煤礦區(qū)煤層氣開(kāi)發(fā)地質(zhì)與工程

目錄
第1章 緒論 1
1.1 煤層氣開(kāi)發(fā)的目的與意義 1
1.2 煤層氣開(kāi)發(fā)的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 2
1.2.1 國(guó)外研究進(jìn)展 2
1.2.2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展 5
1.3 煤層氣開(kāi)發(fā)地質(zhì)研究的內(nèi)涵 7
1.3.1 煤層氣成藏地質(zhì)條件 8
1.3.2 煤層氣賦存環(huán)境條件 10
1.3.3 煤儲(chǔ)層工程力學(xué)條件 11
1.4 本書(shū)研究的內(nèi)容 12
參考文獻(xiàn) 13
第2章 煤層氣形成的地質(zhì)條件 17
2.1 概述 17
2.2 成煤植物及其演化 17
2.3 煤的物質(zhì)組成 19
2.3.1 煤的巖石學(xué)組成 19
2.3.2 煤的化學(xué)組成 26
2.4 成煤作用 32
2.4.1 煤層的形成 32
2.4.2 煤化作用及其特征 34
2.5 煤的變質(zhì)類(lèi)型及變質(zhì)程度 36
2.5.1 煤的變質(zhì)類(lèi)型 36
2.5.2 煤的變質(zhì)程度 38
2.6 煤層氣形成及其賦存的分帶性 42
2.6.1 煤層氣的成因 42
2.6.2 煤層氣的成因類(lèi)型 44
2.6.3 煤層氣賦存的分帶性 47
參考文獻(xiàn) 49
第3章 煤的吸附-擴(kuò)散性能 50
3.1 概述 50
3.2 煤中氣體吸附-擴(kuò)散性能與分析方法 50
3.2.1 固-氣吸附機(jī)理 50
3.2.2 等溫吸附模型及其吸附實(shí)驗(yàn)方法 51
3.2.3 煤中甲烷擴(kuò)散參數(shù)的計(jì)算方法 59
3.2.4 煤中甲烷擴(kuò)散性能 67
3.3 煤體結(jié)構(gòu)及其吸附性能 73
3.3.1 煤體結(jié)構(gòu)及其分類(lèi) 73
3.3.2 煤體結(jié)構(gòu)測(cè)井響應(yīng)特征 75
3.3.3 不同煤體結(jié)構(gòu)煤的吸附性能 81
3.3.4 溫度和壓力對(duì)煤體吸附性能的影響 84
3.3.5 煤的粒徑對(duì)煤體吸附性能的影響 85
3.4 等溫吸附過(guò)程中能量變化規(guī)律 87
3.4.1 固體對(duì)氣體的吸附機(jī)理 87
3.4.2 等溫吸附過(guò)程中的能量計(jì)算 88
3.4.3 不同煤體結(jié)構(gòu)煤吸附熱力學(xué)特征 90
參考文獻(xiàn) 92
第4章 煤儲(chǔ)層含氣性及其受控機(jī)制 95
4.1 概述 95
4.2 煤層氣的賦存狀態(tài)及氣體組分特征 95
4.2.1 煤層氣的賦存狀態(tài) 95
4.2.2 煤層氣的氣體組分特征 97
4.2.3 煤層甲烷碳同位素特征 99
4.3 煤儲(chǔ)層含氣性 101
4.3.1 煤儲(chǔ)層含氣性參數(shù) 101
4.3.2 甲烷碳同位素與煤儲(chǔ)層含氣性關(guān)系 110
4.4 煤儲(chǔ)層含氣性的受控機(jī)制 111
4.4.1 構(gòu)造對(duì)煤層含氣性的影響 111
4.4.2 煤變質(zhì)作用對(duì)煤層含氣量及甲烷碳同位素的影響 112
4.4.3 煤層埋藏深度對(duì)煤層含氣量及甲烷碳同位素影響 115
4.5 基于測(cè)井參數(shù)的煤層含氣量預(yù)測(cè)方法 117
4.5.1 煤層含氣量與測(cè)井參數(shù)相關(guān)性分析 117
4.5.2 煤層含氣量預(yù)測(cè)的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 120
參考文獻(xiàn) 123
第5章 煤儲(chǔ)層孔滲性及其控制機(jī)理 126
5.1 概述 126
5.2 煤的孔隙性 126
5.2.1 煤的孔隙結(jié)構(gòu)及其測(cè)試方法 126
5.2.2 不同煤階煤的孔隙結(jié)構(gòu)特征 131
5.2.3 不同煤體結(jié)構(gòu)煤的孔隙結(jié)構(gòu)特征 138
5.3 煤儲(chǔ)層滲透性及其測(cè)試分析 142
5.3.1 煤儲(chǔ)層滲透性及其受控因素 142
5.3.2 煤儲(chǔ)層滲透性測(cè)試及其評(píng)價(jià)分類(lèi) 148
5.4 不同應(yīng)力下煤儲(chǔ)層滲透性試驗(yàn)及控制機(jī)理 151
5.4.1 試驗(yàn)條件與方法 151
5.4.2 煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)參數(shù) 152
