的井身结构特点,对水力喷砂压裂工具进行了改进,将扶正器的直流流道改为螺旋流道;组合式陶瓷喷嘴改为整体式合金喷嘴;对施工工艺进行了改进,射孔砂和返排液由U形井的直井返出;对工艺参数进行了优化,优选得到最佳喷嘴直径为6mm,油管排量为2.0m3/min。现场试验表明,采用改进后的工具和优化的工艺参数避免了管柱砂卡。试验井采用优化的工艺参数,顺利压裂4段,注入活性水1 932m3,加砂90m3,最高砂比达到23%。试验井排水降压3个月后产气,目前日产气稳定在500m3左右,累计产气75 000m3,增产效果良好。这表明,采用改进的水力喷射压裂工具、工艺及优化的工艺参数能够解决煤层气U形井的压裂难题,为后续煤层气U形井的压裂改造提供了一种技术手段。

高变质煤区的煤层气可采性

高变质煤中煤层气的勘探开发是一个极具探索性的新领域。重新认识和正确评价高变质煤煤层气的可采性是突破这一领域的关键。对美国密执安盆地安特里姆页岩气的地质背景、成因、赋存和产出机理、气产能地质控制因素及其成功开发经验进行的全面分析表明，以吸附状态存在于无内生裂隙储集层中的天然气，能够仅凭借密度较高、延伸较长、走向多变且开后性较好的外生裂隙而大量产出。我国东部具备形成外生裂缝系统的构造动力条件，能够充分改善高变质煤煤层气的可采性，东部地区高变质煤分布区煤层气的可采性应明显好于安特里姆页岩气的可采性，因而具有良好的勘探开发前景。

煤层气采出水水质及其对土壤和植物影响研究进展

煤层气是优质的能源和化工原料。但在其开采过程中,排出的大量煤层气采出水对土壤和植物的影响以及其相应的评价与修复是一个非常重要的环境问题。文章从煤层气采出水中的元素种类及其形态变化、有机污染物含量变化等方面综述了不同区域煤层气采出水水质状况。在此基础上,分析了煤层气采出水灌溉土壤对土壤和植物的影响。主要包括土壤pH变化;一些元素及离子可能导致土壤发生盐化和钠质化作用及其影响因素;植物生物量和物种多样性的变化及优势种的改变等。针对不同区域煤层气采出水的相关水质状况以及其对土壤及植物的影响,提出了相应的控制修复措施。最后,提出了未来该领域需要加强研究的方面,以期为未来合理、安全地利用煤层气采出水提供相关参考。

流化床床料与燃煤颗粒的形貌分析

测量了一台循环流化床锅炉宽筛分原煤和冷渣的颗粒形貌,研究了球形度、Zingg指数、分形分数的变化,关联了Wadell球形度和Krumbein球形度之间的换算关系。研究表明,宽筛分煤燃烧后的冷渣比原煤具有更强烈的非线性特征。采用当量体积直径与Wadell球形度和Krumbein球形度的关联都是集中到某一个区域范围的散点图;采用扁平度、伸长度和Zingg指数为指标的颗粒形貌分布,显示多数颗粒形貌以片状颗粒为主;采用分形维数进行的颗粒描述显示,大颗粒和小颗粒的分形维数不同,大小颗粒的分界点对原煤约为3.17 mm,冷渣约为3.06 mm。

水力喷砂分段压裂工艺在U型煤层气井中的应用

YP1井组是由一口筛管水平井YP1和直井YP1V组成的U型煤层气井。根据筛管水平井井况及特点,优化了施工管柱、水力喷射压裂工具尺寸和喷嘴组合方式。为防止φ114.3mm小直径筛管水平井压裂管柱砂卡,将拖动式水力喷射压裂工具与滑套式工具相组合,融合了二者施工工艺。水力喷砂射孔液体通过YP1V井排出,进一步减少水平井沉砂风险。顺利完成YP1井4个层段水力喷射分段压裂改造,共计加砂83m3,压裂管柱成功上提出井。该U型井压裂施工前无产量,压后对YP1V井实施排水降压,随井底流压下降,产气量最高上升至636m3/d。

