煤矿区煤层气开发地质与工程

《煤矿区煤层气开发地质与工程》针对我国煤矿区煤层气开发的特点，从煤层气形成的地质条件分析入手，系统开展煤储层条件包括煤的吸附-扩散性能、煤储层含气性及其受控机制、煤储层孔渗性及其控制机理等方面研究，揭示煤储层吸附、扩散和渗流规律及其控制机理；在此基础上，系统介绍煤层气开发工程及井网优化方法、煤储层地应力条件及水力压裂效果评价、煤层气井排水降压规律及其排采强度确定方法和煤层气井排采中煤储层渗透率动态规律及产能评价等煤矿区煤层气开发工程及关键技术，揭示煤层气开发过程中煤储层应力、压力及其渗透性的动态变化规律，建立其评价模型与方法；最后，针对煤矿区实际，进一步介绍煤矿采空区煤层气资源评价及其抽采技术，为煤矿区煤层气高效开发提供可靠的理论和方法。《煤矿区煤层气开发地质与工程》是在作者2010年出版的《煤层气开发地质学理论与方法》的基础上，将研究内容进一步深化和扩展，资料数据翔实、内容丰富，具有很强的科学性、创新性、资料性和实用性。《煤矿区煤层气开发地质与工程》可供煤矿瓦斯抽采和煤层气地质及勘探开发的科技人员，煤炭、石油、地质工作者，以及地质、采矿、油气开发等专业的师生和工程技术人员参考与使用。

 

