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采空区下伏煤层水力压裂试验研究与应用

煤炭科学技术 2024年第4期52卷 231-242页

作者：陆泳鑫胡胜勇李国富武玺路佳旗杨育涛张村苏燕太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024 晋能控股装备制造集团有限公司山西晋城048006 煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048012 山西蓝焰煤层气集团有限责任公司山西晋城048200 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 山东电子职业技术学院山东济南250100

采空区下伏煤层气资源储量丰富,长期未能有效开发。水力压裂技术是一种提高煤层气采收率的有效手段,上覆煤层的开采与重新压实会直接影响采空区下伏煤层水力裂缝的扩展行为。通过大尺寸(300 mm×300 mm×300 mm)真三轴水力压裂试验,分... 详细信息

采空区下伏煤层气资源储量丰富,长期未能有效开发。水力压裂技术是一种提高煤层气采收率的有效手段,上覆煤层的开采与重新压实会直接影响采空区下伏煤层水力裂缝的扩展行为。通过大尺寸(300 mm×300 mm×300 mm)真三轴水力压裂试验,分析了不同加卸载应力扰动程度下煤体的力学与声发射响应特征,提出了表征煤体损伤程度的损伤变量T,明晰了损伤与水力裂缝起裂与扩展规律之间的关系。结果表明:采空区下伏煤体垂向应力加载阶段引起的损伤显著大于卸载阶段,垂向加载应力不超过11 MPa时,煤体处于弹性阶段,损伤极少;加载至11~15 MPa,处于屈服阶段,损伤大幅增加;加载至15~18 MPa,处于强化阶段,煤体孔裂隙逐渐被压实。损伤变量T可以有效表征煤体内部损伤程度,Tc为煤体未经过加卸应力扰动时的损伤变量。T=Tc时,煤体内部的损伤程度与未经过加卸载应力扰动的煤体损伤程度相当;T> Tc时,煤体呈应力损伤态,T越大,损伤程度越高;T 煤体呈应力压实态,T越小,压实程度越高。煤体应力损伤程度与破裂压力呈负相关,高损伤程度使得煤体更容易破裂,井筒近端容易形成主水力裂缝,有利于开展水力压裂。煤体的压实程度与破裂压力呈正相关,高压实程度使得水平应力差对水力裂缝扩展的影响减弱,井筒近端水力裂缝发育,不易形成主水力裂缝,阻碍水力压裂开展。基于研究成果制定了采空区下伏煤层水力压裂施工方案优化原则并在现场应用,优化后的方案水力压裂造缝能力显著提高。

关键词：采空区下伏煤层煤层气水力压裂损伤变量裂缝扩展

火焰喷雾热解制Pd-Pt/CeO_(2)催化甲烷燃烧的性能研究

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燃料化学学报（中英文） 2024年第5期52卷 725-734页

作者：武琳渊王乙陈召英田庆玲王琳茹付紫君赵宁王晓波黄鑫太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024 山西潞安化工集团有限公司山西长治046200 煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048012 晋能控股装备制造集团有限公司山西晋城048006 中国科学院山西煤炭化学研究所山西太原030001

火焰喷雾热解法(FSP)是一种简单、快速、可规模化制备纳米催化剂的技术。通过火焰喷雾热解法合成CeO_(2)和Pt-CeO_(2)载体、Pd-Pt-CeO_(2)催化剂,采用浸渍法在CeO_(2)和Pt-CeO_(2)载体分别沉积Pd-Pt和Pd而制得Pd-Pt双金属催化剂,并考察... 详细信息

火焰喷雾热解法(FSP)是一种简单、快速、可规模化制备纳米催化剂的技术。通过火焰喷雾热解法合成CeO_(2)和Pt-CeO_(2)载体、Pd-Pt-CeO_(2)催化剂,采用浸渍法在CeO_(2)和Pt-CeO_(2)载体分别沉积Pd-Pt和Pd而制得Pd-Pt双金属催化剂,并考察其甲烷催化燃烧性能。利用ICP、XRD、TEM、BET、H_(2)-TPR、XPS和Raman对催化剂的物化性质进行分析。TEM结果表明,Pd-Pt/CeO_(2)催化剂中Pd和Pt物种高分散于CeO_(2)载体。相比于一步法(one step)制得的Pd-Pt-CeO_(2)(OS-FSP)催化剂,共浸渍法制得Pd-Pt/CeO_(2)(0.25)-WI的催化活性更高,其t_(50)降低了60℃,且稳定运行60 h而没有明显失活。这归因于Pd-Pt/CeO_(2)(0.25)-WI催化剂表面上Pd^(0)/Pd^(2+)和Ce^(3+)/Ce^(4+)物质的量比更高、晶格氧更多,进而导致其具有良好的甲烷催化燃烧性能。

