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准格尔煤田串草圪旦煤矿5号煤元素地球化学特征

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地学前缘 2016年第3期23卷 74-82页

作者：杨宁唐书恒张松航陈云云中国地质大学(北京)能源学院北京100083

为研究准格尔串草圪旦5号煤微量元素地球化学特征,采用光学显微镜、扫面电子显微镜和X射线衍射(XRD)方法观测煤中矿物组成及形态特征,应用电感耦合等离子质谱(ICP-MS)方法测定煤中多种微量元素含量,运用数理统计方法研究微量元素在煤中... 详细信息

为研究准格尔串草圪旦5号煤微量元素地球化学特征,采用光学显微镜、扫面电子显微镜和X射线衍射(XRD)方法观测煤中矿物组成及形态特征,应用电感耦合等离子质谱(ICP-MS)方法测定煤中多种微量元素含量,运用数理统计方法研究微量元素在煤中的赋存特征。结果表明:5号煤中Li、Be、F、U、Hg 5种元素相对富集,含量高于研究区6号煤及中国煤中含量水平。5号煤中Li、F、Ga、Se无机亲和性强,Be、As、U为亲有机元素;Hg与硫含量显著正相关。各元素在煤中主要以有机结合态、无机结合态和硫化物结合态赋存。

关键词：煤微量元素地球化学特征准格尔煤田

湘西北下古生界海相页岩储层特征与含气性分析

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地学前缘 2016年第2期23卷 135-146页

作者：唐书恒范二平张松航姜文中国地质大学(北京)海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室北京100083 中国地质大学(北京)页岩气资源勘查与战略评价国土资源部重点实验室北京100083 中国地质科学院地质力学研究所北京100081 湖南省地质调查院湖南长沙410116

基于野外地质和钻井资料,结合相关实验测试结果,对湘西北地区下古生界海相页岩储层特征进行了深入研究,并探讨了页岩甲烷含气性及影响因素。结果表明：牛蹄塘组黑色页岩以深水陆棚-斜坡相沉积为主,厚度范围为50~250m;龙马溪组为闭塞海... 详细信息

基于野外地质和钻井资料,结合相关实验测试结果,对湘西北地区下古生界海相页岩储层特征进行了深入研究,并探讨了页岩甲烷含气性及影响因素。结果表明：牛蹄塘组黑色页岩以深水陆棚-斜坡相沉积为主,厚度范围为50~250m;龙马溪组为闭塞海湾沉积,底部黑色页岩发育。两组页岩有机质类型均属于Ⅰ型,有机碳含量平均为3.57%和1.16%,热演化程度较高,平均达2.61%和2.08%。受沉积环境和成岩作用影响,两组页岩均具有高石英、低黏土、少量碳酸盐矿物的组成特征。页岩储集空间可划分为3大类：矿物基质孔、有机质孔、微裂缝。受有机质和黏土矿物等因素影响,页岩内部孔隙结构参数各不同,但主体上孔径小于50nm的微孔和中孔提供了大部分比表面积和孔体积,为气体存储主要场所。牛蹄塘组页岩甲烷最大吸附量平均为1.98cm3/g;龙马溪组页岩甲烷最大吸附量较低,为1.16cm3/g。其中有机质与黏土矿物对页岩甲烷吸附量均有一定的贡献,而过高的成熟度和含水量可导致页岩吸附能力下降。

关键词：湘西北海相页岩储层特征孔隙结构吸附能力

不同排采程度煤储层注CO_(2)驱煤层气模拟评价

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煤炭学报 2022年第3期47卷 1275-1285页

作者：张松航唐书恒张守仁王敬宇中国地质大学(北京)能源学院北京100083 非常规天然气地质评价与开发工程北京市重点实验室北京100083 中联煤层气有限责任公司北京100015

在“双碳”战略背景下,开展煤中封存CO_(2)和提高煤层气采收率(CO_(2)-ECBM)研究有重要现实意义,我国也已开展多方位的先导性试验和工程示范。已有的工程实验表明,煤储层的排采程度对CO_(2)注入的难易程度有重要影响,然而还缺少定量数... 详细信息

