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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

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煤炭学报 2024年第5期49卷 2414-2425页

作者：周泽易同生秦勇周永峰杨磊汪凌霞贵州省煤田地质局贵州贵阳550025 贵州优驰能源科技有限责任公司贵州贵阳550014 中国矿业大学江苏徐州221116 贵州省煤炭流态化开采重点实验室贵州贵阳550014

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... 详细信息

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。

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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煤炭地下气化的敏感性地质因素探讨

煤田地质与勘探 2024年第3期52卷 24-36页

作者：周泽易同生秦勇周永峰汪凌霞孔维敏贵州省煤田地质局贵州贵阳550025 贵州优驰能源科技有限责任公司贵州贵阳550014 贵州省煤炭流态化开采重点实验室贵州贵阳550014 中国矿业大学江苏徐州221116

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... 详细信息

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。

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

煤层气井产出水演化路径及产量判识意义——以黔西地区织金区块为例

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石油学报 2024年第3期45卷 517-530页

作者：郭晨李瑞腾秦勇卢玲玲易同生陈贞龙袁航高为程曦西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室陕西西安710054 西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院陕西西安710054 中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室江苏徐州221116 西北大学地质学系陕西西安710069 中国煤炭地质总局航测遥感局陕西西安710199 贵州省煤田地质局贵州贵阳550008 中国石油化工股份有限公司华东油气分公司江苏南京210011 贵州省煤层气页岩气工程技术研究中心贵州贵阳550008

煤层气井的产出水蕴含着重要的地质与产能信息,揭示产出水的地球化学特征与主控因素,阐明产出水的演化路径及其与产能的内在关系,有助于理解产能的非均质性并为开发方案优化提供依据。近年来,黔西地区织金区块煤层气的勘探开发取得重要... 详细信息

煤层气井的产出水蕴含着重要的地质与产能信息,揭示产出水的地球化学特征与主控因素,阐明产出水的演化路径及其与产能的内在关系,有助于理解产能的非均质性并为开发方案优化提供依据。近年来,黔西地区织金区块煤层气的勘探开发取得重要突破,这为中国南方多层、薄层状煤层条件下煤层气的开发提供了技术示范,但仍然存在产出水质变化大、产能不确定性高、控产因素不明等问题。通过采集黔西地区织金区块上二叠统长兴组—龙潭组煤层气井的产出水样并开展水文地球化学测试,探讨了水化学特征、演化路径及其产量判识意义。产出水质包括Na-HCO_(3)型与Na-Cl型,前者的总固溶体(TDS)含量为944~2681 mg/L,后者的TDS含量为3603~8800 mg/L。以TDS含量为刻度,水样的5个聚类(聚类①—聚类⑤)代表地下水的滞留程度依次增高。脱硫酸作用、阳离子交换吸附作用、浓缩作用是控制产出水化学特征与演化的主要因素。产出水的水质变化先后经历了氧化条件下补给作用主导的低TDS含量(3000 mg/L)对应高产井。提取煤层气产量判识的关键水化学指标及其临界值,通过分析TDS含量和Cl^(-)、Na^(+)、Sr^(2+)等特征离子浓度可更有效地判识高产井;借助脱硫系数可更有效地判识低产井。黔西地区织金区块煤层气井的选址应避开地下水径流强烈地带,布设在具有高TDS含量、高Cl^(-)含量、低SO_(4)^(2-)含量的滞留区,珠藏次向斜轴部为布设煤层气井的有利区。水动力干扰及其诱发的低效降压仍是制约直井/定向井多层合采产能效率的重要因素。研究成果可为织金区块煤层气的高效开发与产出水的处理提供依据。

关键词：产出水水化学演化黔西地区煤层气合采流体干扰

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黔西石炭系页岩气赋存特征与勘探潜力

油气藏评价与开发 2022年第1期12卷 82-94页

作者：易同生陈捷贵州省煤层气页岩气工程技术研究中心贵州贵阳550009 贵州省煤田地质局贵州贵阳550009 贵州省煤田地质局159地质队贵州盘县561600

为探索页岩气富集成藏特征与勘探潜力,以黔西下石炭统页岩为研究对象,基于2口调查井和2口探井资料重点从地层层序及沉积相、页岩赋存特征、成藏条件及有利区评价等方面进行剖析,研究表明:(1)黔西下石炭统页岩沉积受北西—南东向水城—... 详细信息