关键词：甲烷催化燃烧火焰喷雾热解浸渍法钯稳定性

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煤粉侵入对支撑裂缝渗透率的动态影响规律

煤炭学报 2024年第5期49卷 2338-2346页

作者：张惜图胡胜勇武玺李国富冯国瑞王艳峰陈召英太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024 晋能控股装备制造集团有限公司山西晋城048006 煤与煤层气共采全国重点实验室山西晋城048012 山西蓝焰煤层气集团有限责任公司山西晋城048200 太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

煤粉侵入煤层水力压裂支撑裂缝容易导致裂缝堵塞,造成支撑裂缝导流能力和煤储层渗透率降低,进而严重影响煤层气井的稳定排采及产量。分别建立煤层气井停井前与重启后煤粉侵入支撑裂缝渗透率动态演化模型,并利用煤岩导流性能测试系统进... 详细信息

煤粉侵入煤层水力压裂支撑裂缝容易导致裂缝堵塞,造成支撑裂缝导流能力和煤储层渗透率降低,进而严重影响煤层气井的稳定排采及产量。分别建立煤层气井停井前与重启后煤粉侵入支撑裂缝渗透率动态演化模型,并利用煤岩导流性能测试系统进行煤粉连续流动与间歇流动条件下的煤粉侵入支撑裂缝实验,验证了模型的正确性,研究了煤层气井停井与排采流速对支撑裂缝渗透率时空演化的影响规律。研究表明:随煤粉运移时间增加,支撑裂缝渗透率骤降后缓慢衰减,且沿煤粉运移方向,支撑裂缝内部空间孔隙损失率逐渐降低,裂缝内部渗透率沿煤粉运移方向逐渐升高。随煤粉持续侵入支撑裂缝,煤层气井关井重启后支撑裂缝孔隙损失率较停井前孔隙损失率更大,渗透率不能恢复至停井前。排采流速越慢,煤粉侵入支撑裂缝渗透率衰减速度越慢,渗透率越高,支撑裂缝渗透率受煤粉侵入影响在低排采流速下对流速变化更为敏感,缓慢排采流速下停井对支撑裂缝渗透率伤害更低。煤粉沉积系数越大,煤粉侵入过程中支撑裂缝近端渗透率越小,远端渗透率越大,而弥散系数越大,支撑裂缝远端渗透率越小,裂缝近端渗透率受弥散系数影响极小,煤层气井停井对支撑裂缝近端渗透率伤害更严重。煤粉侵入过程中支撑裂缝近端渗透率衰减速度更快,裂缝远端渗透率衰减速度更缓慢,沉积系数变化对支撑裂缝近端渗透率影响显著,而弥散系数变化对支撑裂缝远端渗透率影响更显著。

关键词：水力压裂支撑裂缝煤粉渗透率停井

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沁水盆地深部煤层气开发井完井技术进展

煤炭科学技术 2024年

作者：申鹏磊吕帅锋白建平李国富杨燕青熊章凯山西蓝焰煤层气工程研究有限责任公司煤与煤层气共采国家重点实验室中国地质大学(武汉)资源学院

沁水盆地深部煤储层具有低渗-特低渗、局部高饱和、低孔隙度、高热演化程度的地质特征，在直井/水平井+大规模压裂的开发模式下，需要与之相适应的完井技术才能保证储层改造和后期生产效果。文章系统分析煤层气开发水平井常规单层套管... 详细信息

沁水盆地深部煤储层具有低渗-特低渗、局部高饱和、低孔隙度、高热演化程度的地质特征，在直井/水平井+大规模压裂的开发模式下，需要与之相适应的完井技术才能保证储层改造和后期生产效果。文章系统分析煤层气开发水平井常规单层套管完井技术、裸眼/筛管完井技术、套管+滑套完井技术的不同井身结构和井下工具类型，并对不同完井技术的适用条件和技术特点进行了论述。研究结果表明，常规单层套管完井技术施工工艺成熟，三开完井结构应用普遍，但不利于降本增效；二开完井结构仅适用于煤储层上覆地层较为稳定、无含水层或微弱含水层的地质条件；裸眼/筛管完井技术可减少煤层段的污染，但无法进行后期储层改造，适用于煤体结构完整、煤层渗透性强的储层；套管+滑套完井技术可省去压裂前的射孔作业，但井下工具的正常运行无法保障且后期压裂排量受到限制。针对U型开发井组中的生产直井，在井筒无法满足大规模压裂作业的前提下，提出了新型双层套管完井技术，该技术的原理是在老井筒中根据地质条件和老井特点通过优选套管和固井工具来重塑井筒，满足后期压裂工艺和保证压裂改造效果。其特点主要是在目的煤层顶板以上采用了水泥封固，配合高抗压、较大内径套管，使井筒能够满足高施工压力的大规模压裂，同时煤层段选用筛管，节约了射孔费用，还可有效避免排采阶段地层坍塌掩埋井筒煤层段。该技术在沁水盆地深部煤储层成功应用，试验成果表明其能够满足深部煤层气大规模、高施工压力下的压裂作业，具有推广前景。