第1章 绪论 1
1.1 煤层气开发的目的与意义 1
1.2 煤层气开发的国内外研究进展 2
1.2.1 国外研究进展 2
1.2.2 国内研究进展 5
1.3 煤层气开发地质研究的内涵 7
1.3.1 煤层气成藏地质条件 8
1.3.2 煤层气赋存环境条件 10
1.3.3 煤储层工程力学条件 11
1.4 本书研究的内容 12
参考文献 13
第2章 煤层气形成的地质条件 17
2.1 概述 17
2.2 成煤植物及其演化 17
2.3 煤的物质组成 19
2.3.1 煤的岩石学组成 19
2.3.2 煤的化学组成 26
2.4 成煤作用 32
2.4.1 煤层的形成 32
2.4.2 煤化作用及其特征 34
2.5 煤的变质类型及变质程度 36
2.5.1 煤的变质类型 36
2.5.2 煤的变质程度 38
2.6 煤层气形成及其赋存的分带性 42
2.6.1 煤层气的成因 42
2.6.2 煤层气的成因类型 44
2.6.3 煤层气赋存的分带性 47
参考文献 49
第3章 煤的吸附-扩散性能 50
3.1 概述 50
3.2 煤中气体吸附-扩散性能与分析方法 50
3.2.1 固-气吸附机理 50
3.2.2 等温吸附模型及其吸附实验方法 51
3.2.3 煤中甲烷扩散参数的计算方法 59
3.2.4 煤中甲烷扩散性能 67
3.3 煤体结构及其吸附性能 73
3.3.1 煤体结构及其分类 73
3.3.2 煤体结构测井响应特征 75
3.3.3 不同煤体结构煤的吸附性能 81
3.3.4 温度和压力对煤体吸附性能的影响 84
3.3.5 煤的粒径对煤体吸附性能的影响 85
3.4 等温吸附过程中能量变化规律 87
3.4.1 固体对气体的吸附机理 87
3.4.2 等温吸附过程中的能量计算 88
3.4.3 不同煤体结构煤吸附热力学特征 90
参考文献 92
第4章 煤储层含气性及其受控机制 95
4.1 概述 95
4.2 煤层气的赋存状态及气体组分特征 95
4.2.1 煤层气的赋存状态 95
4.2.2 煤层气的气体组分特征 97
4.2.3 煤层甲烷碳同位素特征 99
4.3 煤储层含气性 101
4.3.1 煤储层含气性参数 101
4.3.2 甲烷碳同位素与煤储层含气性关系 110
4.4 煤储层含气性的受控机制 111
4.4.1 构造对煤层含气性的影响 111
4.4.2 煤变质作用对煤层含气量及甲烷碳同位素的影响 112
4.4.3 煤层埋藏深度对煤层含气量及甲烷碳同位素影响 115
4.5 基于测井参数的煤层含气量预测方法 117
4.5.1 煤层含气量与测井参数相关性分析 117
4.5.2 煤层含气量预测的BP 神经网络模型 120
参考文献 123
第5章 煤储层孔渗性及其控制机理 126
5.1 概述 126
5.2 煤的孔隙性 126
5.2.1 煤的孔隙结构及其测试方法 126
5.2.2 不同煤阶煤的孔隙结构特征 131
5.2.3 不同煤体结构煤的孔隙结构特征 138
5.3 煤储层渗透性及其测试分析 142
5.3.1 煤储层渗透性及其受控因素 142
5.3.2 煤储层渗透性测试及其评价分类 148
5.4 不同应力下煤储层渗透性试验及控制机理 151
5.4.1 试验条件与方法 151
5.4.2 煤储层应力敏感性评价参数 152
5.4.3 渗透性与应力之间关系及模型 153
5.4.4 煤储层应力敏感性及影响因素 157
5.4.5 应力对煤储层渗透性的控制机理 163
参考文献 166
第6章 煤层气开发工程及井网优化方法 169
6.1 概述 169
6.2 煤层气地面开发工程 169
6.2.1 钻井工程 169
6.2.2 压裂工程 174
6.2.3 作业工程 177
6.2.4 排采工程 178
6.2.5 煤层气集输与利用工程 181
6.3 煤与煤层气协调开发工程 182
6.3.1 煤与煤层气协调开发模式 183
6.3.2 煤与煤层气协调开发技术 184
6.4 煤层气地面开发井网优化方法 187
6.4.1 井网优化参数 187
6.4.2 煤层气开发井网优化实例分析 189
6.5 煤矿区煤层气井工厂化开发技术 199
6.5.1 工厂化开发井型、井网优化方法 199
6.5.2 煤矿区煤层气井模块化布置 199
6.5.3 煤矿区煤层气井集中化作业 200
参考文献 201
第7章 煤储层地应力条件及水力压裂效果评价 203
7.1 概述 203
7.2 岩体中地应力及其分布规律 203
7.2.1 岩体中地应力 204
7.2.2 鄂尔多斯盆地东南缘煤储层地应力分布规律 206
7.2.3 最小水平主应力、垂直主应力和储层压力之间的关系 208
7.3 煤层气井排采中煤储层地应力动态变化规律 213
7.3.1 常规油气储层孔隙压力变化引发的储层应力耗散理论 214
7.3.2 煤储层压力变化引发的储层应力耗散规律 215
7.4 煤储层压裂机理的实验研究 219
7.4.1 实验条件 220
7.4.2 实验结果 221
7.5 煤储层水力压裂裂缝扩展的受控因素 222
7.5.1 应力对裂缝扩展的影响 222
7.5.2 天然裂缝对水力压裂裂缝扩展的影响 224
7.5.3 煤、岩力学性质对水力压裂的影响 226
7.6 煤储层水力压裂效果评价 227
7.6.1 测斜仪在煤层水力压裂裂缝监测中应用 227
7.6.2 不稳态返排分析法在压裂效果评估中应用 228
参考文献 233
第8章 煤层气井排水降压规律及其排采强度确定方法 237
8.1 概述 237
8.2 煤层气产出机理 237
8.2.1 煤层气解吸过程 238
8.2.2 煤层气的扩散过程 239
8.2.3 煤层气的渗流过程 241
8.3 煤层气井排采初期井底流压动态模型 242
8.3.1 外边界无限大、内边界定产条件下井底流压动态预测模型 243
8.3.2 外边界无限大、内边界非定产条件下井底流压动态预测模型 244
8.3.3 两种模型应用实例分析 245
8.4 单井与群井排水压降模型 247
8.4.1 单井排水压降模型 247
8.4.2 群井储层压降漏斗计算模型的建立 249
8.5 煤层气井排水压降数值模拟分析 250
8.5.1 单井压降漏斗的形状控制 250
8.5.2 群井压降漏斗的形状控制 255
8.5.3 煤层气井排采效果分析 262
8.6 煤层气井排采强度确定方法 264
8.6.1 煤储层流速敏感性实验研究 264
8.6.2 煤层气井排采强度理论计算 273
8.6.3 延川南区块合理排采强度计算分析 275
参考文献 280
第9章 煤层气井排采中煤储层渗透率动态规律及其对产能影响 282
9.1 概述 282
9.2 有效应力效应 283
9.2.1 有效应力与煤基质和孔隙变形的本构关系 283
9.2.2 有效应力对渗透率的影响 286
9.3 煤基质收缩效应 289
9.3.1 吸附变形的定义 289
9.3.2 吸附变形模型 290
9.3.3 吸附变形的测量 292
9.4 滑脱效应 295
9.5 煤储层渗透率动态预测模型 297
9.5.1 常见的渗透率模型 297
9.5.2 基质收缩在渗透率演化过程中的主导作用 305
9.5.3 煤储层渗透率动态变化规律 306
9.6 煤储层渗透率动态变化对产能的影响 310
9.6.1 煤层气排采数值建模 310
9.6.2 煤层气排采数值模拟基础案例 312
参考文献 315
第10章 煤矿采空区煤层气资源评价及抽采技术 318
10.1 概述 318
10.2 煤炭开采围岩应力-应变和破坏规律 318
10.2.1 煤炭开采围岩应力 319
10.2.2 煤炭开采围岩移动变形 323
10.2.3 煤炭开采围岩破坏 326
10.2.4 煤炭开采围岩渗透性 329
10.3 采空区煤层气赋存特点 335
10.3.1 采空区煤层气赋存状态 335
10.3.2 采空区煤层气的气体组分特征 336
10.4 煤矿采空区煤层气资源量计算方法 337
10.4.1 采空区孔隙体积计算模型 337
10.4.2 采空区含水饱和度计算模型 339
10.4.3 煤矿采空区煤层气资源量计算模型 340
10.5 晋城矿区典型煤矿采空区资源量计算实例 341
10.5.1 典型煤矿采空区 342
10.5.2 采空区资源量计算 346
10.6 煤矿采空区煤层气抽采条件与技术 349
10.6.1 煤矿采空区煤层气抽采条件 349
10.6.2 采空区煤层气抽采工艺与技术 354
参考文献 359