在“双碳”战略背景下,开展煤中封存CO_(2)和提高煤层气采收率(CO_(2)-ECBM)研究有重要现实意义,我国也已开展多方位的先导性试验和工程示范。已有的工程实验表明,煤储层的排采程度对CO_(2)注入的难易程度有重要影响,然而还缺少定量数据的支撑以及对CO_(2)注入及驱煤层气的效果的评价。借助数值模拟手段,以沁水盆地柿庄北区块SX018-5H井煤层气地质和工程条件为基础,构建了含1口水平井和2口直井的3号煤层CO_(2)-ECBM工区,设计了水平井排采0,1,2,3和4 a后,在1 a内连续注入万吨CO_(2),以及排采4 a后持续注入CO_(2)共计6个注入驱替方案,对比了10 a模拟时间内注入CO_(2)各方案及不注入CO_(2)方案的气井产出和储层动态变化情况。研究结果表明,在沁水盆地南部柿庄北区块3号煤层地质条件下,水平井具有较高的CO_(2)注气效率,3号煤层具有较大的封存潜力,注入万吨CO_(2)主要封存在水平井筒(长700 m)附近60 m范围内;煤储层的排采程度,也就是注入CO_(2)前储层的含气/含水饱和度,对CO_(2)注入有重要影响,储层中甲烷排采越充分,越有利于CO_(2)注入;CO_(2)注入对邻近煤层气井的生产存在增加储层压力的“负”效应和驱替甲烷的“正”效应。要在CO_(2)-ECBM项目中达到较好的驱替效果,一方面应增加煤储层的排采程度,另一方面应适当降低CO_(2)注入井和煤层气生产井距。

关键词：煤储层 CO_(2)封存煤层气采收率储层压力水平井

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无烟煤中甲烷和二氧化碳混合气吸附运移规律

煤炭学报 2021年第2期46卷 544-555页

作者：张松航张守仁唐书恒信迪刘冰中国地质大学(北京)能源学院北京100083 非常规天然气地质评价与开发工程北京市重点实验室北京100083 中联煤层气有限责任公司北京100015

煤中CH_(4)和CO_(2)的运移和竞争吸附,是煤中CO_(2)封存和提高煤层气采收率(CO_(2)-ECBM)项目注入优化设计、注入驱替效果评价的重要依据。针对沁水盆地南部3个高阶煤样品开展了煤岩煤质、孔隙结构测试(低温液氮和二氧化碳吸附实验)和... 详细信息

煤中CH_(4)和CO_(2)的运移和竞争吸附,是煤中CO_(2)封存和提高煤层气采收率(CO_(2)-ECBM)项目注入优化设计、注入驱替效果评价的重要依据。针对沁水盆地南部3个高阶煤样品开展了煤岩煤质、孔隙结构测试(低温液氮和二氧化碳吸附实验)和纯甲烷、二氧化碳及其混合气(体积分数75%CH_(4)+25%CO_(2),50%CH_(4)+50%CO_(2),25%CH_(4)+75%CO_(2))吸附试验。基于混合气吸附相密度计算,分析了煤中混合气吸附的绝对吸附量和气体分离因子随压力的变化规律;同时采用双孔隙扩散模型计算了吸附实验中每个压力段气体的等效扩散系数和大孔扩散占比;最后研究了煤岩煤质和孔隙结构对煤中CH_(4),CO_(2)吸附运移和竞争吸附作用的影响。结果表明:①煤中超微孔比表面积较低温氮比表面积高1~2个数量级,是煤岩吸附的主要场所;②高阶煤气体吸附分离因子(S(CO_(2)-CH_(4)))随平衡压力和气体体积分数于3~20变化,一般随压力的升高而下降,与煤中微、小孔发育正相关;③双孔扩散模型可以较好的描述混合气体的扩散过程,总体上受基质膨胀效应影响煤样的大孔等效扩散率随压力升高呈幂函数降低,且在相同压力下,大孔等效扩散率随CO_(2)体积分数增加而增高。煤样的小孔等效扩散率与气体体积分数和压力关系不明显,大孔扩散占比随压力升高呈“V”型变化。项目成果有助于深入理解CH_(4)和CO_(2)的吸附解吸过程。

关键词：无烟煤 CO_(2)-ECBM 竞争吸附混合气扩散沁水盆地

晋城无烟煤煤中CH_4和CO_2运移规律研究

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中国矿业大学学报 2012年第5期41卷 770-775页

作者：张松航唐书恒万毅李忠诚张静平中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室能源学院北京100083

基于三轴应力条件下,煤岩有效应力、吸附膨胀量和渗透率的一体测试,研究了晋城无烟煤吸附甲烷和二氧化碳后,渗透性随有效应力改变和煤岩吸附膨胀效应的变化规律.认为煤岩吸附膨胀量和孔隙压力的关系可用兰氏方程描述;煤岩渗透性同有效... 详细信息