露天煤矿顺倾软岩到界边坡空间形态优化

针对露天煤矿顺倾软岩到界边坡空间形态优化问题,以霍林河北露天煤矿三采区为工程背景,基于极限平衡理论与数值模拟相结合的方法,分析了纵采与横采开采方式下边坡二维与三维稳定性,优化设计了顺倾软岩到界边坡空间形态。结果表明:顺倾软岩边坡二维稳定性与平盘宽度近似呈正相关一次函数关系,与岩柱宽度近似呈正相关指数函数关系;当追踪距离小于100 m时,开挖位置、开挖角度对顺倾软岩边坡三维稳定性影响较小,当追踪距离大于100 m时,边坡三维稳定性系数与开挖角度呈正相关一次函数关系;当追踪距离大于200 m、岩柱宽度小于60 m时,边坡三维稳定性系数随追踪距离增大呈线性减小趋势;霍林河北露天煤矿三采区到界边坡最优空间形态为追踪距离50 m、沿底鼓区坡顶线以39°边坡角横采降深至24煤底板。

锥形布风板喷动流化床煤气化技术及其应用

介绍了锥形布风板喷动流化床煤气化炉的系统装置和气化工艺流程 ,对喷动流化床气化及灰熔聚排渣原理作了简要介绍。在气化炉运行阶段 ,测量了煤气发生炉内炉膛温度沿高度的分布 ,研究了床层温度随流化风量和中心喷动风量的变化规律以及煤气成分和碳转化率随床温的变化规律。实验证明 ,以空气和水蒸气为气化剂的煤气发生炉 ,其适宜的气化床温在 960

西峰矿区煤层气井产出水地球化学特征及排采状况分析

西峰矿区是鄂尔多斯盆地中生界煤层气开发的探索区块之一，目前已施工多口煤层气探井。本文根据其中的5口煤层气井资料，分析了该区煤层气井产出水地球化学特征和煤层气井排采状况。研究揭示，该区地层水矿化度介于52～94g／L之间，平均68g／L，矿化度极高，具有卤水的典型性质；地层水呈微酸性，属于NaHCO3水型。研究认为，高矿化度指示地下水处于滞留或流动极为缓慢的状态，一方面有利于煤层气的保存，另一方面可能降低煤层对甲烷的吸附能力而导致含气量受损，同时也不利于次生生物气的生成，这可能是本区煤层含气量偏低的重要原因。该区域煤层气井产水量较高，主要是由于目的煤层上部洛河组砂岩含水层富水性较强，承压水头高，同时该区地下水矿化度高，呈微酸性，对煤层气井生产管柱造成腐蚀，导致煤层气井频繁停机，对煤层气井的连续排采造成很大影响。

基于裂隙形态特征的煤层图像裂隙识别研究

针对现有煤层图像裂隙识别方法未较好地考虑裂隙的形态特征或未较好地获取裂隙的整体信息的问题,通过分析煤层图像及其不同灰度阈值下二值图中裂隙的形态特征,定义了煤层裂隙判定系数,并取二值图中区域的长度、宽度和长宽比作为形态参数;同时给出一种基于裂隙形态特征的煤层图像裂隙识别方法,在给定形态参数阈值条件下遍历一定范围内的灰度阈值,对所得煤层图像的二值图进行裂隙识别,并将所有识别的裂隙合并作为最终识别结果。最后通过实例验证了该方法的有效性,得出结论:通过遍历一定范围内的灰度阈值进行煤层图像裂隙识别,可最大程度地获取煤层图像的裂隙信息;合理选取裂隙判定系数中形态参数的阈值,可有效提高煤层图像裂隙识别的准确性。

顾桥1117煤层瓦斯抽采一号井钻井液技术

顾桥1117瓦斯抽采一号井是为解决采煤的安全问题,同时为把"危害"煤矿工人安全的瓦斯气利用为新能源,专门针对排放瓦斯气而实施的第一口抽采井。该井设计深度为1400 m,水平位移为835 m,要求在煤层中至少穿越80 m。该区煤层呈粉煤灰状,裂隙多,煤层破碎,可钻性差,极易因煤层坍塌、缩径、漏失而导致卡钻事故。施工中通过采用强抑制防塌聚合物钻井液体系,并配合屏蔽暂堵技术,满足了该井对井壁稳定、润滑性能、井眼净化、防漏堵漏及保护煤层等方面的技术要求,全井无任何复杂和事故,井身质量符合设计要求。

