两淮煤田低渗煤层孔隙结构三维可视化表征及其连通性

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作者 王章飞 方辉煌 +2 位作者 桑树勋 郑春山 郭金冉 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第26期11195-11207,共13页

为研究煤层孔裂隙结构的连通性对煤层气赋存与运移的影响。以两淮地区矿区的煤样作为实验研究对象,对煤样进行三维可视化重构,构建了煤样的三维孔隙结构模型以及等价孔隙网络模型,利用多种算法并结合表征单元体对煤样的孔隙结构进行表... 为研究煤层孔裂隙结构的连通性对煤层气赋存与运移的影响。以两淮地区矿区的煤样作为实验研究对象,对煤样进行三维可视化重构,构建了煤样的三维孔隙结构模型以及等价孔隙网络模型,利用多种算法并结合表征单元体对煤样的孔隙结构进行表征与分析,同时,从整体到局部的角度对孔隙结构进行分析,研究表明:两淮地区孤立孔隙中C形孔隙占据主导,连通孔隙中F形孔隙占据主导;刘庄与祁东煤样孔隙结构空间展布较任楼与潘一矿区的煤样要好,具有更好的连通性;粗类型喉道之间的搭配较其他类型喉道之间的搭配整体连通性要好。结果说明两淮地区的煤样,大体积连通孔隙在孔隙结构中占据主导地位。刘庄与祁东煤样较任楼与潘一煤样的连通性要好,且刘庄煤样的连通性最好,潘一煤样连通性最差。 展开更多

关键词 煤层气 孔隙结构 等价孔隙网络模型 计算机断层扫描(computed tomography CT) 三维可视化重构 两淮煤田

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溶剂极性控制下的煤抽余物吸附甲烷能力研究 被引量：4

2

作者 陈润 王治洋 +3 位作者 秦勇 王琳琳 韦重韬 王优阳 《燃料化学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期1153-1157,共5页

基于原煤和有机溶剂抽余物的等温吸附实验结果,对比分析溶剂极性与其煤抽余物吸附甲烷能力变化关系,探讨抽提溶剂极性差异对煤抽余物吸附甲烷能力控制的地球化学机理。结果表明,煤溶剂抽余物等温吸附甲烷曲线都遵循Langmuir方程,且二硫... 基于原煤和有机溶剂抽余物的等温吸附实验结果,对比分析溶剂极性与其煤抽余物吸附甲烷能力变化关系,探讨抽提溶剂极性差异对煤抽余物吸附甲烷能力控制的地球化学机理。结果表明,煤溶剂抽余物等温吸附甲烷曲线都遵循Langmuir方程,且二硫化碳(CS2)和苯(C6H6)溶剂抽提作用增大了煤吸附甲烷量,四氢呋喃(THF)和丙酮溶剂抽提作用减小了煤吸附甲烷量。实验发现,煤抽余物吸附甲烷能力变化与抽提溶剂极性成负相关关系,该现象可用相似相容原理解释:CS2和C6H6溶剂极性较弱,抽提出较多具有非极性结构(-CH3和-CH2-)的烷烃和芳烃,为甲烷在煤表面吸附增多了吸附位而增强了抽余物吸附甲烷能力,THF和丙酮溶剂极性较强,抽提出较多具有极性结构(-CHO、-OH、和-COOH)的非烃和沥青质,减少了吸附位而降低煤抽余物的甲烷吸附能力。 展开更多

关键词 吸附 有机溶剂抽提 相似相容原理 溶剂极性

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煤层生物气组成特征及其影响因素研究进展 被引量：5

3

作者 陈润 王优阳 +1 位作者 王琳琳 刘国伟 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2016年第11期167-172,共6页

煤层生物成因气与热成因气在气体组成和同位素组成上差异显著,其差异特征对煤层生物气勘探具有重要的指导意义。为了更好服务于煤层生物气的勘探,对煤层生物气组成特征及判识方法进行分析,较为系统地总结了影响生物气组成取得的研究进展... 煤层生物成因气与热成因气在气体组成和同位素组成上差异显著,其差异特征对煤层生物气勘探具有重要的指导意义。为了更好服务于煤层生物气的勘探,对煤层生物气组成特征及判识方法进行分析,较为系统地总结了影响生物气组成取得的研究进展,指出了当前研究存在的问题和发展趋势。结果表明:煤层生物气与热成因气在气体组成上差异较小,在稳定同位素组成上差异相对显著,可通过稳定同位素组成特征结合气体相关指数加以识别。生物气组成特征不仅受产气母质、水介质环境等因素控制,而且受介质环境的微生物种群及生物酶活性特征影响。针对生气母质碳多源特征,建议加强煤层生物气产气过程及中间产物研究,同时结合当前微生物强化煤层气产气特征,修正或重建特定条件下煤层生物气判识模型。 展开更多

