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煤系页岩瓦斯吸附-解吸迟滞效应核磁共振谱实验研究

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力学学报 2021年第8期53卷 2193-2204页

作者：唐巨鹏田虎楠潘一山辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁大学物理学院沈阳110036

煤系页岩瓦斯主要以吸附态和游离态形式存在,其解吸过程相对吸附过程具有普遍滞后现象,因此从微细观角度定量研究其吸附-附解吸迟滞规律对页岩气井后期稳产增产具有重要意义.在前人研究基础上结合核磁共振谱理论推导出能够准确表征煤系... 详细信息

煤系页岩瓦斯主要以吸附态和游离态形式存在,其解吸过程相对吸附过程具有普遍滞后现象,因此从微细观角度定量研究其吸附-附解吸迟滞规律对页岩气井后期稳产增产具有重要意义.在前人研究基础上结合核磁共振谱理论推导出能够准确表征煤系页岩瓦斯吸附-解吸迟滞效应微细观评价模型,并采用核磁共振谱测试技术,以双鸭山盆地东保卫煤矿三采区36#煤层底板煤系页岩为研究对象,进行煤系页岩瓦斯吸附-解吸迟滞效应核磁共振谱实验,模拟不同储层原位应力状态煤系页岩瓦斯迟滞效应发生全过程,进一步对吸附态瓦斯、游离态瓦斯以及微细观方法测定的宏观瓦斯迟滞规律进行定量化研究,并对其发生机理以及其对深部煤系页岩瓦斯开采影响进行了初步探究.结果表明:应力状态下吸附态和游离瓦斯均有滞后效应;瓦斯宏观迟滞系数与平均有效应力呈幂函数关系,而瓦斯宏观迟滞效应中由吸附态或游离态瓦斯引起的迟滞系数与平均有效应力关系均可采用二次多项式拟合;孔裂隙应力损伤和微孔隙瓦斯扩散受限耦合或许是煤系页岩瓦斯吸附-解吸迟滞效应产生根本原因之一.

关键词：煤系页岩核磁共振谱吸附态瓦斯游离态瓦斯吸附-解吸迟滞效应平均有效应力

瓦斯压力对煤系页岩瓦斯吸附特性影响核磁共振谱试验研究

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岩土力学 2016年第S2期37卷 203-208,215页

作者：唐巨鹏田虎楠于宁丁佳会辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

瓦斯压力是影响煤系页岩瓦斯吸附特性的关键因素。以阜新高瓦斯矿井清河门矿煤系页岩为研究对象,采用低场核磁共振（NMR）谱技术,通过向放有试样的夹持器中不断充入瓦斯,模拟煤系页岩瓦斯集聚赋存过程。以核磁共振T2谱幅值积分作为反映... 详细信息

瓦斯压力是影响煤系页岩瓦斯吸附特性的关键因素。以阜新高瓦斯矿井清河门矿煤系页岩为研究对象,采用低场核磁共振（NMR）谱技术,通过向放有试样的夹持器中不断充入瓦斯,模拟煤系页岩瓦斯集聚赋存过程。以核磁共振T2谱幅值积分作为反映瓦斯吸附量定量化指标,从微细观角度定量研究瓦斯压力对吸附态和游离态瓦斯量影响规律。试验结果表明,（1）两个截止阈值确定了吸附态和游离态瓦斯T2谱曲线范围;（2）瓦斯压力对煤系页岩吸附态和游离态瓦斯增量均有显著影响。吸附态瓦斯增量变化受控于煤系页岩和瓦斯分子间作用力,而游离态瓦斯增量则主要与煤系页岩孔隙结构有关;（3）吸附态瓦斯量与瓦斯压力间关系符合朗格缪尔等温吸附方程,而游离态瓦斯与瓦斯压力呈3次函数关系;（4）以瓦斯T2谱均值变化幅度定量描述孔隙平均半径扩胀变形程度,随瓦斯压力增加,煤系页岩中大孔隙结构均发生显著扩胀,平均半径增加1.47倍,而微孔隙结构尺寸未见明显变化。

关键词：瓦斯压力煤系页岩瓦斯吸附核磁共振(NMR)

平均有效应力对煤系页岩瓦斯微观吸附-解吸特性影响试验研究

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岩土力学 2022年第7期43卷 1803-1815页

作者：田虎楠唐巨鹏潘一山余泓浩辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学新能源研究中心辽宁阜新123000 辽宁大学物理学院辽宁沈阳110036

页岩气井初期和后期产气规律差异本质上是三维应力变化下微观游离态、吸附态瓦斯赋存运移产出机制不同。为从微观角度揭示平均有效应力对煤系页岩气井生产初期游离态瓦斯和后期吸附态瓦斯产出规律影响,以双鸭山盆地东保卫煤矿36煤层底... 详细信息

