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2023-2024年煤炭地下气化技术研究进展述评
1
作者 秦勇 易同生 汪凌霞 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第4期1-17,共17页
【背景】煤炭地下气化(UCG)技术产业化是保障清洁能源供给安全的一个可能解决方案,当前新一轮UCG技术探索热潮方兴未艾。【方法】系统梳理国内国际文献,评述2023-2024年期间UCG技术研究进展,分析UCG技术发展面临的主要挑战,提出未来重... 【背景】煤炭地下气化(UCG)技术产业化是保障清洁能源供给安全的一个可能解决方案,当前新一轮UCG技术探索热潮方兴未艾。【方法】系统梳理国内国际文献,评述2023-2024年期间UCG技术研究进展,分析UCG技术发展面临的主要挑战,提出未来重点探索方向。【进展】提出了基于UCG的煤炭能源开发利用变革性技术,认为发展UCG–煤层气资源–CO_(2)封存与利用(UCG–CBM–CCUS)协同高效联产工艺技术是推进UCG技术产业化的关键。UCG生产动态与过程控制研究重点范围有所扩大,完善了UCG传热传质模型和模拟方法并建立了UCG腔体生长过程主要参数数学模型,探讨了UCG生产行为对炉内温度、压力、气化剂配方、注气工艺的响应特点和变化规律,论证了UCG生产富氢气体的天然优势和成本优势,揭示声发射定位技术在UCG生产动态监控中的潜在多项功能。UCG安全研究关注重点集中在运行安全、地下水安全、地表沉降防控、碳减排4个方面,研究了UCG粗煤气爆炸特性、井筒喷淋降温措施和管材抗氢腐蚀特点,初步开发出耐高温回填新材料,提出了多种UCG地下水污染防控技术,形成多种UCG地面沉降及残余沉降预测方法,提出了UCG碳减排基本策略及“碳调减”主动减排策略。UCG地质约束与选区选址评价、井下关键装备与工具、技术经济性评价等方面研究进展显著,地质评价高度关注UCG工程行为对地层条件的响应,提出和论证了催化剂注入工艺、新型点火方式、外加电磁场激励加热、气化剂注入方式和工艺改进等新设想,成功研制可燃套管、连续管等关键装备工具,多种新工艺新技术设想颇具新意和潜在实用价值。研究展示了UCG粗煤气生产和利用的经济竞争力。首次实施UCGECBM(煤层气增产)高效联采新工艺现场技术验证。【展望】鉴于近期UCG现场实践揭示的重大问题,提出了UCG地质-工程一体化、施工技术水平提升、关键装备工具研发三大未来重点探索方向。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 技术策略 控制与安全 现场试验 进展 未来探索
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贵州省煤层气井压裂改造对产气量的影响及开发建议——以盘关向斜为例 被引量：3
2
作者 胡海洋 颜智华 +4 位作者 娄毅 杜志刚 李全中 陈捷 高为 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期116-126,共11页
贵州省含煤构造单元多、煤层层数多、厚度薄,多为低渗储层,宜采取“分段压裂、合层排采”工艺进行煤层气开发。研究以盘关向斜煤层气井为例,在分析2口直井压裂改造规模的基础上,分析其压裂效果,进而研究了压裂改造效果对煤层气井气水产... 贵州省含煤构造单元多、煤层层数多、厚度薄,多为低渗储层,宜采取“分段压裂、合层排采”工艺进行煤层气开发。研究以盘关向斜煤层气井为例,在分析2口直井压裂改造规模的基础上,分析其压裂效果,进而研究了压裂改造效果对煤层气井气水产出的影响,最后总结了盘关向斜煤层气井高效改造压裂施工参数的合理阈值。结果表明:水力压裂是低渗储层增渗的有效途径,增渗倍数与压裂改造规模密切相关,盘关向斜2口井每米煤层的加砂量、加液量及单孔排量的差异,导致压裂改造后与改造前的渗透率比值为55∶1,改造后渗透率差异较大;提高每米煤层的加液量、加砂量及单孔排量,对提高煤层的改造效果及产气量有利,建议每米煤层加液量不宜低于400 m^(3),每米煤层加砂量不宜低于20 m^(3),压裂施工排量不低于8 m^(3)/min,且单孔排量宜控制在0.2 m^(3)/min以上;根据压裂改造后的煤层渗透率,针对改造效果好的煤层气井,可以适当快排降压,反之则应控制排采强度,降低快排降压可能引起的储层敏感性伤害。研究成果可以为该区块低渗煤层增渗增能改造提供技术参考。 展开更多
关键词 煤层气井 分层压裂 排采控制 气水产出 开发建议
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贵州煤矿区煤层气(瓦斯)高效抽采关键技术
