复杂地质煤矿区煤层气(瓦斯)高效开发关键技术研究与应用

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作者 曹运兴 《山西煤炭》 2023年第4期4-6,共3页

1煤层气开发的现实背景和意义煤炭是我国现阶段的主体能源,且短期内这一形势很难发生改变。其中,山西对我国煤炭工业领域贡献巨大。自1966年以来,山西煤炭产量在全国的占比保持在20%~30%之间,2022年山西煤炭产量达13.1亿t,占全国煤炭总... 1煤层气开发的现实背景和意义煤炭是我国现阶段的主体能源,且短期内这一形势很难发生改变。其中,山西对我国煤炭工业领域贡献巨大。自1966年以来,山西煤炭产量在全国的占比保持在20%~30%之间,2022年山西煤炭产量达13.1亿t,占全国煤炭总产量的28%。可以说“燃烧了山西点亮了全国”,因此在山西进行煤炭研究具有重要的意义。 展开更多

关键词 山西煤炭 我国煤炭工业 煤矿区 复杂地质 主体能源 煤层气(瓦斯) 我国现阶段 背景和意义

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低渗煤层定向多簇气相压裂瓦斯治理技术研究与实践 被引量：55

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作者 曹运兴 张军胜 +3 位作者 田林 翟红 傅国廷 唐军华 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期2631-2641,共11页

为解决低渗透煤层瓦斯抽采难题,在潞安矿区5 a多的研究和规模化现场试验基础上,提出了一种低渗透煤层CO_2气相定向多簇压裂瓦斯综合治理技术。该技术是应用改进后的CARDOX装置系统所产生的高压CO_2气体在煤层中进行定向多簇造缝,实现煤... 为解决低渗透煤层瓦斯抽采难题,在潞安矿区5 a多的研究和规模化现场试验基础上,提出了一种低渗透煤层CO_2气相定向多簇压裂瓦斯综合治理技术。该技术是应用改进后的CARDOX装置系统所产生的高压CO_2气体在煤层中进行定向多簇造缝,实现煤层的卸压和增透,均化和改善局部地应力集中和瓦斯含量/压力的异常分布状态,提高瓦斯抽采效率。研究表明,在气相压裂试验区段,瓦斯突出危险性降低,煤层渗透率提高1~2个数量级,瓦斯抽采浓度和流量提高1个数量级,抽采达标时间由原来的720 d减少到210 d,实现了高瓦斯煤层的安全掘采协调生产。 展开更多

关键词 低渗煤层 瓦斯治理 气相压裂 卸压 潞安矿区

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新疆阜康矿区煤层气双管柱筛管完井机理与适用性研究 被引量：1

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作者 张龙 王一兵 +6 位作者 鲜保安 张亚飞 谭章龙 哈尔恒·吐尔松 孙昊 王冠 张锦涛 《油气藏评价与开发》 CSCD 2022年第4期633-642,共10页

新疆阜康矿区煤储层具有煤层倾角大、厚度大、煤层多、构造复杂等特征,矿区煤层气规模开发进展缓慢,亟需寻找合适的煤层气地质工程一体化开发技术,为新疆煤层气开发提供有力支撑。双管柱筛管完井技术集完井增产一体化,已在沁水盆地推广... 新疆阜康矿区煤储层具有煤层倾角大、厚度大、煤层多、构造复杂等特征,矿区煤层气规模开发进展缓慢,亟需寻找合适的煤层气地质工程一体化开发技术,为新疆煤层气开发提供有力支撑。双管柱筛管完井技术集完井增产一体化,已在沁水盆地推广应用超过400口煤层气水平井。双管柱筛管完井技术从水力冲击作用、清除煤粉、钻井液化学破胶、应力增渗等4个方面对煤层气水平井进行增产改造,助力阜康矿区煤层气高效开发。基于双管柱筛管完井技术特点,从储层煤体结构优势、储层渗透率恢复优势、储层孔裂隙拓展优势、储层构造优势4个方面论述了该技术对于阜康矿区煤层气开发的适用性与应用机理,对新疆类似储层地质条件下的煤层气高效开发具有指导和借鉴意义。 展开更多

关键词 煤层气 阜康矿区 双管柱 筛管完井 适应性研究

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造穴-CO_(2)气相压裂复合技术造缝卸压增渗机理研究 被引量：1

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作者 闫志铭 张新生 +4 位作者 张军胜 杨百舸 曹运兴 李淑敏 董润平 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期63-73,共11页