关键词 煤层生物气 成因类型 产气母质 微生物种群 生物酶活性

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基于低场核磁共振的高阶煤平行与垂直层理结构特征 被引量：6

4

作者 刘世奇 桑树勋 +4 位作者 杨延辉 刘书培 杜艺 王恬 方辉煌 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第10期110-116,共7页

为提高对煤层气水平井开发中流体运移、产出的认识,以沁水盆地南部高阶煤为研究对象,基于低场核磁共振试验,探讨了平行层理与垂直层理方向高阶煤储层结构特征,并进一步阐述了平行层理与垂直层理方向煤储层结构差异的原因。结果表明,平... 为提高对煤层气水平井开发中流体运移、产出的认识,以沁水盆地南部高阶煤为研究对象,基于低场核磁共振试验,探讨了平行层理与垂直层理方向高阶煤储层结构特征,并进一步阐述了平行层理与垂直层理方向煤储层结构差异的原因。结果表明,平行层理与垂直层理方向高阶煤具有相似的孔径分布特征;平行层理方向高阶煤孔隙度略低于垂直层理方向,但大孔与微观裂隙之间,以及中孔和孔径<500 nm的大孔之间连通性更强,使其具有更高的有效孔隙度和更强的孔裂隙连通性。垂直层理方向孔隙被压扁更严重,割理和微观裂隙沿煤层层理方向延伸,垂直层理方向连续性差,是平行层理与垂直层理方向高阶煤结构差异的主要原因。 展开更多

关键词 孔隙度 连通性 孔径 微观裂隙 沁水盆地 核磁共振

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淮南煤田各类型地质体CCS源汇潜力评估及其匹配性 被引量：2

5

作者 方辉煌 桑树勋 +4 位作者 张平松 刘世奇 王章飞 郭金冉 陈锐 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期3580-3592,共13页

开展淮南煤田各类型地质体CCUS源汇潜力评估及其匹配性研究,对于CO_(2)–ECBM技术工程化推广意义深远。以淮南煤田各类型地质体(深部不可采煤层、残留煤体、采空区)为研究对象,首先,探讨了各类型地质体CO_(2)地质封存潜力评估方法;其次... 开展淮南煤田各类型地质体CCUS源汇潜力评估及其匹配性研究,对于CO_(2)–ECBM技术工程化推广意义深远。以淮南煤田各类型地质体(深部不可采煤层、残留煤体、采空区)为研究对象,首先,探讨了各类型地质体CO_(2)地质封存潜力评估方法;其次,分析了各类型地质体CO_(2)地质封存潜力;然后,基于成本最低目标函数及改进节约里程法,开展了CO_(2)地质封存源汇匹配研究,并优化了其管网设计;最后,基于3步走思路,提出了CCS源汇管网规划设计思路的系统建议。研究结果表明:燃煤电厂年平均CO_(2)排放量为0.588亿t,深部不可采煤层、残留煤体及采空区内CO_(2)地质封存总潜力分别为7.6200亿、0.0517亿、0.8246亿t,可分别封存CO_(2)12.97 a、0.088 a及1.40 a;10 a周期内,深部不可采煤层可封存CO_(2)5.876亿t,累计规划管道217.0960 km,需要资金373亿美元;1.45 a周期内,生产矿井及关闭矿井可封存CO_(2)0.852亿t,累计规划管道464.5161 km,需要资金73.6亿美元;基于改进节约里程法,CCS源汇匹配各地质封存汇点累计节约里程266.6127 km,累计节约成本11.21亿美元,分别占管道运输总里程、总成本的57.40%、79.95%;基于3步走思路,可分阶段、分区域实现淮南煤田各CO_(2)排放源及CO_(2)封存汇的全线贯通,可实现CO_(2)的全部运输及地质封存。 展开更多