3
作者 易旺 梁龙军 +7 位作者 颜利冲 颜智华 陈捷 高为 娄毅 阳富芹 胡海洋 朱家伟 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期340-355,共16页
在“双碳”目标背景下,如何解决煤矿区高瓦斯矿井瓦斯超限频发及煤层气地面高效抽采难题,就必须想办法实现煤与煤层气2种资源的高效协同开发。依托国家“十三五”和“十四五”科技重大专项持续攻关,紧密结合贵州煤矿“四区”实际,研究... 在“双碳”目标背景下,如何解决煤矿区高瓦斯矿井瓦斯超限频发及煤层气地面高效抽采难题,就必须想办法实现煤与煤层气2种资源的高效协同开发。依托国家“十三五”和“十四五”科技重大专项持续攻关,紧密结合贵州煤矿“四区”实际,研究探索以煤矿全矿区、全甜点煤层、全时段的煤层气(瓦斯)“四区”联动高效立体抽采模式和技术体系。受煤矿区特殊地质条件的影响,其煤层气抽采及瓦斯治理方式较传统的煤层气开发及井下瓦斯治理技术存在一定差异,特别是在煤矿采空区,当煤层采空后,由于地应力的采后释放与重新分布,在倾向上形成5个应力场,导致临近区域上覆地层会受到不同程度影响,这对煤层气地面开发或瓦斯超前治理带来了新的挑战。现以贵州盘江矿区山脚树矿为例,为实现多薄煤层群发育条件下煤矿“四区”煤层气及卸压瓦斯的高效抽采,基于煤矿区采空、采动、原位地层应力分布及时空错位等特点,采用“一区一策”。创新探索出具有如下贵州特色的煤矿区“四区”联动井上下立体联合高效抽采技术:①通过在采空区布设多功能抽采直井或小斜度定向井,在贵州地区首次实现对采空区上覆煤岩层卸压瓦斯及下伏甜点煤层煤层气高效抽采及开发;②在生产区利用时空错位的特点,针对上保护层开采首采煤层采用“煤层气井+卸压井+井下钻孔”多方式抽采模式,在实现煤层气(瓦斯)井上下立体联合抽采的目的同时也有效解决了贵州煤层群发育条件下采煤过程中多源瓦斯涌入采煤巷及上隅角瓦斯易聚集的难题;③在准备区及规划区,结合两区地形及地质特点,采用水平井“井工厂”+“两俩对错”叠置布井模式,实现了全区域在平面上超前预抽甜点煤层煤层气及后续采动过程中上覆多煤岩层卸压瓦斯的高效抽采,同时以期实现“以井代巷”的目标;④针对研究区多薄煤层群发育及采动后上覆地层“三带”发育特点,由于“四区”角色的不断转变,将先期布设在生产区或准备区的地面煤层气井,采用“桥塞底封+选层射孔”工艺,创新井型结构“变身”技术来实现“一井多用”的目的;真正实现煤层气(瓦斯)井地联合高效协同抽采与利用,也为贵州地区多薄煤层群发育条件下的煤矿区瓦斯治理提供新的技术思路及积累了宝贵的工程经验。 展开更多
关键词 煤矿区 煤层气(瓦斯) 四区 水平井 一井多用
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煤炭地下气化的敏感性地质因素探讨 被引量：5
4
作者 周泽 易同生 +3 位作者 秦勇 周永峰 汪凌霞 孔维敏 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期24-36,共13页
相对于地面煤化工装置,煤炭地下气化(UCG)炉体为地质体,地质条件准确认识是推进UCG气化成功的关键前提。为了最大限度避免煤炭地下气化选区选址地质风险,以贵州复杂地质条件为例,系统探讨其煤炭地下气化的敏感性地质因素。通过收集梳理... 相对于地面煤化工装置,煤炭地下气化(UCG)炉体为地质体,地质条件准确认识是推进UCG气化成功的关键前提。为了最大限度避免煤炭地下气化选区选址地质风险,以贵州复杂地质条件为例,系统探讨其煤炭地下气化的敏感性地质因素。通过收集梳理贵州煤炭资源勘查资料,建立归一化的参数分级赋值、参数权重向量算法、参数权重积算法等数学模型,准确获取研究区地质参数量化数据;基于由26个地质因素构成的地质参数集,采用数理统计方法,识别地质风险关键因素对复杂构造区煤层UCG可行性的交叉影响,查明建炉可行性、过程易控性、气化安全性、开发经济性“四性”指标敏感性地质风险源。结果表明:“四性”指标地质参数的敏感性有所差异,建炉可行性、过程易控性、气化安全性、开发经济性的地质因素敏感性依次变弱,UCG可行性对建炉可行性的依赖性最强,过程易控性次之,其他两个条件离散性相对较大,敏感性明显降低;就敏感性程度而言,26项地质参数中最为敏感的是煤的坚固性系数,其他8个主控地质因素分别是煤层厚度、煤层倾角、煤厚变异系数、夹矸厚度系数、断层指数、煤层埋深、奥亚膨胀度和黏结指数,影响建炉可行性、过程易控性两个方面。就贵州UCG敏感性地质因素来说,UCG项目成功与否的关键在于建炉可行性,气化炉选址应优先考虑构造发育特征及其对煤层条件的影响;为持续推进煤炭地下气化产业发展,下一步或可立足于我国煤炭资源特性及赋存条件实际,以“四性”认识为基础建立统一的UCG地质风险评价准则,进而为典型地质条件先导性试验区选址提供科学依据。 展开更多
