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鄂尔多斯盆地神木–佳县区块深部煤层气地质特征及勘探开发潜力

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煤田地质与勘探 2023年

作者：李国永姚艳斌王辉孟令箭李珮杰张永超王建伟马立民华北理工大学应急管理与安全工程学院煤层气开发利用国家工程研究中心煤储层物性实验室中国地质大学(北京)能源学院中国石油冀东油田分公司

我国深部(以下均指埋深大于2 000 m)煤层气资源丰富，勘探开发潜力巨大。与中浅部相比，深部煤层气在富集成藏规律与开发方式方面均具有显著的差异性，急需针对重点区块开展解剖性分析研究。神木–佳县区块位于鄂尔多斯盆地东北部，目... 详细信息

我国深部(以下均指埋深大于2 000 m)煤层气资源丰富，勘探开发潜力巨大。与中浅部相比，深部煤层气在富集成藏规律与开发方式方面均具有显著的差异性，急需针对重点区块开展解剖性分析研究。神木–佳县区块位于鄂尔多斯盆地东北部，目前尚处于深部煤层气勘探的起步阶段，深部煤层气富集特征及开发潜力等尚不明确。基于研究区近期实施的地震资料、300余口井的测井资料和4口取心井的分析资料等，系统分析煤储层基础地质特征，总结煤层气富集主控因素与富集规律，类比剖析研究区深部煤层气勘探开发潜力。研究区深8号煤的镜质体反射率介于0.7%～1.8%，大部分区域煤层演化已处于热解生气高峰，区域上煤层净煤厚度高达7～8 m，煤层发育稳定，构造相对简单、水动力封闭性较强、顶底板封盖条件较好，为煤层气大面积连续成藏提供了优越条件，其中佳县南区的煤层气资源条件最好。与鄂尔多斯盆地东部其他区块深部煤层相比，研究区煤层中游离气占比明显更高(15.21%～46.47%)，煤层中吸附气主要受吸附压力封存控制，而游离气受毛管力封闭与浮力重力分异双重控制，两种封存机制共同决定了深部煤层含气量的垂向分带与平面分区，以佳县南部为例总结了吸附气吸附压力主控、游离气毛管压力封闭与重力分异耦合控制的典型深部煤层气富集模式。与临兴区块和大宁–吉县区块类比分析结果表明，神木–佳县区块具有较好的煤层气资源基础、储层改造条件和高产潜力，预示了此区块深部煤层气规模化开发的美好前景。此外，大宁–吉县区块深部属典型的高煤阶煤，而神木–佳县深部为中煤阶煤，因此，该研究认识进一步丰富完善了深部煤层气富集理论，对于全国深部煤层气勘探开发实践有重要指示意义。

关键词：深部(层)煤层气鄂尔多斯盆地东部神木-佳县深8号煤煤层气富集机制

鄂尔多斯盆地渭北地区页岩纳米孔隙发育特征及其控制因素

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石油与天然气地质 2014年第4期35卷 542-550页

作者：吴建国刘大锰姚艳斌中国地质大学能源学院北京100083 非常规天然气地质评价及开发工程北京市重点实验室北京100083 页岩气勘查与评价国土资源部重点实验室北京100083

为深入研究鄂尔多斯盆地东南缘渭北地区页岩储层中纳米孔隙的发育特征及其地质控制因素,对采自太原组、山西组和延长组三套泥页岩层的11块样品进行低温氮吸附实验、氩离子抛光-场发射扫描电镜、显微组分、镜质体反射率（Ro）、总有机碳... 详细信息