关键词：沁水盆地深部煤层气完井技术双层套管大规模压裂

H_(2)O_(2)预处理胜利褐煤镜质组的生物产气研究

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微生物学报 2024年第6期64卷 1960-1971页

作者：张昊鹏张丹何环任义陈林勇刘健黄再兴中国矿业大学化工学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室江苏徐州221116 易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司山西晋城048000 煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048000 国家煤加工与洁净化工程技术研究中心江苏徐州221116

【目的】研究H_(2)O_(2)处理对煤中镜质组生物产气的影响。【方法】选择内蒙古胜利褐煤作为研究对象,以实验室前期富集保存的产甲烷微生物作为出发菌群,首先通过浮选对煤炭进行显微组分分离(高镜质组GJ、中镜质组ZJ和低镜质组DJ),并对... 详细信息

【目的】研究H_(2)O_(2)处理对煤中镜质组生物产气的影响。【方法】选择内蒙古胜利褐煤作为研究对象,以实验室前期富集保存的产甲烷微生物作为出发菌群,首先通过浮选对煤炭进行显微组分分离(高镜质组GJ、中镜质组ZJ和低镜质组DJ),并对煤的物化性质进行表征,然后在固液比1:15、H_(2)O_(2)浓度10%、预处理时间30 d条件下用H_(2)O_(2)处理不同镜质组含量的样品,再以处理前后的原煤及残煤进行生物产气实验。采用气相色谱、X射线衍射和傅里叶变换红外光谱等方法分析H_(2)O_(2)处理前后产气及煤的物化性质变化。【结果】经过H_(2)O_(2)预处理后,煤中镜质组的含量有所下降,挥发成分增加,固定碳减少,H_(2)O_(2)与高镜质组煤样反应更剧烈,氧含量增加,碳含量减少。未经过处理的煤在100 d时产甲烷量为GJ>ZJ>DJ,分别为174.24、164.31、135.52μmol/g煤,而经过H_(2)O_(2)预处理的煤在20 d后停止产气,最终产甲烷量分别为39.63、39.61、41.55μmol/g煤,比原煤产气减少了77.26%、75.89%和69.34%。随着镜质组含量的增加,经过H_(2)O_(2)处理后的煤样芳香环层片的层间距d002、单层层片的延展度La和层片的堆叠度Lc减小,而芳香层数N增加,表明晶核结构变小。经过H_(2)O_(2)处理后煤芳烃碳、芳香族、C=O基团和C=C基团所占比例增加,芳环缩合度增大,含氧官能团变多。【结论】利用H_(2)O_(2)长时间处理使煤基质中较易被微生物利用的有机质结构减少,从而降低了产气能力。

关键词：褐煤生物产气预处理 H_(2)O_(2) 镜质组

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基于三节炉测碳不确定度的影响因素分析

煤炭与化工 2024年第5期47卷 116-121页

作者：解宇白杨岳利娇煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048000 易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司山西晋城048000

煤中碳含量的测定对研究煤的分类有着重要的意义,通过碳含量的测定对煤质质量的判定有着重要的作用,碳含量的检测通常使用三节炉法,该方法简便、成熟,但是试验过程中影响因素却比较多,本次研究就对三节炉法测定碳含量进行不确定度评价,... 详细信息

煤中碳含量的测定对研究煤的分类有着重要的意义,通过碳含量的测定对煤质质量的判定有着重要的作用,碳含量的检测通常使用三节炉法,该方法简便、成熟,但是试验过程中影响因素却比较多,本次研究就对三节炉法测定碳含量进行不确定度评价,以测得值与真实值可能存在的差异大小,同时也可对提高试验的准确性和精密度进行有效指导。本试验选用低阶煤作为样品进行检测,通过分析影响因素确定不确定度评定的来源,经过多次测量,测得的碳含量结果是67.84%时,以常规选择不确定度来源进行分析,扩展不确定度U=0.00542%,吸收管的增重称量为主要影响因素;当将气体流速和环境湿度以黑箱模型加入计算时,扩展不确定度为0.029%,经分析,环境湿度为主要影响因素。