关键词 无井式 煤炭地下气化 敏感性因素 地质因素 主成分分析 气化炉选址
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贵州无井式UCG选址选层“四性”地质评价模式与资源类型划分 被引量：4
5
作者 周泽 易同生 +3 位作者 秦勇 周永峰 杨磊 汪凌霞 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2414-2425,共12页
为建立科学系统的“地质−工程”一体化地质风险评估模式,解决煤炭地下气化(UCG)选址选层难题,提出了一种以“建炉可行性、过程易控性、气化安全性、开发经济性”四性认识为基础,利用FAHP模糊层次分析法创建的包括4项一级指标、10项2级... 为建立科学系统的“地质−工程”一体化地质风险评估模式,解决煤炭地下气化(UCG)选址选层难题,提出了一种以“建炉可行性、过程易控性、气化安全性、开发经济性”四性认识为基础,利用FAHP模糊层次分析法创建的包括4项一级指标、10项2级指标、26项3级关键地质参数的地质评价要素层次结构模型。该模型引入“阈值”概念,对断层指数、奥亚膨胀度、黏结指数、上覆含水层距离4项指标的超“阈值”情况实施“一票否决”,充分重视特定地质参数对UCG控制的关键作用;通过“两两判断矩阵”确定各指标权重向量,根据隶属函数厘定指标层隶属度;并提出了相应地质评价技术方法,配套建立了权重积、综合权重积以及最优3段分割等算法,将所涉及指标量化分析,精准判断资源类型与级别;同时基于矩阵结构混合编码方式,提出了“四性四级”五位编码的UCG资源类型表征系统。最终形成了以“四性”理论为基础,“算法”为骨架,“四性四级”五位编码为灵魂的科学化、系统化UCG选址选层地质评价体系。该评价体系可在多场耦合的UCG生产过程相关风险识别机制的前沿探索方面发挥关键作用,有效改善现有UCG风险识别理论局限于地质单方面,缺乏工程联系的问题,实现大区域的UCG量化选址选层,为省级乃至国家级煤炭地下气化战略规划提供解决途径,从而提出可供分步实施的典型地质条件先导性试验区建议,推动煤炭地下气化产业化进程。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 地质评价 资源分类 层次结构模型
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黔西北地区上二叠统煤层气富集机理与有利区优选评价
6
作者 李鸿磊 郭志军 +3 位作者 易同生 秦勇 杨通保 金军 《中国地质》 北大核心 2025年第2期597-612,共16页
【研究目的】优选研究区煤层气勘查开发有利区,为贵州省煤层气勘查部署提供参考。【研究方法】以煤层气勘查资料及实验测试成果为基础,系统分析研究区主煤层(6、14、27号煤层)的厚度、含气量、渗透率、储层压力和煤体结构发育特征,利用... 【研究目的】优选研究区煤层气勘查开发有利区,为贵州省煤层气勘查部署提供参考。【研究方法】以煤层气勘查资料及实验测试成果为基础,系统分析研究区主煤层(6、14、27号煤层)的厚度、含气量、渗透率、储层压力和煤体结构发育特征,利用五指标法对19个含气区进行了优选评价。【研究结果】(1)上述三个主煤层具有南西厚,北东薄的厚度变化趋势;煤层含气量平均11.73 m^(3)/t,向斜控气特征典型。(2)区域上划分出7个大含气区,其中煤层含气量大于16 m^(3)/t的地带主要分布于比德-三塘向斜及金龙-黔西-金沙向斜群。(3)煤层试井渗透率平均0.173 mD,属于中-低渗透率煤层,渗透率在横向上由西向东总体趋于降低,纵向上随着层位降低而降低,但在不同煤层之间出现明显波动。(4)试井煤储层压力平均4.98 MPa,压力系数平均0.86,总体上欠压,由东向西方向具有由欠压状态向正常和超压状态转变的趋势。(5)构造煤具有自东向西逐渐增多的趋势,东部煤层以原生结构与碎裂煤为主,西部以碎粒煤与碎粉煤为主。【结论】本文优选出Ⅰ级有利区7个,Ⅱ级有利区8个,Ⅲ级有利区4个,认为土城、杨梅树、大河边、水公河、比德、以支塘、金龙(北)等7个向斜为Ⅰ级有利区,是研究区煤层气开发潜力较大的含气构造单元;格目底、金盆、三塘、黔西(北)、金沙、流长、莫老坝7个向斜为Ⅱ级有利区;其余向斜为Ⅲ级有利区。 展开更多
关键词 煤层气 上二叠统 储层属性 有利区 能源勘查工程 黔西北
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