为深入研究鄂尔多斯盆地东南缘渭北地区页岩储层中纳米孔隙的发育特征及其地质控制因素,对采自太原组、山西组和延长组三套泥页岩层的11块样品进行低温氮吸附实验、氩离子抛光-场发射扫描电镜、显微组分、镜质体反射率（Ro）、总有机碳（TOC）和X-射线衍射等系列分析测试。研究结果表明,研究区泥页岩处于低成熟向成熟转变阶段,有机碳含量差异较大,储层纳米级孔隙以中小孔（粒径2-50 nm）为主,约占总孔体积的63.5%,BET比表面积大多在10 m^2/g以上,有利于页岩气的吸附;孔隙形态以＂狭缝状＂和＂墨水瓶＂形孔隙为主。研究区页岩的矿物类型具有明显的区域差异性：韩城区以粘土矿物为主,而铜川区以脆性矿物为主。粘土矿物含量与微孔（粒径〈2 nm）、中小孔总含量呈显著的正相关性,而脆性矿物含量与大孔（粒径〉50 nm）含量正相关,因此矿物类型差异是影响该区页岩纳米孔隙发育的主控因素。另外,Ro与TOC对纳米孔隙发育也有一定的影响：页岩Ro越高,大孔含量越高、中小孔含量越低;有机碳含量越高,微孔和中小孔含量越高。

关键词：低温氮吸附纳米孔隙页岩气渭北地区鄂尔多斯盆地

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基于GIS的华北煤层气资源综合评价

基于GIS的华北煤层气资源综合评价

作者：姚艳斌中国地质大学（北京）

学位级别：硕士

论文结合国家重点基础研究发展规划项目“中国煤层气成藏机制及经济开采基础研究”子项目“煤储层物性非均质性及控制机理研究”（2002CB211702）及中国地质调查局资助项目“华北中高变质煤区煤层气资源综合评价”（200210100004）,首... 详细信息

论文结合国家重点基础研究发展规划项目“中国煤层气成藏机制及经济开采基础研究”子项目“煤储层物性非均质性及控制机理研究”（2002CB211702）及中国地质调查局资助项目“华北中高变质煤区煤层气资源综合评价”（200210100004）,首次在华北地区应用地理信息系统（GIS）方法对华北地区煤层气资源进行了储层评价及资源预测。地理信息系统（GIS）的空间数据管理、空间分析及图形可视化表达方面的功能使其在资源综合评价方面具有广阔的发展前景。论文将 GIS 的多层叠加技术与多层次模糊数学评价方法相结合,提出了一种基于 GIS 的煤层气资源综合评价方法。该方法,首先依据多层次模糊数学的思想建立模糊评判体系,在 GIS 平台（以美国 Mapinfo 公司开发的桌面地理信息系统软件 Mapinfoprofessional 7.0 作为平台）下实现数据的处理、建库,然后在 GIS 平台下进行二次开发将 GIS 多层叠加分析技术溶入到评价系统,建立煤层气资源 GIS评价系统,最后在系统下完成对研究区的资源评价,并将评价结果连同各种专题数据以地图的方式输出。论文在对华北区煤层气进行评价时,重点选取了六个代表性的煤层气田进行解剖。包括山西的沁水盆地,河南的平顶山煤田、安鹤煤田、荥巩煤田、焦作煤田、永夏煤田。以这六典型的煤层气田的地质演化为依据,重点分析了该区的煤层气藏形成的煤储层地质特征（煤层厚度及稳定性、煤变质程度和煤岩组成等）、煤储层物性特征（孔隙度、渗透率、储层压力、甲烷含量等）和煤层气藏封盖性能特征（煤层埋深、盖层岩性、构造类型及水文地质条件等）。采用容积法计算了研究区的煤层气资源量和资源丰度,并利用“基于 GIS的多层次模糊数学评判方法”评价了华北地区煤层气资源,研究圈定了若干个有利目标区。

关键词：煤层气煤层气储层地理信息系统（GIS）模糊数学综合评价

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锚注技术在井筒修复实践中的应用

煤炭技术 2009年第4期28卷 138-140页

作者：姚艳斌黑龙江龙煤集团鹤岗分公司矿建公司黑龙江鹤岗154100

结合兴安矿四水平新副井井筒修复的工程实践,分析了锚注支护的工程特点。经工程应用表明,注浆可以将松散围岩胶结成一体,锚杆可以加固围岩,锚杆支护与注浆加固共同作用显著提高了围岩的强度和承载能力,有效地控制了围岩变形问题,同时也... 详细信息

