甘肃省煤层气产气潜力定量评价方法探讨——以窑街矿区海石湾煤矿为例

为加快甘肃省煤层气勘探开发和煤矿瓦斯地面抽采进程,以窑街矿区海石湾煤矿为例,采用临储压差、临废压差、有效解吸量等评价指标和数值模拟软件中的产气预测相结合的方法对煤二层产气潜力进行了定量评价。结果表明煤二层具有临储压差较小(2.31 MPa)、临废压差较大(6.70 MPa)、有效解吸量较大(8.60 m^(3)/t)、解吸效率较高(3.59 m^(3)/(t·MPa))特征;排采开始较短时间后即可产气,产气阶段的压降空间较大,能很快进入快速解吸和敏感解吸阶段,煤层气解吸效率显著增大;抽采10a直井日产气量平均1 258 m^(3),具有良好的产气潜力。现场直井排采实践也验证了评价结果的准确性。研究成果可为甘肃省煤层气勘探开发和煤矿瓦斯地面抽采提供有效的技术手段和决策依据。

海石湾井田CO_2成藏演化机制及防治技术研究

以窑街海石湾井田为研究背景,以海石湾井田煤二层中CO2为主要研究对象,运用地球化学、岩石学、构造地质学、表面物理化学、岩石力学、采矿工程、渗流力学、数值模拟等多学科理论,采用理论分析、实验室实验与现场工程实践的研究方法,系统地开展了井田CO2成因、CO2成藏规律、CO2的赋存状态、海石湾煤对CO2的吸附解吸特性、孔隙压力对煤层卸压作用机制以及工程实践等多方面的研究,并取得了一定的创新成果,主要研究结论如下:(1)根据对海石湾井田煤二层中CO2的碳同位素与氦同位素测定结果,实测海石湾井田主要测点的CO2含量均大于60%,实测δ13CCO2变化范围主要为+1.00‰～-5‰,3He/4He测定值均为10-8数量级,R/Ra为0.004 2～0.185 0,分析认为海石湾煤田中CO2为无机地壳来源。并根据F19断裂构造岩性质、多期运动性以及实验分析,提出了海石湾井田CO2为F19韧-脆性剪切带的动力变质成因;且F19断裂在井田CO2成藏过程中起到了成气断裂、输气断裂和封气断裂的多重作用。(2)建立了修正的D-A模型,该模型对现有的高压吸附实验数据具有较高的拟合精度,并对海石湾煤对超临界CO2吸附等温线进行了分析,引入了聚合物的自由体积理论对异常吸附等温线进行了理论分析,并得到了解吸曲线的初步验证。(3)海石湾井田煤二层埋深600～1 000 m时,地温为31.72～43.88°C,实测最大瓦斯压力为7.3 MPa,井田东部CO2浓度超过90%,计算海石湾井田东部区域的混合瓦斯含量达到50～60 m3/t,现场测定、实验测定以及理论计算结果表明,海石湾井田煤二层中赋存超临界CO2。(4)数值模拟结果表明,随着保护层工作面推进,下伏煤岩体的采动卸压范围及煤二层的膨胀变形量均随着孔隙压力的升高而增大,最大绝对变形量为328 mm,最大相对变形量可达0.5%,随着保护层推进与孔隙压力的增大,被保护层发生塑性破坏并随之增大,并进行了理论分析,结果表明孔隙压力在增强被保护层卸压中起着重要作用。(5)远距离上保护层开采及卸压瓦斯抽采实践验证了高孔隙压力在煤层卸压中的作用,抽采单孔流量达到2 m3/min以上,煤层透气性增大878倍,煤层瓦斯含量由53 m3/t降至12 m3/t,消除了煤二层的突出危险性,同时工程实践也验证了相关结论。

海石湾井田窑街组煤储层特征分析

根据海石湾井田钻探揭露情况,结合钻孔的煤质和瓦斯资料,通过扫描电镜、常规压汞和等温吸附实验,对海石湾井田煤二层进行了煤储层特征及含气性分析。研究表明:煤二层平均厚度19.61 m,属中灰、低硫、高挥发分、中发热量煤;煤储层孔隙率平均8.45%,孔隙类型以有机质晶间、晶内孔隙为主,最大进汞饱和度平均82.65%,Langmuir体积为10.16~11.45 m^(3)/t,Langmuir压力为2.25~2.79 MPa。即煤二层具有厚度大、孔隙率大、孔隙连通性好、兰氏压力大的特点。