关键词：三节炉法煤样中碳含量气体流速环境湿度不确定度评价

下伏邻近层瓦斯采动卸压运移规律及抽采特征研究

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煤炭技术 2024年第4期43卷 151-154页

作者：李德慧刘亮亮张永成煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048012 晋能控股装备制造集团有限公司山西晋城048000 易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司太原030031

为研究下伏邻近层瓦斯采动卸压运移规律及顺层钻孔瓦斯抽采特征,以屯兰矿2^(#)煤层为研究对象,基于下伏采动卸压理论、底板采动破坏深度经验公式和稳定同位素测定分析技术,分析了下伏邻近层瓦斯卸压涌出规律,对下伏煤层顺层瓦斯钻孔采... 详细信息

为研究下伏邻近层瓦斯采动卸压运移规律及顺层钻孔瓦斯抽采特征,以屯兰矿2^(#)煤层为研究对象,基于下伏采动卸压理论、底板采动破坏深度经验公式和稳定同位素测定分析技术,分析了下伏邻近层瓦斯卸压涌出规律,对下伏煤层顺层瓦斯钻孔采动卸压抽采特征进行了研究。结果表明:12507工作面底板采动破坏深度24.80 m,采动卸压后单孔最高抽采浓度75%、流量0.5 m^(3)/min,下伏邻近层瓦斯抽采量占工作面瓦斯抽采总量的27.08%,为实现下伏卸压瓦斯高效治理,需对下伏4^(#)煤进行采前预抽和采动抽采;根据上隅角瓦斯主要来源及占比,将工作面瓦斯涌出划分为3个阶段,单一煤层主导阶段、邻近层卸压调整阶段及卸压平衡阶段;工作面回采6~100 m时,采空区下伏4^(#)煤迅速卸压,瓦斯大量涌出至采空区,100 m后下伏4^(#)煤层瓦斯达到稳定卸压涌出。

关键词：下伏邻近层采动卸压破坏深度瓦斯运移抽采特点

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煤层水中甲醛含量的快速检测方法研究

煤化工 2024年第1期52卷 122-125页

作者：吴鹏宋燕莉刘健煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048000 易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司山西晋城048000

研究了采用乙酰丙酮分光光度法测定煤层水中甲醛的方法,并对检出限、精密度和准确度进行了方法验证。结果表明:甲醛检出限为0.01298 mg/L;对3种浓度的甲醛标准使用溶液样品进行测试,相对标准偏差分别为1.54%、0.3773%、0.1687%;样品加... 详细信息

研究了采用乙酰丙酮分光光度法测定煤层水中甲醛的方法,并对检出限、精密度和准确度进行了方法验证。结果表明:甲醛检出限为0.01298 mg/L;对3种浓度的甲醛标准使用溶液样品进行测试,相对标准偏差分别为1.54%、0.3773%、0.1687%;样品加标回收率在101.01%~103.33%;以上各项指标均满足HJ 601—2011方法要求,说明采用分光光度法可以快速准确测定煤层水中甲醛的含量。

关键词：煤层水甲醛分光光度计检出限精密度准确度

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山西沁水煤田煤炭生物气化特征分析概述

能源与节能 2024年第7期 8-12页

作者：吴鹏宋燕莉刘健谭凯丽煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048000 易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司山西晋城048000

煤层产甲烷菌菌群是一种由多种微生物组成且能够利用煤中有机物作为碳源,将煤从固态形式转为以甲烷为主的气态形式的独特微生物群落。通过一系列研究发现,在沁水盆地早期成气阶段生物成气具有一定的重要性。如今在特定条件下能够将该种... 详细信息

煤层产甲烷菌菌群是一种由多种微生物组成且能够利用煤中有机物作为碳源,将煤从固态形式转为以甲烷为主的气态形式的独特微生物群落。通过一系列研究发现,在沁水盆地早期成气阶段生物成气具有一定的重要性。如今在特定条件下能够将该种处于休眠状态的菌群重新激活,并且能够再次实现生物甲烷合成。其中沁水煤田的地质特征和产甲烷菌菌群的生存特点揭示了山西沁水煤田的生物气化特征。

关键词：煤层气生物气古生菌沁水煤田无烟煤