我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重,目前增透主要采用静力型技术和动力型技术,不同程度地解决了瓦斯治理难题。为获得更好的复合造缝卸压增渗效果,开发出造穴-气相压裂复合技术,综合采用185 MPa高压力CO_(2)冲击煤样、数值模拟、光纤应变监... 我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重,目前增透主要采用静力型技术和动力型技术,不同程度地解决了瓦斯治理难题。为获得更好的复合造缝卸压增渗效果,开发出造穴-气相压裂复合技术,综合采用185 MPa高压力CO_(2)冲击煤样、数值模拟、光纤应变监测3种技术手段,研究造穴-气相压裂复合技术的瓦斯治理机理。结果表明:①煤样在CO_(2)气相压裂应力波作用下,在煤基质表面新形成损伤坑(DM)和三翼型裂隙(TRW)典型显微构造。②煤层在静力型和动力型荷载复合作用下近钻孔中心范围内煤层中原始的裂隙被重新打开,形成以钻孔为中心的放射状多尺度、张剪性破坏为主的裂缝,该裂缝能够充分均化应力集中区,并使得煤层产生不可逆的破坏,其应力扰动范围为24 m。③在有效的气相压裂-造穴复合技术影响范围内,造穴孔有助于提高气相压裂应力波的能量利用效率,避免能量耗散在无效的震动区,充分导通压裂孔与造穴孔多尺度裂缝,使得煤层裂缝区域范围大、连续性强、卸压充分。研究为解决煤层低渗、难抽、高地应力的问题提供了参考。 展开更多

关键词 瓦斯治理 气相压裂 卸压增透 突出煤层 造穴

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郑庄井田3号煤层煤层气成藏条件研究 被引量：1

5

作者 陈旭江 曹运兴 《煤》 2019年第3期1-5,共5页

煤层气成藏条件是煤层气高产富集区预测及评价的重要研究内容之一,文章采用煤层气地质理论,对郑庄井田3号煤层煤层气成藏条件进行了研究。结果表明:煤中丰富的生烃物质和良好的生烃动力,为煤层气生成提供了保障;煤中储集煤层气的空间发... 煤层气成藏条件是煤层气高产富集区预测及评价的重要研究内容之一,文章采用煤层气地质理论,对郑庄井田3号煤层煤层气成藏条件进行了研究。结果表明:煤中丰富的生烃物质和良好的生烃动力,为煤层气生成提供了保障;煤中储集煤层气的空间发育,储气能力强、储气量大、储集动能良好,为煤层气储集提供了利好条件;一定厚度低渗围岩、封闭型构造发育及地下水径流差,为煤层气提供了良好的封闭保存条件。 展开更多

关键词 郑庄井田 3号煤层 煤层气成藏条件

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成庄井田西部15号煤储层物性对煤层气井产气量影响研究 被引量：3

6

作者 郭强 曹运兴 《煤》 2019年第2期1-5,71,共6页

基于成庄井田西部15号煤储层物性资料和煤层气生产资料,开展了煤储层物性对煤层气井产气量影响研究。结果表明:煤储层物性对煤层气产出特征和煤层气井产气量具有重要影响,不同的煤储层物性参数对煤层气井产气量的影响和作用机理各异。... 基于成庄井田西部15号煤储层物性资料和煤层气生产资料,开展了煤储层物性对煤层气井产气量影响研究。结果表明:煤储层物性对煤层气产出特征和煤层气井产气量具有重要影响,不同的煤储层物性参数对煤层气井产气量的影响和作用机理各异。煤层厚度越大、煤层气含量越高,煤层气资源量、资源丰度及含气饱和度越高,有利于煤层气井高产和提高累计产气量;煤储层压力、煤层渗透率越高,越有利于驱动煤层气渗流高效产出、煤层气井高产和提高采收率;煤的高变质,提高了煤的孔渗性、吸附性和煤层气储集性能,有利于煤层气井高产稳产。但延迟了煤层气井产气高峰期时间,对缩短煤层气开发周期亦不利。 展开更多

关键词 成庄井田西部 15号煤层 煤储层物性 产气量

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煤层气低产井高压氮气闷井增产改造技术与应用 被引量：19

7

作者 曹运兴 石玢 +5 位作者 周丹 吴海明 刘同吉 田林 曹永恒 贾猛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期2556-2565,共10页