关键词 碳捕集、利用与封存(CCUS) 源汇匹配模型 CO_(2)地质封存 节约里程法 深部不可采煤层 淮南煤田

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沁水盆地南部高阶煤气水相对渗透特征 被引量：10

6

作者 王恬 桑树勋 +2 位作者 刘世奇 杨延辉 杨艳磊 《断块油气田》 CAS 北大核心 2017年第2期199-202,共4页

文中通过对比分析核磁共振T2谱分布和基于非稳态法气水相对渗透率测试,研究了沁水盆地高阶煤样的孔隙结构及气水两相渗流特征。结果表明:研究煤样以贫煤、无烟煤为主,其核磁共振T2谱分别对应单峰和双峰2种分布形态;贫煤以微孔和超微孔为... 文中通过对比分析核磁共振T2谱分布和基于非稳态法气水相对渗透率测试,研究了沁水盆地高阶煤样的孔隙结构及气水两相渗流特征。结果表明:研究煤样以贫煤、无烟煤为主,其核磁共振T2谱分别对应单峰和双峰2种分布形态;贫煤以微孔和超微孔为主,无烟煤以小孔为主,含部分微孔和超微孔;煤中微孔和超微孔之间的连通性较好,而小孔与微孔和超微孔之间的连通性很差,导致无烟煤中束缚水饱和度很高,有效孔隙度较低;煤体的渗流特征受煤中孔径分布和孔隙连通性的双重影响,孔隙度越大,大孔径孔隙越发育且孔隙连通性越好,则煤体两相共渗区越宽,煤体渗流能力越好。研究煤样相渗特征表现为残余水饱和度高、残余水条件下气相相对渗透率低、气水两相共渗区间窄等特点,揭示了研究区煤层气开发面临着解吸与渗流瓶颈问题。 展开更多

关键词 高阶煤 渗流 核磁共振 气水相对渗透率

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沁水盆地南部高阶煤储层气水产出过程分析 被引量：6

7

作者 刘世奇 桑树勋 +3 位作者 MA Jingsheng 杨延辉 王鑫 杨艳磊 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2017年第9期1-6,24,共7页

为了探讨煤层气井排采控制指标,以沁水盆地南部高阶煤为研究对象,基于气-水相对渗透率试验和渗流物理仿真模拟,探讨了宏观与微观渗流网络中气-水相对渗透率变化机制,并进一步阐述了煤储层气、水产出过程。结果表明,宏观裂隙气-水相渗曲... 为了探讨煤层气井排采控制指标,以沁水盆地南部高阶煤为研究对象,基于气-水相对渗透率试验和渗流物理仿真模拟,探讨了宏观与微观渗流网络中气-水相对渗透率变化机制,并进一步阐述了煤储层气、水产出过程。结果表明,宏观裂隙气-水相渗曲线分为气-水同流区和纯气流动区;微观孔裂隙气-水相渗曲线分为单相水流区、气-水同流区和纯气流动区。煤储层流体产出过程可归纳为开发初期宏观裂隙中水带气的过程,微观孔裂隙中水的单相流动阶段,气相饱和度上升阶段,气驱水的过程,气的单相流动阶段,以及宏观裂隙中气的单相流动阶段。其中,微观孔裂隙中气驱水的过程是高产气井稳定产液的关键,而游离气产出则是煤层压力整体下降的基础。 展开更多

关键词 煤储层 煤层气 气相饱和度 孔裂隙 沁水盆地

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超临界CO2对烟煤和无烟煤化学结构的影响 被引量：9

8

作者 刘世奇 王恬 +2 位作者 杜艺 方辉煌 王鹤 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期19-25,共7页

超临界CO_2对煤化学结构的改造对煤层CO_2封存能力极为关键。论文开展了模拟埋深1 500 m(62.5℃、15MPa)条件下4组不同变质程度煤的ScCO_2-H_2O体系与煤岩地球化学反应实验。通过傅里叶变换红外光谱和X射线粉末衍射实验获得了反应前后... 超临界CO_2对煤化学结构的改造对煤层CO_2封存能力极为关键。论文开展了模拟埋深1 500 m(62.5℃、15MPa)条件下4组不同变质程度煤的ScCO_2-H_2O体系与煤岩地球化学反应实验。通过傅里叶变换红外光谱和X射线粉末衍射实验获得了反应前后煤化学结构演化特征,探讨了煤化学结构演化的机理。结果表明:ScCO_2作用后,煤中脂肪烃链长度普遍增加,仅肥煤的芳香烃丰度增大,肥煤、瘦煤和贫煤含氧基团丰度的增大主要由氢键基团含量的增加贡献,无烟煤含氧基团丰度则主要受低分子化合物溶出的影响。ScCO_2引起的溶胀作用造成肥煤和瘦煤芳香层面之间交联键断裂,芳香微晶内部结构疏松,而芳香层面内CAr-CAr交联的形成提高了肥煤和瘦煤芳香性和芳香环缩合度;贫煤和无烟煤中非稠合多苯结构脱落使芳香微晶内部更紧凑,脂肪烃链长度的增加则降低了贫煤和无烟煤芳香性和芳香环缩合度。 展开更多

关键词 芳香微晶 有机基团 脂肪烃 交联键 溶胀作用 超临界CO2

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模拟地下CO_2泄漏对土壤微生物群落的短期影响 被引量：6

9

作者 张旺园 张绍良 +3 位作者 陈浮 侯湖平 冯启言 马静 《农业环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第6期1167-1176,共10页