赵庄井田产甲烷菌群富集与产气条件优化

赵庄煤层气井水中富集产甲烷菌群,可优化产气能力。采用厌氧富集得到本源菌群,通过正交试验优化产气条件。水样中存在产甲烷菌群,实验室条件下最优产气条件:NH_4Cl为1. 0 g/L,K_2HPO_4为1. 5 g/L,MgCl_2为0. 1 g/L,煤粉添加量160 g/L,60 d产甲烷量达18. 07%。赵庄井田产甲烷菌群通过富集可以降解无烟煤产气,通过条件优化可提高其降解无烟煤产气的能力。

综采工作面瓦斯综合治理技术研究

针对陶二煤矿2214工作面瓦斯赋存特征、煤层赋存状态及巷道布置方式,采用顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯、高位钻场顶板走向钻孔抽采邻近层卸压瓦斯、采空区埋管抽放、沿空留巷Y型通风相结合的瓦斯综合治理技术,并以精细化管理为保障,区域措施效果检验和区域验证指标均小于临界值,回采期间工作面上隅角瓦斯浓度控制在0.45%以下,回风瓦斯浓度控制在0.35%以下,杜绝了瓦斯超限事故,保证了矿井的安全高效生产。

火山灰陶瓷滤料去除煤层气田产出水中铁锰的研究

为研究火山灰陶瓷滤料对煤层气采出水中铁、锰的去除效果,采用模拟配水分析了pH值、滤料厚度、滤速和运行时间对处理效果的影响,采用原水分析了反冲洗效果。结果表明:最佳pH为8,铁、锰去除率分别达到98.8%和98.4%;铁锰去除率与滤料厚度呈正相关关系,40 cm和60 cm厚度的滤料对铁锰的去除率较为接近,分别为97.1%~97.5%和98.4%~98.8%;铁锰去除率与滤速呈负相关关系,滤速为1 m/h和2 m/h两种情况下的去除效果较为相近;原水实验在进行12 h后,稳定性降低,铁锰的去除率分别降低至95.7%和80.4%。

基于数值模拟方法研究煤层气采出水对地下水环境的影响

煤层气是一种清洁高效的新能源,开发和利用煤层气可有效弥补天然气和石油类等传统资源的不足。但是煤层气的开发利用同样会对环境造成影响。在对陕西某井田调查中发现,其采出水中氯化物严重超标,且个别井场将采出水临时存放在无防渗措施的地表容器内,这样可能会造成地下水污染,继而影响周边居民饮水健康。本文以氯化物为预测因子,利用地下水数值模拟软件Visual MODFLOW对采出水进入地下水后污染物的迁移路径和污染范围进行模拟,结果表明,因该井场距离周边水源井距离较远,且含水层的渗透性较差,减缓了污染物的下渗速度,污染物基本不会对周围居民饮水健康造成影响。

基于循环灰热载体煤热解的固-固颗粒冷态混合特性

以开发循环流化床(CFB)燃烧/煤热解分级转化工艺为应用背景,为在移动床混合段内利用有限高度空间达到理想的灰/煤混合效果,建立了内置锥面形挡板结构的固-固冷态混合实验装置,并对颗粒的混合特性进行了研究。分别以石英砂和硅胶模拟CFB循环灰和煤,采用挡板重力混合的方法,探究了挡板角度、层数、放置方式(对向和旋转放置)以及物料混合比等因素对混合效果的影响,并与机械混合实验进行了对比。结果表明,在混合过程中颗粒的混合和分散是并存的,旋转放置30°的挡板层数越多,硅胶和石英砂颗粒混合越均匀,混合物料中石英砂比例越高,混合效果越好。通过优化挡板结构及设置方式强化对流混合和剪切混合可明显改善固-固混合效果。虽然与机械混合相比,挡板混合效果略差,但在一定操作范围内仍可满足灰/煤混合热解工艺的要求。