为探索页岩气富集成藏特征与勘探潜力,以黔西下石炭统页岩为研究对象,基于2口调查井和2口探井资料重点从地层层序及沉积相、页岩赋存特征、成藏条件及有利区评价等方面进行剖析,研究表明:(1)黔西下石炭统页岩沉积受北西—南东向水城—紫云断裂控制和水城—六枝隆起构造影响,划分为威宁—水城沼泽—潟湖过渡相沉积区和水城—紫云浅水陆棚海相沉积区,形成威宁、紫云2个沉积中心,沉积厚度介于30~200 m,研究区威宁—水城页岩沉积厚度为119 m,底界埋深介于1500~3000 m,为勘探有利区;(2)受多期构造影响和同沉积控制,褶皱、断层共生组合控气成藏特征在该区较发育,为典型的逆断层封堵背斜组合构造控气成藏模式;(3)平面上,威水背斜与水城—紫云断裂所形成的构造作用带是威宁—水城区域下石炭统旧司组页岩气富集有利区,面积约为944 km^(2);垂向上,至少存在3套富有机质页岩含气层,具有较好的勘探潜力。

关键词：石炭系过渡相页岩气赋存特征潜力评价

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煤炭地下气化项目技术经济评价研究进展述评

煤田地质与勘探 2023年第7期51卷 1-16页

作者：易同生秦勇周永峰汪凌霞金军周泽贵州省煤田地质局贵州贵阳550025 中国矿业大学江苏徐州221116 贵州优驰能源科技公司贵州贵阳550014

煤炭地下气化(UCG)是我国清洁高效煤炭能源结构发展战略所驱,其产业化前景取决于项目的经济社会效益。立足这一背景,回顾了国内外UCG项目经济评价研究进展,总结了UCG项目经济竞争力的当前理解,通过案例介绍了煤炭地下气化–蒸气轮机联... 详细信息

煤炭地下气化(UCG)是我国清洁高效煤炭能源结构发展战略所驱,其产业化前景取决于项目的经济社会效益。立足这一背景,回顾了国内外UCG项目经济评价研究进展,总结了UCG项目经济竞争力的当前理解,通过案例介绍了煤炭地下气化–蒸气轮机联合循环发电-CO_(2)捕集与储存(UCGCCGT-CCS)经济评价基本模型及主要认识,讨论了深化UCG项目经济评价研究的方向性启示。结果显示,国内外目前对UCG经济性的认识存在差异,普遍对浅部UCG项目商业竞争力持乐观态度,但对深部UCG经济性认识分歧较大;财务分析基本方法与技术经济参数、适应性数学工具的结合形成了UCG项目技术经济评价模型,国内外UCG技术经济研究各有特色;UCG项目经济性极大程度上取决于合成气利用路线及CO_(2)处理方式和成本,其中腔体宽度因子(HWR)、合成气成分、发电效率、CO_(2)处理对合成气发电总成本的影响最为强烈。分析认为,加强技术经济参数针对性研究是深化我国UCG经济评价的当务之急,系统剖析现有UCG现场试验案例经济性特点是破解目前认识差异困局的客观途径;深化煤炭地下气化-二氧化碳循环利用(UCG-CCU)过程及其工程行为,研究可为研发低成本CO_(2)处理技术提供依据;创新发展UCG工艺技术,将约束因素向效益型方向转变,则是提高UCG开采效益的根本途径。

关键词：煤炭地下气化项目经济评价现状发展方向

美国煤炭地下气化先导试验及其对现代UCG技术的贡献

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煤田地质与勘探 2023年第7期51卷 34-42页

作者：黄婉王军汪凌霞易同生陈可心秦勇贵州优驰能源科技公司贵州贵阳550014 中国矿业大学江苏徐州221116 贵州省煤田地质局贵州贵阳550081

煤炭地下气化(UCG)产业化有助于煤炭能源结构转型发展,提高煤炭资源的低碳化利用水平,是一项符合可持续发展战略的环境友好型能源开发技术。20世纪80—90年代的国际能源危机,促使美国大力发展UCG技术,先后开展了6大系列UCG先导试验,极... 详细信息