结合兴安矿四水平新副井井筒修复的工程实践,分析了锚注支护的工程特点。经工程应用表明,注浆可以将松散围岩胶结成一体,锚杆可以加固围岩,锚杆支护与注浆加固共同作用显著提高了围岩的强度和承载能力,有效地控制了围岩变形问题,同时也封堵井壁淋水以免对围岩侵害。

关键词：围岩破碎锚注井筒修复工程实践

包埋法等离子喷涂制备热障涂层抗高温氧化性能研究

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包埋法等离子喷涂制备热障涂层抗高温氧化性能研究

作者：姚艳斌江苏大学

学位级别：硕士

热障涂层(Thermal Barrier Coatings,TBCs)主要应用于航空飞机发动机涡轮叶片,典型的热障涂层结构主要由金属粘结层和陶瓷层组成。陶瓷层具有耐高温、低热导率等性能,在涂层服役过程中能够降低金属基体表面的实际温度,提高金属部件的使... 详细信息

热障涂层(Thermal Barrier Coatings,TBCs)主要应用于航空飞机发动机涡轮叶片,典型的热障涂层结构主要由金属粘结层和陶瓷层组成。陶瓷层具有耐高温、低热导率等性能,在涂层服役过程中能够降低金属基体表面的实际温度,提高金属部件的使用温度。金属粘结层主要起到抗高温氧化和改善基体材料与陶瓷层材料的物理相容性,减小涂层的氧化速率,避免热障涂层体系中陶瓷层和金属粘结层之间由于热膨胀系数不匹配所引起的涂层剥落。本文以GH586镍基高温合金为基体材料,选用包埋法制备Co-Cr-Y改性铝涂层,作为热障涂层的金属粘结层,陶瓷层选用8%Y2O3稳定的氧化锆(8YSZ),采用等离子喷涂技术制备热障涂层的陶瓷层。对包埋法制备的涂层组织和结构进行了分析;对包埋法制备的金属粘结层和等离子喷涂后的热障涂层分别进行了1000℃下的等温氧化和循环氧化,对金属粘结层高温下的氧化机理和热障涂层高温下失效过程进行了研究和分析,其研究结果如下:(1)通过包埋法成功制备出Co-Cr-Y改性铝涂层,并对工艺参数进行优化,依据包埋涂层的厚度和涂层恒温氧化速率,选取最优一组涂层,其包埋渗剂成分配比为10Co-20Cr-7Al-4Y(质量分数)。包埋渗后涂层结构主要由外层和扩散层两部分组成,涂层表面主要以Al0.96Ni1.04和NiAl相为主。(2)包埋试样在1000℃下恒温氧化100h时的氧化增重为0.36mg/cm2,涂层具有较好的抗高温氧化性能。恒温氧化100h时,表面主要以Al2O3为主。1000℃氧化循环100次时,涂层表面较为平整,表面氧化物发生团聚和相溶,除Cr2O3和Al2O3外,涂层表面还出现了一些CoAl2O4、NiCr2O4等尖晶石相。随着高温循环氧化进行,涂层中Al含量不断减少,导致涂层内发生β-NiAl→γˊ-Ni3Al→γ-Ni+Al转变,使得涂层抗高温氧化性能发生退化。(3)等离子喷涂陶瓷层表面凹凸不平,喷涂陶瓷层后TC/BC层截面分布明显。BC层表面在微观结构上呈现凹凸不平状态,粘结层和陶瓷层呈现勾合状态结合。采用图像分析法对等离子喷涂陶瓷层进行分析,最终测得陶瓷层涂层平均孔隙率为9.0%。等离子喷涂热障涂层在700℃、800℃和900℃下的隔热温度分别为:64℃、72℃、83℃。(4)对热障涂层体系进行1000℃恒温氧化实验,氧化100h后,TGO层厚度明显增厚,在TC/TGO界面上出现了大的孔洞和裂纹。1000℃循环氧化100次时,TGO分为上下两层,下层颜色较深主要为Al2O3;上层颜色较浅,除Al2O3生成外,还生成大的无规则块状尖晶石结构的氧化物。在TGO/TC界面出现大的孔洞和局部区域的分离。造成热障涂层体系失效的主要原因为TGO层的增厚和TC/TGO界面孔洞和裂纹的形成,孔洞的增大和裂纹的延伸使得陶瓷层从TC/TGO界面发生剥离。