页岩气井初期和后期产气规律差异本质上是三维应力变化下微观游离态、吸附态瓦斯赋存运移产出机制不同。为从微观角度揭示平均有效应力对煤系页岩气井生产初期游离态瓦斯和后期吸附态瓦斯产出规律影响,以双鸭山盆地东保卫煤矿36煤层底板煤系页岩为研究对象,采用核磁共振T谱技术对模拟原位应力状态煤系页岩试样进行瓦斯微观吸附-解吸试验。以平均有效应力作为煤系页岩所受原位应力状态指标,以核磁共振T谱幅值积分作为煤系页岩微观吸附态、游离态瓦斯含量定量表征指标,定量研究了吸附-解吸过程中煤系页岩微观吸附态和游离态瓦斯含量与平均有效应力的关系,及微观吸附态和游离态瓦斯迟滞系数与平均有效应力的关系,通过多因素线性回归明确了平均有效应力对煤系页岩微观吸附态和游离态瓦斯赋存产出规律影响。试验发现:吸附-解吸过程煤系页岩微观吸附态瓦斯含量与平均有效应力关系分别符合Dubinin-Radushkevich(简称D-R)函数模型和Weibull函数模型,吸附-解吸过程微观游离态瓦斯含量与平均有效应力均符合线性函数模型;微观吸附态瓦斯迟滞系数随着平均有效应力降低以对数函数规律快速减小;平均有效应力降低对微观游离态瓦斯迟滞系数影响不大,游离态瓦斯迟滞系数近似为定值41.53%;孔隙压力和轴压分别是微观吸附态瓦斯吸附和解吸主控应力因素,游离态瓦斯赋存和产出主要与围压有关。

关键词：煤系页岩吸附-解吸平均有效应力核磁共振T2谱吸附态瓦斯游离态瓦斯

青海聚乎更矿区煤系页岩脆/韧性变形对孔隙结构的影响

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煤炭科学技术 2022年第3期50卷 193-200页

作者：王安民曹代勇魏迎春聂敬秦荣芳中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 山东省菏泽第一中学山东菏泽274000

煤系页岩的脆/韧性变形对孔隙结构的影响是复杂构造区煤系页岩储层评价的关键因素之一。以青海聚乎更矿区广泛发育的脆/韧性变形页岩为研究对象,挑选出矿物成分相差不大的韧性变形和脆性变形的煤系页岩样品,以扫描电镜、低温液氮实验以... 详细信息

煤系页岩的脆/韧性变形对孔隙结构的影响是复杂构造区煤系页岩储层评价的关键因素之一。以青海聚乎更矿区广泛发育的脆/韧性变形页岩为研究对象,挑选出矿物成分相差不大的韧性变形和脆性变形的煤系页岩样品,以扫描电镜、低温液氮实验以及核磁共振为手段,归纳总结了脆/韧性变形的宏观和微观特征,并探讨了其对煤系页岩孔隙结构影响的差异性。结果表明:脆性变形主要使得煤系页岩出现大量的张性或剪性裂隙,并切割了原生孔隙,但并未改变矿物颗粒的排列方式;而韧性变形使得煤系页岩出现大量的揉皱、扭折带、以及不规则翻立等现象,改变了矿物颗粒紧密的排布方式,不仅使得孔容和比表面积增大,也使得原生的孔隙出现受压缩而变形的现象。同时,脆性变形和韧性变形对页岩孔隙类型的影响并未表现出差异性,但韧性变形使得样品的总孔容、比表面积、孔隙度以及有效孔隙度均明显高于脆性变形样品:韧性变形样品总孔容11.970×10^(-3)~13.820×10^(-3) mL/g、比表面积5.779~8.287 m^(2)/g、孔隙度4.39%~7.34%、有效孔隙度1.34%~2.52%;脆性变形样品总孔容5.546×10^(-3)~7.720×10^(-3) mL/g、比表面积4.343~4.545 m^(2)/g、孔隙度1.24%~2.76%、有效孔隙度0.43%~0.72%,且韧性变形引起的孔容和比表面积增大主要出现在小于100 nm的孔段范围内。此外,随着孔径的增大,韧性变形样品中非连通孔所占比例逐渐降低,而韧性变形样品中非连通孔所占比例变化并不明显,可以推断出韧性变形使得小孔径孔隙的连通性降低,但会使得大孔径孔隙的连通性增加,而脆性变形则是无差别影响不同孔径范围内的孔隙连通性。