为研究地质封存CO_2泄漏对土壤微生物的影响,以徐州市褐潮土为研究对象,利用减压阀和可调节流量计控制CO_2的通入,模拟地质封存CO_2泄漏,测定CO_2通气处理前后的土壤理化性质、酶活性以及微生物群落多样性。结果表明:土壤CO_2浓度的增... 为研究地质封存CO_2泄漏对土壤微生物的影响,以徐州市褐潮土为研究对象,利用减压阀和可调节流量计控制CO_2的通入,模拟地质封存CO_2泄漏,测定CO_2通气处理前后的土壤理化性质、酶活性以及微生物群落多样性。结果表明:土壤CO_2浓度的增加使土壤pH值降低,最大变化幅度为8.15降至7.29;硝态氮平均含量从通气前的1.01 mg·kg^(-1)上升至4.03 mg·kg^(-1),有机质和有效磷含量变化明显。土壤CO_2浓度的增加抑制了FDA水解酶的活性,各组平均含量从22.69 mg·kg^(-1)·h^(-1)下降至11.25 mg·kg^(-1)·h^(-1),多酚氧化酶活性上升幅度达230%,脲酶活性也表现为上升趋势。土壤CO_2浓度的增加导致Alpha多样性降低,表现为Chao1指数减小,Shannon指数从7.35降低至6.23。在确定种类的微生物中,变形菌门丰度迅速增大,比例从29%增至64%,酸杆菌门比例从20%降至13.25%;在属水平上,Methylophilus、Methylobacillus、Methylovorus三属丰度增大,Gp4、Gp6、Gp7丰度减小,其余菌属变化不明显。CCA分析结果表明,在土壤CO_2浓度增加条件下,硝态氮、脲酶、多酚氧化酶活性的增加,FDA水解酶活性、全磷、有效磷的减少与变形菌门、酸杆菌门物种丰度变化之间存在相关性。 展开更多

关键词 地质封存CO2泄漏 模拟试验 土壤 微生物群落 理化性质 酶活性

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基于三维空间表征的高阶煤连通孔隙发育特征 被引量：7

10

作者 杨延辉 刘世奇 +4 位作者 桑树勋 Jingsheng Ma 王鑫 王文峰 杨艳磊 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2016年第10期70-76,共7页

为了探讨高阶煤孔裂隙连通特征,以沁水盆地南部3号无烟煤层为研究对象,基于煤储层结构三维数字化建模方法,构建了煤层多级次孔裂隙网络结构模型并提取了关键参数,同时结合扫描电子显微镜观测,进一步确认了孔裂隙连通关系以及不同成因类... 为了探讨高阶煤孔裂隙连通特征,以沁水盆地南部3号无烟煤层为研究对象,基于煤储层结构三维数字化建模方法,构建了煤层多级次孔裂隙网络结构模型并提取了关键参数,同时结合扫描电子显微镜观测,进一步确认了孔裂隙连通关系以及不同成因类型的孔隙对煤储层连通性的贡献。结果表明:高阶煤孔喉细小,以孔径小于50 nm的中孔为主;孔隙迂曲度较低,截面以方形和正三角形为主,毛管阻力较小;孔隙连通性较差,对连通性起主要作用的是孔径小于50 nm的中孔;差异收缩孔是主要的纳米连通孔隙,该孔隙的发育,形成了具有一定网络拓扑性质的渗流网络结构。孔裂隙网络结构模型表征了孔裂隙分布特征与拓扑关系,能够实现煤岩内部空间的数字化、可视化表征。 展开更多

关键词 无烟煤 连通孔隙 表征技术 数字岩心 沁水盆地

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基于微米焦点CT技术的煤岩数字岩石物理分析方法--以沁水盆地伯方3号煤为例 被引量：18

11

作者 方辉煌 桑树勋 +2 位作者 刘世奇 王鹤 臧丽媛 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期167-174,181,共9页

数字岩石物理技术既可实现煤体孔隙的三维空间表征及重构,又可模拟孔裂隙系统中流体的流动和绝对渗透率的计算。以伯方矿3号煤层为研究对象,基于微米焦点CT扫描与图像处理技术相结合,建立了真实的三维数字岩心模型;应用MATLAB编程及AVIZ... 数字岩石物理技术既可实现煤体孔隙的三维空间表征及重构,又可模拟孔裂隙系统中流体的流动和绝对渗透率的计算。以伯方矿3号煤层为研究对象,基于微米焦点CT扫描与图像处理技术相结合,建立了真实的三维数字岩心模型;应用MATLAB编程及AVIZO软件内含的多种形态学算法,进行了数字岩心孔隙结构量化和表征,建立了等价孔隙网络模型;将AVIZO与COMSOL完美对接,实现了孔隙尺度的渗流模拟、绝对渗透率计算,并探讨了流体运移过程中的压力场及速度场的分布。研究方法丰富了现有数字岩石物理研究手段,为微观尺度上的煤体孔隙结构及流体运移研究提供了一种新的途径。 展开更多

关键词 X-rayCT 三维重构 数字岩石物理 流动模拟 AVIZO COMSOL

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