关键词：热障涂层包埋法等离子喷涂改性铝涂层高温氧化

TOUGH-FLAC^(3D)热流固耦合模拟煤储层水力压裂过程

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石油与天然气地质 2018年第3期39卷 611-619页

作者：袁学浩姚艳斌甘泉刘大锰周智中国地质大学(北京)能源学院北京100083 阿伯丁大学地球科学学院石油地质系中国石油华北油田分公司河北任丘062552

以沁水盆地南部安泽区块煤层气储层为例,将TOUGH与FLAC3D搭接耦合来设计模拟,以实现对煤储层水力压裂热-流-固耦合的分析,进而获得在多场控制下的裂缝扩展与穿层规律。研究结果表明:水力裂缝沿着先存裂缝方向扩展更容易发生于二者以较... 详细信息

以沁水盆地南部安泽区块煤层气储层为例,将TOUGH与FLAC3D搭接耦合来设计模拟,以实现对煤储层水力压裂热-流-固耦合的分析,进而获得在多场控制下的裂缝扩展与穿层规律。研究结果表明:水力裂缝沿着先存裂缝方向扩展更容易发生于二者以较小逼近角相交时。当逼近角较大时,水力裂缝会沿着最大主应力方向扩展。在垂向平面上,由于煤岩与顶底板岩石力学性质差异显著且煤层微裂隙发育,压力在煤层当中传播速度快于在顶底板中,导致在煤层中靠近顶底板的交界面处,形成两个相对高压区域。同时埋深较深的煤层由于原地应力较大,相比于浅层煤层,更易发生塑性变形。深部煤层由于压裂液滤失系数较小且垂向应力较大造成的流压积累,是顶底板被压穿的主要原因。煤样物理实验和压裂曲线分析的结果验证了此次模拟结论的准确性。

关键词：多场耦合数值模拟水力压裂煤层气安泽区块沁水盆地

沁水盆地安泽区块煤储层含气性特征及其构造控制

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地学前缘 2017年第6期24卷 342-352页

作者：钟雨彤刘大锰姚艳斌蔡益栋侯月华中国地质大学(北京)煤层气国家工程中心煤储层实验室北京100083 中国地质大学(北京)能源学院北京100083

基于安泽地区的二维地震资料、测井数据和完井数据,分析了该地区煤储层含气性特征及构造对含气量的影响,分别从剥蚀量、上覆有效地层厚度、断层三个方面进行研究。结果表明:安泽地区经历印支期、燕山期、喜马拉雅期三个时期构造运动,总... 详细信息

基于安泽地区的二维地震资料、测井数据和完井数据,分析了该地区煤储层含气性特征及构造对含气量的影响,分别从剥蚀量、上覆有效地层厚度、断层三个方面进行研究。结果表明:安泽地区经历印支期、燕山期、喜马拉雅期三个时期构造运动,总剥蚀量为2 200~3 300m。安泽地区剥蚀量西部小、保存条件较好,对应含气量较高。剥蚀量东部大、保存条件较差,对应含气量较低。在构造影响较弱区,煤层含气量随上覆有效地层厚度的增加而逐渐增高。断层的控制范围在500m,距离断层500m以内的地区含气量低于距离断层超过500m的地区。同一条断层下降盘较上升盘有更好的封盖能力,含气量相对高。安泽地区的断层构造样式中地堑、掀斜断块和逆断层是较好的储气环境,而地垒不利于煤层气保存。