关键词：煤系页岩脆性变形韧性变形页岩储层孔隙结构储层评价

陆相与过渡相煤系页岩孔隙结构及分形特征对比——以鄂尔多斯盆地东北缘延安组与太原组为例

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石油学报 2017年第9期38卷 1036-1046页

作者：张岩刘金城徐浩牛鑫磊秦国红曹代勇中国矿业大学地球科学与测绘工程学院北京100083

基于低温氮气吸附分形几何学研究方法,对鄂尔多斯盆地东北缘陆相延安组及海陆过渡相太原组富有机质煤系页岩进行孔隙结构和分形特征研究,运用分形FHH模型计算了大孔隙(4.34~100nm)和小孔隙(D_2,表明大孔隙空间结构更加复杂。延安组两类... 详细信息

基于低温氮气吸附分形几何学研究方法,对鄂尔多斯盆地东北缘陆相延安组及海陆过渡相太原组富有机质煤系页岩进行孔隙结构和分形特征研究,运用分形FHH模型计算了大孔隙(4.34~100nm)和小孔隙(系,以及TOC、矿物含量对两者的影响。研究结果表明:(1)延安组孔径分布在1.8~59nm,呈"双峰型",以墨水瓶状、狭缝状和平行板状孔为主;太原组孔径主要分布在3~4.5nm,呈"单峰型",以墨水瓶状孔为主。(2)煤系页岩具有双重分形特征,D_1与D_2正相关,且D_1>D_2,表明大孔隙空间结构更加复杂。延安组两类孔隙空间结构均比较复杂,太原组大孔隙空间结构非常复杂,而小孔隙均质性强。(3)煤系页岩平均孔径越小,微小孔隙越多,比表面积越大,总孔体积越大,分形维数越大,即孔隙结构越复杂,孔表面越不规则;延安组D_1、D_2和太原组D_1均可反映各自孔隙结构特征。(4)太原组孔隙结构参数和分形维数受TOC及矿物成分含量影响较延安组明显。(5)延安组页岩储层优于太原组,更利于煤系页岩气的吸附、赋存、扩散和渗流。

关键词：煤系页岩低温氮气吸附 FHH模型孔隙结构分形维数

沁水盆地阳泉区块上古生界煤系页岩气储层特征

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煤田地质与勘探 2021年第2期49卷 142-151页

作者：李阳阳李贤庆张学庆肖贤明于振锋王保玉中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 中国地质大学(北京)能源学院北京100083 山西蓝焰煤层气集团有限责任公司山西晋城048006 山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司山西晋城048000

页岩储层特征是进行页岩气储集能力评价的基础内容。为探究高演化阶段煤系页岩气储层性质和优选有利储层,运用岩石热解、X射线衍射、扫描电子显微镜、高压压汞、低温N_(2)和CO_(2)气体吸附多种实验方法,对沁水盆地阳泉区块上古生界煤系... 详细信息

页岩储层特征是进行页岩气储集能力评价的基础内容。为探究高演化阶段煤系页岩气储层性质和优选有利储层,运用岩石热解、X射线衍射、扫描电子显微镜、高压压汞、低温N_(2)和CO_(2)气体吸附多种实验方法,对沁水盆地阳泉区块上古生界煤系页岩岩心样品进行储层特征研究。结果表明:沁水盆地阳泉区块上古生界煤系页岩,有机碳含量较高(TOC平均为4.9%),处于过成熟阶段(Rran平均为2.32%),黏土矿物质量分数较高(平均为50.0%),具有低孔低渗的特征(孔隙率平均为6.61%,渗透率平均为0.0063×10^(–3)μm^(2)),孔隙类型以粒间孔、粒内孔和微裂缝为主,微米–纳米级孔隙为页岩气的赋存提供了储集空间;孔隙总孔容为0.0255~0.0517 mL/g,平均0.0389 mL/g,总比表面积为12.64~40.98 m^(2)/g,平均28.43 m^(2)/g,微孔(50 nm)孔容与比表面积则相关性不明显,表明微孔和介孔是阳泉区块煤系页岩气储集的主要载体。总体来说,阳泉区块上古生界煤系页岩具有较好的页岩气储集性能,但页岩储层可压裂性较差,影响页岩气的开发。

关键词：页岩气储层煤系页岩储集物性孔隙结构阳泉区块沁水盆地

煤系页岩总有机碳含量与成熟度对厌氧发酵产甲烷性能的影响

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煤炭学报 2024年

作者：阮倩雯王乾苏现波赵伟仲高富博河南理工大学资源环境学院河南理工大学非常规天然气研究院中国地质大学资源学院中原经济区煤层(页岩)气协同创新中心

煤系页岩气是煤系气的重要组成部分，且煤系页岩具有丰富的本源微生物和微生物代谢所需的分散有机质，这使得其具有厌氧发酵产甲烷的可能性，并为煤系气开发阶段的可采资源提供补充。然而，针对煤系页岩厌氧发酵产甲烷机制的研究仍缺乏... 详细信息