我国煤层气储层地质条件复杂,低产煤层气井普遍存在。低产井增产改造是中国煤层气行业迫切需要破解的重大理论和瓶颈技术难题。本文所研究的低产井是指投产后经过一个时期排采生产,储层水和煤层气已经大量产出,气产量较低的生产井。这... 我国煤层气储层地质条件复杂,低产煤层气井普遍存在。低产井增产改造是中国煤层气行业迫切需要破解的重大理论和瓶颈技术难题。本文所研究的低产井是指投产后经过一个时期排采生产,储层水和煤层气已经大量产出,气产量较低的生产井。这类低产井的一个重要储层属性是双低压特征,即低水压和低气压。针对这类双低压低产井,研究开发了高压氮气闷井储层保护型增产改造技术,并在潞安矿区余吾井田进行了工程试验,获得了预期增产效果。余吾井田山西组3号煤层区域上为低压低渗储层,煤层气井的产量普遍偏低。两口试验井LA-011和LA-016于2008年投产,经过4 a的排采生产,平均日产量只有31 m 3 /d和20 m 3 /d;两井各进行过一次水力压裂二次改造,增产效果仍不明显。两口井试验前的储层压力梯度只有1.0 kPa/m左右,具有典型的低压低产特征。高压氮气闷井增产改造试验于2012年10月进行,分别泵注高压氮气34 800 m 3 和 44 960 m 3 ,泵注结束后关井闷压92 h和112 h,在井口压力降低到1.0 MPa以下时开井排采。在高压氮气闷井期间,实时监测了试验井周边邻井的套压变化,分析高压氮气在煤层中的运移方向,试验结束后进行了1~3 a的排采生产。结果表明:①在高压氮气泵注阶段,位于不同方向邻井的套压不同程度升高,这一方面表明高压氮气具有区域性面状穿透扩展和造缝现象,并清晰指示了高压氮气在煤层中的造缝穿透运移方向,而且高压氮气新生裂缝扩展方向不再受控于原始的区域地应力场方向,主要与排采后均化的局部地应力场有关。②试验前后同一时间段的产量对比表明,氮气闷井改造具有“单井改造,多井增产”的区域性增产效果:即2井(LA-011和LA-016)改造,受到影响的5口井(LA-011,LA-016,LA-013,LA-014和LA-015)同时增产。③增产效果显著,两口试验井日产气增加1.2~8.9倍,3口邻井日产气增加1.4~3.7倍。高压氮气闷井技术是低压低产井改造增产的有效技术,对煤层气低压低产井增产改造具有推广应用价值。 展开更多

关键词 煤层气 低产井 低压低渗 氮气闷井 增产改造 潞安矿区

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低渗煤层CO_2气相压裂裂隙圈形态研究 被引量：17

8

作者 曹运兴 田林 +2 位作者 范延昌 刘建中 张帅 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第6期46-51,共6页

为了揭示低渗煤层气相压裂裂隙圈形态,采用球形震源理论建立了地震应力降和裂隙圈形态关系,并对山西高河能源公司山西组3号煤层气相压裂作业过程进行了监测研究。结果表明:微地震监测作为一种地球物理手段可以有效揭示气相压裂裂隙卸压... 为了揭示低渗煤层气相压裂裂隙圈形态,采用球形震源理论建立了地震应力降和裂隙圈形态关系,并对山西高河能源公司山西组3号煤层气相压裂作业过程进行了监测研究。结果表明:微地震监测作为一种地球物理手段可以有效揭示气相压裂裂隙卸压圈形态;气相压裂裂隙卸压圈形态显示为不规则的椭球型,椭球的长轴和钻孔压裂段长度相当,短轴长度为8~20 m;气相压裂裂隙扩展的不规则性主要受控于高压气体破岩的不同步,煤(岩)的各向异性及脆性指数也对裂隙扩展形态有影响。 展开更多

关键词 瓦斯治理 气相压裂 微地震 球形震源理论 裂隙圈形态

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煤层气套管井大时长注入/压降试井技术及应用 被引量：5

9

作者 曹运兴 石玢 +3 位作者 刘同吉 周丹 程相振 曹永恒 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第10期168-173,共6页