基于三轴应力条件下,煤岩有效应力、吸附膨胀量和渗透率的一体测试,研究了晋城无烟煤吸附甲烷和二氧化碳后,渗透性随有效应力改变和煤岩吸附膨胀效应的变化规律.认为煤岩吸附膨胀量和孔隙压力的关系可用兰氏方程描述;煤岩渗透性同有效应力、吸附膨胀量均呈负指数函数关系,同时结果表明:甲烷和二氧化碳在晋城无烟煤中的扩散方式不同,煤岩对甲烷的吸附膨胀符合单孔气体扩散模型,而对二氧化碳的吸附膨胀符合双孔气体扩散模型,且甲烷的吸附膨胀速率小于二氧化碳的吸附膨胀速率;煤岩饱和吸附后,各孔隙压力条件下的初始渗透率与孔隙压力呈幂函数关系减小.针对晋城无烟煤,同等条件下煤岩吸附甲烷后的渗透率为吸附二氧化碳后渗透率的1.14～1.51倍,大部分在1.30倍左右.

关键词：煤层气二氧化碳吸附膨胀有效应力渗透率沁水盆地

山西沁水盆地南部太原组煤储层产出水氢氧同位素特征

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煤炭学报 2013年第3期38卷 448-454页

作者：王善博唐书恒万毅李忠诚张松航中国地质大学(北京)能源学院北京100083

为了研究沁水盆地南部太原组15号煤储层及其顶板灰岩的含水特征及水动力条件,从沁水盆地南部柿庄地区采集了煤层气井排出水、矿井下的煤层水与煤层顶板灰岩水、地表水共51个水样进行氢氧同位素及主要离子浓度测定。结果表明:目前排采15... 详细信息

为了研究沁水盆地南部太原组15号煤储层及其顶板灰岩的含水特征及水动力条件,从沁水盆地南部柿庄地区采集了煤层气井排出水、矿井下的煤层水与煤层顶板灰岩水、地表水共51个水样进行氢氧同位素及主要离子浓度测定。结果表明:目前排采15号煤的煤层气井排出水是煤层水和煤层顶板灰岩水的混合水。15号煤储层和顶板灰岩裂隙含水层之间存在较强的水力联系,煤层在排水过程中接受灰岩水的大量补给。煤层顶板灰岩裂隙含水层封闭性较差,水在灰岩裂隙中径流速度较快。煤层顶板灰岩水表现出^(18)O漂移的特点,排采15号煤的煤层气井排出水既表现出^(18)O漂移特点,也表现出D漂移特点,而排采3号煤的煤层气井排出水则主要表现出D漂移特点。煤层气并排出水的δD和δ^(18)O值都与矿化度TDS呈现出一定的正相关性,δD和δ^(18)O值也可以作为判断煤层水径流条件的参考因素。

关键词：煤层水氢氧同位素太原组沁水盆地南部漂移

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鄂尔多斯盆地东缘煤层气储层物性研究

鄂尔多斯盆地东缘煤层气储层物性研究

作者：张松航中国地质大学（北京）

学位级别：硕士

在分析整理鄂尔多斯盆地东缘各矿区已有煤田地质资料基础上,应用煤与煤层气地质学、表面化学、分形学等理论与方法,对煤岩显微组分、煤级、煤质煤类、孔隙度、孔径分布、比表面积、渗透率等煤层气储层物性特征进行深入研究,运用聚类分... 详细信息