煤系页岩气是煤系气的重要组成部分，且煤系页岩具有丰富的本源微生物和微生物代谢所需的分散有机质，这使得其具有厌氧发酵产甲烷的可能性，并为煤系气开发阶段的可采资源提供补充。然而，针对煤系页岩厌氧发酵产甲烷机制的研究仍缺乏，生物甲烷产出特征及其控制因素仍未清楚，限制了该方法的发展与应用。以不同地区的煤系页岩为研究对象，以煤系页岩本源菌群为实验菌群，通过厌氧发酵实验探讨其产甲烷潜力，评价总有机碳(TOC)含量、成熟度(Ro)对产甲烷效果的影响。结果表明，在本源微生物作用下煤系页岩普遍具有产甲烷能力，累计产量最高可达1.97 mL/g。煤系页岩厌氧发酵产甲烷周期一般为15天，产量变化规律与煤相似，但周期明显缩短。根据微生物降解复杂有机质的代谢模型，可将煤系页岩厌氧发酵产甲烷过程划分为水解产酸、产氢产乙酸和产甲烷三个阶段。生物甲烷产量与煤系页岩TOC含量具有明显的正相关性，尤其当TOC含量大于10%，甲烷产量显著提升。另外，生物甲烷产量与Ro呈负相关性，当Ro增大至3.78%，几乎不再产生。煤系页岩TOC含量与Ro主要在水解产酸阶段发挥影响，随TOC含量降低、Ro增大，微生物降解页岩有机质产生的氨基酸等代谢产物减少，使得产氢产乙酸和产甲烷阶段微生物代谢所需的底物浓度降低，最终生物甲烷产量减少。

关键词：煤系页岩厌氧发酵生物甲烷有机碳含量成熟度

沁水盆地东部Y井煤系页岩元素地球化学及其沉积-构造环境

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矿物岩石地球化学通报 2019年第2期38卷 342-351页

作者：侯昌海郭英海中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100083 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221008 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116

为探讨沁水盆地东部Y井煤系页岩的元素地球化学特征,对下二叠统山西组、太原组的煤系页岩进行了系统采样,并应用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对18个煤系页岩样品的微量及稀土元素进行了分析测试。结果表明,煤系页岩的Sr、Sr/Ba、V/(V... 详细信息

为探讨沁水盆地东部Y井煤系页岩的元素地球化学特征,对下二叠统山西组、太原组的煤系页岩进行了系统采样,并应用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对18个煤系页岩样品的微量及稀土元素进行了分析测试。结果表明,煤系页岩的Sr、Sr/Ba、V/(V+Ni)、Ce_(anom)等地球化学指标的垂向变化,反映了从太原组到山西组沉积时期,水体古盐度整体逐渐降低的还原环境;物源主要来自盆地北邻阴山古陆前寒武纪花岗岩、麻粒岩及各时代侵入岩,源区构造背景主要为与大陆岛弧相关的活动大陆边缘。

关键词：煤系页岩微量元素稀土元素山西组-太原组沁水盆地

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沁水盆地上古生界煤系页岩储层特征和含气性

天然气地球科学 2022年第3期33卷 441-450页

作者：马元稹王猛李嘉敏赵健光贾腾飞朱俊卿新疆大学地质与矿业工程学院新疆乌鲁木齐830046 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221008

以沁水盆地中的暗色页岩为主要研究对象,在盆地北部Y2井、中部Y5井、中南部Y3井3口调查井资料分析、钻孔采样、实验测试等相关工作基础上,分层段系统研究了沁水盆地煤系页岩气有机地球化学及储层物性特征。结果表明:研究区钻孔煤系页岩... 详细信息

以沁水盆地中的暗色页岩为主要研究对象,在盆地北部Y2井、中部Y5井、中南部Y3井3口调查井资料分析、钻孔采样、实验测试等相关工作基础上,分层段系统研究了沁水盆地煤系页岩气有机地球化学及储层物性特征。结果表明:研究区钻孔煤系页岩样TOC平均值大于2.0%,干酪根类型均以Ⅲ型干酪根为主,页岩显微组分主要为镜质组与惰质组,同时页岩有机质热演化程度较高,在地史时期中已有大量的热解气生成。研究区页岩形成于海陆过渡相沉积环境,矿物成分中黏土矿物含量较高,石英含量较低。各层段页岩脆性系数一般在30%~40%之间,脆性系数Ⅳ>Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ;气测异常层、含气层和气层厚度比例分别为30.80%、16.09%和53.11%,气测显示以气层为主,气测显示级别依次为Ⅳ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ。综合煤系页岩有机碳含量、有机质成熟度、页岩有效厚度、脆性特征和含气性特征等参数得出各层段页岩气的勘探开发潜力有利顺序依次为Ⅱ>Ⅳ>Ⅲ>Ⅰ。

关键词：页岩气海陆过渡相煤系页岩矿物组成沁水盆地