煤炭地下气化(UCG)产业化有助于煤炭能源结构转型发展,提高煤炭资源的低碳化利用水平,是一项符合可持续发展战略的环境友好型能源开发技术。20世纪80—90年代的国际能源危机,促使美国大力发展UCG技术,先后开展了6大系列UCG先导试验,极大推进了UCG技术进步,为全球现代UCG技术的形成提供了关键基础。系统收集整理美国40余年的UCG先导试验成果,梳理关键技术发展路径,目的是为我国正在推进的UCG技术产业化进程提供启示和借鉴。研究表明,美国通过UCG先导试验和技术探索,确定了适宜于UCG技术的煤层和煤质条件,创新发展了钻井式UCG方法和工艺,尤其是发明了可控后退式注入点(CRIP)和双水平井(P-CRIP)技术,提供了气化通道建造、气化过程控制、合成气质量提高三方面技术难题的解决方案;提出了相邻孔腔相互融合的技术思路,为从单炉开始扩大UCG气化规模奠定了可行基础。在政府层面上组织实施系统的协同科技研发计划,是美国UCG技术创新能力持续释放的关键。同时,美国UCG系列试验尚有诸多技术难题有待进一步解决,如UCG炉地质密封性及其动态监测评价、气化通道动态监控与稳定性、煤层充分气化保障技术、炉宽安全有效扩展技术、UCG炉环境监测与控制、与碳减排密切结合的UCG技术等,为我国UCG技术发展提供了需要关注的重点方向。

关键词：煤炭地下气化先导试验技术创新美国贡献

面向项目风险控制的煤炭地下气化地质条件分析

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煤炭学报 2023年第1期48卷 290-306页

作者：秦勇易同生汪凌霞金军周泽孔维敏贵州省煤田地质局贵州贵阳550025 中国矿业大学江苏徐州221116

煤炭地下气化(UCG)是中国煤炭工业发展的必然选择,地质风险控制是UCG项目成败与否的首要基础。立足这一背景,将钻井式UCG项目风险控制总目标分解为建炉地质可行性、气化生产易控性、气化过程安全性、开发生产经济性4个子目标,探讨地质... 详细信息

煤炭地下气化(UCG)是中国煤炭工业发展的必然选择,地质风险控制是UCG项目成败与否的首要基础。立足这一背景,将钻井式UCG项目风险控制总目标分解为建炉地质可行性、气化生产易控性、气化过程安全性、开发生产经济性4个子目标,探讨地质条件与潜在风险之间因果关系,提出了UCG地质分析与评价新思路。分析认为,UCG炉高质量建造体现在井壁稳定性和井眼轨迹可控性2个方面,前者关键地质因素是煤体结构或强度,后者主要受控于煤层厚度、结构、产状及其稳定性。UCG生产易控性地质评价聚焦于2个目标:一是气化工作面推进易控性,倾角适中的煤层有利于UCG工作面推进,燃点过高煤层工作面推进难度较大,复杂煤层结构不利于气化,微构造是UCG过程控制的不利因素;二是UCG层内通道易控性,通道易控性随煤层埋深增大而显著降低,高黏结高膨胀性煤层会严重危害通道畅通程度,高灰熔点和高热稳定性煤层更易保持通道畅通性。UCG过程安全性地质分析同样包括2个方面:其一,UCG生产安全性,涌水量过大带来安全生产隐患,上覆足够厚度隔水层及其稳定性是保障生产安全的关键;其二,UCG环境安全性,UCG地面沉降总体上并不显著,有机物污染潜势与煤种高度相关,中~难挥发性有害元素对地下水环境的危害性需高度关注。UCG开发经济性主要涉及气化有效性、合成气质量、资源可靠性3个方面,与煤的化学反应性、灰分产率、煤田勘查程度、煤炭资源量等因素密切相关,地下气化-煤层气联采则是提高UCG经济性的可探索途径。实际上,多数地质因素均与上述4个UCG风险控制子目标相关联,不同程度上存在交叉影响,需依据相对贡献参与UCG地质评价,其中微断层、煤的黏结性和膨胀性、上覆含水层距离3个因素具有“一票否决”作用,进而提出了面向UCG项目风险控制的地质评价与优选基本思路。