在分析整理鄂尔多斯盆地东缘各矿区已有煤田地质资料基础上,应用煤与煤层气地质学、表面化学、分形学等理论与方法,对煤岩显微组分、煤级、煤质煤类、孔隙度、孔径分布、比表面积、渗透率等煤层气储层物性特征进行深入研究,运用聚类分析方法提炼构建了煤储层孔隙系统地质模型,分析探讨了煤储层物性差异发育的控制作用,重点剖析了河曲、保德、柳林、韩城、蒲城、澄合等矿区12个矿点的煤层气储层物性发育规律。压汞实验测试表明,鄂尔多斯盆地东缘煤储层孔隙以小孔、微孔发育为主,尤以小孔占优,大孔次之,中孔最弱。低温氮等温吸附实验表明,鄂尔多斯盆地东缘煤储层的BET比表面积为0.092～20.480 m2/g,平均为2.046 m2/g。北部煤的比表面积较大,随煤级增高向中部、南部减小。此外粘土矿物对比表面积贡献明显。可将等温吸附曲线归纳划分为一个序列4种类型,每种类型代表了一定的煤层气储运关系。分析比较测试数据,提炼、总结了鄂尔多斯盆地东缘煤储层孔隙系统的四种地质模型和相应的分形数学模型,分析了各模型的储层物性贡献。孔隙模型一、二有相对较好的孔隙系统结构,代表了物性相对较好的有利储层;而孔隙模型三、四的孔隙系统结构相对较差,代表了物性相对中等或较差的不利储层。由于孔隙系统结构差异而带来的显著的物性差异,使得有利储层和不利储层交替出现。运用变异系数、突进系数及级差系数描述了柳林龙门塔矿9号煤层、河曲刘家塔小蒜塔矿13号煤层、韩城桑树坪矿11号煤层储层非均质性模型。研究区中低煤级煤储层物性差异发育主要受煤变质程度与成煤环境双重因素控制。R型聚类分析表明,森林指数(WI),矿物与灰分含量(M%、Aad%)与煤储层BET比表面积,惰质组含量关系密切,并随煤级升高影响小孔发育。煤相明显控制了储层非均质性,同一煤层中森林泥炭沼泽相、过渡泥炭沼泽相发育的光亮、半亮煤储层,物性相对较好;干燥泥炭沼泽相,活水泥炭沼泽相多发育的暗淡、半暗煤,储层物性相对较差。相比之下,三角州平原相带的河曲、保德煤储层物性最好,陆表海相带的韩城居次,三角洲前缘相带的柳林最差。

关键词：鄂尔多斯盆地东缘煤储层物性非均质模型控制因素

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晋城无烟煤CO_2-ECBM数值模拟研究

煤炭学报 2011年第10期36卷 1741-1747页

作者：张松航唐书恒潘哲军汤达祯李忠诚张静平中国地质大学(北京)能源学院北京100083 澳大利亚联邦科工组织地球科学与资源工程部

基于晋城无烟煤储层地质条件下的储层和煤岩参数,结合晋城无烟煤煤层气藏直井生产必须压裂增产的实际,使用澳大利亚联邦科工组织的煤层气储层数值模拟软件(SIMEDWin)模拟了不同生产井和注入井井距(116、200、300 m)条件下的煤层气增产和... 详细信息

基于晋城无烟煤储层地质条件下的储层和煤岩参数,结合晋城无烟煤煤层气藏直井生产必须压裂增产的实际,使用澳大利亚联邦科工组织的煤层气储层数值模拟软件(SIMEDWin)模拟了不同生产井和注入井井距(116、200、300 m)条件下的煤层气增产和CO2埋存过程。研究结果表明:煤储层注CO2增产煤层甲烷效果明显;CO2-ECBM过程中煤层气生产井的气、水产量呈现联动变化;煤储层的割理孔隙度在甲烷解吸、CO2吸附、煤岩有效应力改变的综合效应下呈现增高—降低—增高—降低的变化趋势。综合考虑煤层甲烷产量和CO2的封存能力,选择200 m产注井距具有较好的注入增产效果。

关键词：晋城无烟煤煤层气 CO2 采出率产注井距

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沁水盆地煤系非常规天然气共生聚集机制

煤炭学报 2018年第6期43卷 1533-1546页

作者：李俊张定宇李大华唐书恒张松航中国矿业大学(北京)地测学院北京100083 重庆地质矿产研究院重庆400042 中国地质大学(北京)能源学院北京100083

沁水盆地煤系非常规天然气(煤系"三气")资源丰富,研究煤系非常规天然气的共生聚集机制有助于天然气资源的综合利用。依托煤系有机地化与储层物性相关测试数据,分析了煤系非常规天然气的生烃物质基础与储层特征;基于典型钻孔的沉积序列... 详细信息

沁水盆地煤系非常规天然气(煤系"三气")资源丰富,研究煤系非常规天然气的共生聚集机制有助于天然气资源的综合利用。依托煤系有机地化与储层物性相关测试数据,分析了煤系非常规天然气的生烃物质基础与储层特征;基于典型钻孔的沉积序列、岩性组合和气测资料,建立了三类煤系非常规天然气共生模式并探讨了其在层序格架内的分布特征;通过成藏过程和成藏动力分析,评估了盆地内煤系非常规天然气的共采前景。研究认为:沁水盆地煤系非常规天然气生烃物质基础雄厚,天然气生成、运聚的宏观动力条件和储层条件时空配置得当,共生成藏条件良好;石炭-二叠系山西组与太原组发育"三气"共生和两种"二元"气藏共生组合,联合勘探开发前景较好,页岩气和致密砂岩气单独开发风险较大。

关键词：沁水盆地煤系非常规天然气共生聚集共采前景