为了进一步提高低压低渗煤储层裸眼井注入/压降测试参数的可靠性,通过对国内大量的低压低渗煤层气井注入/压降测试工艺现状和理论的分析,认为测试时间的不足是造成低压低渗储层测试结果不可靠的重要原因。通过改变注入/压降测试工艺,合... 为了进一步提高低压低渗煤储层裸眼井注入/压降测试参数的可靠性,通过对国内大量的低压低渗煤层气井注入/压降测试工艺现状和理论的分析,认为测试时间的不足是造成低压低渗储层测试结果不可靠的重要原因。通过改变注入/压降测试工艺,合理有效地延长了关井时间,提高了测试结果的可靠性。研究表明:裸眼井存在井眼事故的隐患,测试时间有限,套管井不受测试时间的限制,并且存在多种优点;针对低压低渗煤储层特性,注入时间8～12 h,合理关井时间是注入时间的7～11倍;潞安矿区30多口煤层气参数井的现场应用,验证了套管井大时长注入/压降试井技术测试结果的可靠性。 展开更多

关键词 煤层气 试井 裸眼井 测试时间 低压低渗 储层参数

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掘进煤巷气相压裂瓦斯涌出规律研究 被引量：1

10

作者 张肖峰 张军胜 +1 位作者 王晓东 范延昌 《山西焦煤科技》 2017年第11期35-38,47,共5页

通过对新元煤矿31004掘进工作面进行气相压裂试验,分析总结出实施气象压裂后的瓦斯涌出规律:巷道回风流中瓦斯浓度升高出现一个峰值,主要原因是气相压裂的扰动,煤层造成裂缝,煤层瓦斯沿裂缝涌向巷道;实施气相压裂措施后,煤巷掘进过程中... 通过对新元煤矿31004掘进工作面进行气相压裂试验,分析总结出实施气象压裂后的瓦斯涌出规律:巷道回风流中瓦斯浓度升高出现一个峰值,主要原因是气相压裂的扰动,煤层造成裂缝,煤层瓦斯沿裂缝涌向巷道;实施气相压裂措施后,煤巷掘进过程中,瓦斯涌出均衡,而且数据监测显示,双孔气相压裂后割煤时的瓦斯涌出量大于单孔压裂后割煤时的瓦斯涌出量。实施气相压裂措施后,实现了煤巷安全高效快速掘进。 展开更多

关键词 气相压裂 瓦斯浓度 双孔压裂 安全掘进

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阜康矿区煤储层酸化改造可行性实验研究 被引量：1

11

作者 刘炎杰 曹运兴 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2017年第1期91-94,共4页

通过对新疆阜康矿区FK01井钻井取芯煤样进行处理,制取成10~20目的煤粒和直径准50 mm的煤芯,用不同的酸液体系对煤粉和煤芯进行处理,测量煤粉酸化前后的溶蚀率和煤芯酸化前后的渗透率。

关键词 酸化 溶蚀率 渗透率

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低渗低压煤层水平井密集多簇压裂高效开发技术及应用 被引量：19

12

作者 曹运兴 石玢 +4 位作者 田林 李丰亮 曹永恒 董轼 周丹 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期3512-3521,共10页

我国煤储层地质条件复杂,煤矿瓦斯灾害严重,煤层气井产量普遍偏低,高效抽采技术是我国煤层气行业和煤矿安全生产迫切需要解决的瓶颈技术难题。以山西大宁井田低渗低压的3号煤层为对象,研发了水平井密集多簇压裂高效开发技术,并进行了工... 我国煤储层地质条件复杂,煤矿瓦斯灾害严重,煤层气井产量普遍偏低,高效抽采技术是我国煤层气行业和煤矿安全生产迫切需要解决的瓶颈技术难题。以山西大宁井田低渗低压的3号煤层为对象,研发了水平井密集多簇压裂高效开发技术,并进行了工程试验,获得了高产开发效果。结果表明:①试验井LDP-02所在区段煤层的平均渗透率0.112×10-15 m^2,储层压力梯度3.7 kPa/m,多分支水平井平均日产量800~1000 m^3,直井平均日产362 m^3左右,具有典型的低渗低压低产储层特征。②产能模拟预测表明,采用15~25 m的簇间距,经过3.85~5.95 a排采,两簇裂缝末端中间位置煤层瓦斯含量可降低至8 m^3/t,满足煤矿生产要求;单段压裂可形成4簇有效裂缝,在液量1000 m^3、砂量50 m^3、排量10 m^3/min的条件下,单簇裂缝半长为64.1 m。③LDP-02井为一组U型水平井,水平井煤层段长920 m,分10段38簇压裂,每段3~4簇,簇间距11~23 m。④排采生产893 d,其中产气687 d,气产量长期稳定16000 m^3/d,已累计产气890×104 m^3,平均日产12955 m^3,日产量是同区段直井的20~36倍,是同井场多分支水平井的10倍以上。 展开更多