关键词：煤炭地下气化项目风险地质分析建炉可行性生产易控性过程安全性生产经济性

美国UCG先导试验及其对现代UCG技术的贡献

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煤田地质与勘探 2023年

作者：黄婉王军秦勇易同生汪凌霞陈可心中国矿业大学贵州优驰能源科技公司贵州省煤田地质局

煤炭地下气化(UCG)产业化有助于煤炭能源结构转型发展，提高煤炭资源的低碳化利用水平，是一项符合可持续发展战略的环境友好型能源开发技术。20世纪80—90年代的国际能源危机，促使美国大力发展UCG技术，先后开展了6大系列UCG先导试验... 详细信息

煤炭地下气化(UCG)产业化有助于煤炭能源结构转型发展，提高煤炭资源的低碳化利用水平，是一项符合可持续发展战略的环境友好型能源开发技术。20世纪80—90年代的国际能源危机，促使美国大力发展UCG技术，先后开展了6大系列UCG先导试验，极大推进了UCG技术进步，为全球现代UCG技术的形成提供了关键基础。系统收集整理美国40余年的UCG先导试验成果，梳理关键技术发展路径，目的是为我国正在推进的UCG技术产业化进程提供启示和借鉴。研究表明，美国通过UCG先导试验和技术探索，确定了适宜于UCG技术的煤层和煤质条件，创新发展了钻井式UCG方法和工艺，尤其是发明了可控后退式注入点(CRIP)和双水平井(P-CRIP)技术，提供了气化通道建造、气化过程控制、合成气质量提高三方面技术难题的解决方案；提出了相邻孔腔相互融合的技术思路，为从单炉开始扩大UCG气化规模奠定了可行基础。在政府层面上组织实施系统的协同科技研发计划，是美国UCG技术创新能力持续释放的关键。同时，美国UCG系列试验尚有诸多技术难题有待进一步解决，如UCG炉地质密封性及其动态监测评价、气化通道动态监控与稳定性、煤层充分气化保障技术、炉宽安全有效扩展技术、UCG炉环境监测与控制、与碳减排密切结合的UCG技术等，为我国UCG技术发展提供了需要关注的重点方向。

关键词：美国煤炭地下气化先导试验技术创新贡献

基于生产特征曲线的煤层气合采干扰判识方法——以黔西地区织金区块为例

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石油勘探与开发 2022年第5期49卷 977-986页

作者：郭晨秦勇易同生陈贞龙袁航高俊喆苟江西安科技大学地质与环境学院西安710054 陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室西安710054 西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院西安710054 中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室江苏徐州221116 贵州省煤田地质局贵州贵阳550008 中国石油化工股份有限公司华东油气分公司南京210011

为了高效识别煤层气合采干扰以及时调整开发方案、提高合采效率,以黔西地区织金区块为例,基于 6 口典型煤层气合采井排采数据,引入包括生产指示曲线、单位降深产水量随时间变化曲线和单位压差产水量随时间变化曲线的生产特征曲线,分析... 详细信息

为了高效识别煤层气合采干扰以及时调整开发方案、提高合采效率,以黔西地区织金区块为例,基于 6 口典型煤层气合采井排采数据,引入包括生产指示曲线、单位降深产水量随时间变化曲线和单位压差产水量随时间变化曲线的生产特征曲线,分析合采干扰在生产特征曲线上的响应特点。研究表明:根据含煤地层抽水试验钻孔单位涌水量数据,可以获得煤层气井原位产水能力临界值为 2 m^(3)/(d·m);生产指示曲线形态与初期直线段斜率对干扰有明显响应,依据生产指示曲线初期直线段斜率临界值 200 m^(3)/MPa,可区分含煤岩系内源水与外源水两种水源类型;单位压差产水量随时间变化曲线分为上凹和下凹两种形态,前者产出内源水,平均产气量大于 800 m^(3)/d,后者产出外源水,平均产气量小于 400 m^(3)/d。构建了基于生产特征曲线的煤层气合采干扰判识方法与临界指标,结合产气效率分析形成合采干扰判识图版,可为优化合采工程设计、探索经济高效合采模式提供借鉴。

关键词：煤层气多煤层合采层间干扰生产指示曲线外源水内源水判识图版