关键词：构造含气量断层安泽区块

鄂尔多斯盆地北部煤系有机显微组分特征与生烃潜力

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吉林大学学报（地球科学版） 2011年第S1期41卷 91-97页

作者：敖卫华黄文辉姚艳斌中国地质大学能源学院北京100083 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083

以鄂尔多斯盆地北部煤系伊24井及其周围地区煤系为对象,重点研究煤的不同显微组分特征及生烃能力。结果显示:该地区烃源岩族组成中以高含量的沥青质、中含量的非烃和芳烃、低含量的饱和烃为特征,总体上属于气源岩;有机质类型属腐殖型。... 详细信息

以鄂尔多斯盆地北部煤系伊24井及其周围地区煤系为对象,重点研究煤的不同显微组分特征及生烃能力。结果显示:该地区烃源岩族组成中以高含量的沥青质、中含量的非烃和芳烃、低含量的饱和烃为特征,总体上属于气源岩;有机质类型属腐殖型。煤的镜下鉴定以基质镜质组为特征,可观察到大量孢子体、角质体,但树脂体少见,且未发现藻类体。镜质组生烃潜力是壳质组的1/4,是惰质组的2.5倍,是主要的生烃组分,形成于弱还原环境。延安组主体进入低成熟阶段(R moax=0.50%～0.70%),山西组—太原组主体进入中—高成熟阶段(R moax=1.40%～1.80%)。伊24井延安组未进入主要的排烃期,山西组—太原组则进入了主要的排烃期,曾经发生了大量的排烃作用,是附近地区重要的气源岩。

关键词：鄂尔多斯盆地煤有机显微组分生烃潜力

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基于核磁冻融技术的煤的孔隙测试研究

石油与天然气地质 2016年第1期37卷 141-148页

作者：郭威姚艳斌刘大锰孙晓晓高杨文中国地质大学(北京)非常规天然气地质评价及开发工程北京市重点实验室北京100083 中国地质大学(北京)能源学院北京100083 上海纽迈电子科技有限公司上海200062

采用核磁冻融测孔法(NMRC)和低温氮吸附BJH法对6组不同变质程度煤样进行了孔隙结构和孔体积测试对比实验,首次探讨了将核磁冻融测孔技术应用于煤储层孔隙结构研究的可能性与可行性。研究表明,针对同一煤样,NMRC法测得的总孔体积明显大于... 详细信息

采用核磁冻融测孔法(NMRC)和低温氮吸附BJH法对6组不同变质程度煤样进行了孔隙结构和孔体积测试对比实验,首次探讨了将核磁冻融测孔技术应用于煤储层孔隙结构研究的可能性与可行性。研究表明,针对同一煤样,NMRC法测得的总孔体积明显大于BJH法。造成这种现象的原因主要有两个方面:一是,与BJH法相比,NMRC法能够测得更多的封闭孔的孔隙信息;二是,BJH法的计算模型本身存在一定局限性,在测量10 nm以下的微孔和部分中、大孔方面能力有限。不同煤阶煤样的测试结果表明,NMRC法测得的总孔体积随煤岩镜质组反射率增高呈现"先降低后升高"的变化趋势,这与孔隙度随煤阶的变化规律一致;而BJH法的测量结果存在异常值,与上述规律不符。整体上,NMRC法在定量识别煤储层"全孔隙"方面较其他常规方法具有明显的优势;同时,该方法受制样等人为因素的影响较小,是一种可拓展应用于非常规储层孔隙结构的新方法。

关键词：核磁共振冻融测孔法低温氮吸附法孔隙结构封闭孔煤