关键词 低渗低压 煤层气 水平井 多簇压裂 高效抽采 大宁井田

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不同体积分数CS_(2)溶液对煤的增渗试验研究 被引量：2

13

作者 刘高峰 张震 +3 位作者 曹运兴 鲜保安 张洲 郭飞 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2022年第5期8-16,共9页

为了研究CS_(2)溶液的环保、经济和增渗综合作用效果,以河南焦作赵固矿无烟煤为研究对象,无水乙醇作为混合剂,开展不同体积分数CS_(2)溶液对煤的增渗试验研究。结果表明:经不同体积分数CS_(2)溶液萃取后的煤样,渗透率从原始的0.00016~0.... 为了研究CS_(2)溶液的环保、经济和增渗综合作用效果,以河南焦作赵固矿无烟煤为研究对象,无水乙醇作为混合剂,开展不同体积分数CS_(2)溶液对煤的增渗试验研究。结果表明:经不同体积分数CS_(2)溶液萃取后的煤样,渗透率从原始的0.00016~0.00133 mD增加到0.00018~0.02216 mD,增渗率提高了37.31%~1566.17%;煤样端面裂隙的面密度与增渗率随CS_(2)体积分数的增大均不断增大,CS_(2)体积分数达到50%时,煤样的增渗效果出现了转折点,即体积分数小于50%时,增渗率随体积分数增大而提高,但增幅相对较小,与之相反,体积分数大于50%时,增渗率随体积分数增大大幅提高。煤样的物质组成、化学结构和CS_(2)萃取煤中的物质不同,是造成不同体积分数CS_(2)萃取后煤样增渗效果差异的主要原因。 展开更多

关键词 二硫化碳 体积分数 煤 溶剂萃取 增渗

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冲击荷载下煤的塑性硬化-软化过程动态损伤本构模型 被引量：4

14

作者 张军胜 郭帅房 +3 位作者 张新生 王利 曹运兴 刘高峰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S02期759-769,共11页

CO_(2)气相压裂已经成为我国高瓦斯突出煤矿一种有效的瓦斯综合治理技术,是低频、低速、长波非炸药爆破技术,破坏煤体的机理和过程与炸药爆破高应变率冲击作用不同,可能更接近于中应变率冲击条件下的破坏机制。为研究CO_(2)气相压裂冲... CO_(2)气相压裂已经成为我国高瓦斯突出煤矿一种有效的瓦斯综合治理技术,是低频、低速、长波非炸药爆破技术,破坏煤体的机理和过程与炸药爆破高应变率冲击作用不同,可能更接近于中应变率冲击条件下的破坏机制。为研究CO_(2)气相压裂冲击作用下煤体破坏特征,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统对阳泉矿区新元矿的煤样进行10~100 s^(-1)中应变率条件下的动态冲击试验,分析煤在冲击荷载下脆性破坏向延性破坏转化的特性和应力-应变曲线峰值前硬化、峰值后软化机制。引入受应变率控制的动态弹性模量E_(D),建立煤的塑性硬化-软化过程动态损伤本构模型,并给出模型参数的物理意义及拟合方法,验证模型的正确性。结果表明:(1)冲击荷载下煤的动态应力-应变曲线近似为理想弹塑性变形过程,表现为应力峰值前的应变硬化与峰值后的应变软化特性。其内部裂隙损伤演化破坏过程呈现Ⅰ-无损伤、Ⅱ-微裂隙演化、Ⅲ-宏观裂纹成核、Ⅳ-宏观裂纹扩展及崩塌破坏4个阶段。(2)构建的方程描述了煤塑性硬化-软化全过程,发展了应力-应变曲线BC段应变软化过程的精确描述方法。(3)新模型仅含有5个动力参数,具有力学意义明确、参数少和拟合计算方便的优点。其中动态弹性模量E_(D)、极限应变ε_(s)、峰后应变ε^(B)_(I)随应变率ε的增大而增大,脆性指数n随应变率ε的增大而整体减小;同时ε_(s),ε^(B)_(I)控制损伤累积和宏观裂纹成核过程。(4)与前人研究成果对比分析表明,新模型精度高、普适性更强,同时适用于表征中、高应变率冲击条件下煤的塑性软化损伤破坏特征。 展开更多

关键词 煤 冲击破坏 损伤本构模型 塑性硬化-软化特性 霍普金森压杆(SHPB)

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