5.4.3 滲透性與應(yīng)力之間關(guān)系及模型 153
5.4.4 煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性及影響因素 157
5.4.5 應(yīng)力對(duì)煤儲(chǔ)層滲透性的控制機(jī)理 163
參考文獻(xiàn) 166
第6章 煤層氣開(kāi)發(fā)工程及井網(wǎng)優(yōu)化方法 169
6.1 概述 169
6.2 煤層氣地面開(kāi)發(fā)工程 169
6.2.1 鉆井工程 169
6.2.2 壓裂工程 174
6.2.3 作業(yè)工程 177
6.2.4 排采工程 178
6.2.5 煤層氣集輸與利用工程 181
6.3 煤與煤層氣協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)工程 182
6.3.1 煤與煤層氣協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)模式 183
6.3.2 煤與煤層氣協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)技術(shù) 184
6.4 煤層氣地面開(kāi)發(fā)井網(wǎng)優(yōu)化方法 187
6.4.1 井網(wǎng)優(yōu)化參數(shù) 187
6.4.2 煤層氣開(kāi)發(fā)井網(wǎng)優(yōu)化實(shí)例分析 189
6.5 煤礦區(qū)煤層氣井工廠化開(kāi)發(fā)技術(shù) 199
6.5.1 工廠化開(kāi)發(fā)井型、井網(wǎng)優(yōu)化方法 199
6.5.2 煤礦區(qū)煤層氣井模塊化布置 199
6.5.3 煤礦區(qū)煤層氣井集中化作業(yè) 200
參考文獻(xiàn) 201
第7章 煤儲(chǔ)層地應(yīng)力條件及水力壓裂效果評(píng)價(jià) 203
7.1 概述 203
7.2 巖體中地應(yīng)力及其分布規(guī)律 203
7.2.1 巖體中地應(yīng)力 204
7.2.2 鄂爾多斯盆地東南緣煤儲(chǔ)層地應(yīng)力分布規(guī)律 206
7.2.3 最小水平主應(yīng)力、垂直主應(yīng)力和儲(chǔ)層壓力之間的關(guān)系 208
7.3 煤層氣井排采中煤儲(chǔ)層地應(yīng)力動(dòng)態(tài)變化規(guī)律 213
7.3.1 常規(guī)油氣儲(chǔ)層孔隙壓力變化引發(fā)的儲(chǔ)層應(yīng)力耗散理論 214
7.3.2 煤儲(chǔ)層壓力變化引發(fā)的儲(chǔ)層應(yīng)力耗散規(guī)律 215
7.4 煤儲(chǔ)層壓裂機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究 219
7.4.1 實(shí)驗(yàn)條件 220
7.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 221
7.5 煤儲(chǔ)層水力壓裂裂縫擴(kuò)展的受控因素 222
7.5.1 應(yīng)力對(duì)裂縫擴(kuò)展的影響 222
7.5.2 天然裂縫對(duì)水力壓裂裂縫擴(kuò)展的影響 224
7.5.3 煤、巖力學(xué)性質(zhì)對(duì)水力壓裂的影響 226
7.6 煤儲(chǔ)層水力壓裂效果評(píng)價(jià) 227
7.6.1 測(cè)斜儀在煤層水力壓裂裂縫監(jiān)測(cè)中應(yīng)用 227
7.6.2 不穩(wěn)態(tài)返排分析法在壓裂效果評(píng)估中應(yīng)用 228
參考文獻(xiàn) 233
第8章 煤層氣井排水降壓規(guī)律及其排采強(qiáng)度確定方法 237
8.1 概述 237
8.2 煤層氣產(chǎn)出機(jī)理 237
8.2.1 煤層氣解吸過(guò)程 238
8.2.2 煤層氣的擴(kuò)散過(guò)程 239
8.2.3 煤層氣的滲流過(guò)程 241
8.3 煤層氣井排采初期井底流壓動(dòng)態(tài)模型 242
8.3.1 外邊界無(wú)限大、內(nèi)邊界定產(chǎn)條件下井底流壓動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型 243
8.3.2 外邊界無(wú)限大、內(nèi)邊界非定產(chǎn)條件下井底流壓動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型 244
8.3.3 兩種模型應(yīng)用實(shí)例分析 245
8.4 單井與群井排水壓降模型 247
8.4.1 單井排水壓降模型 247
8.4.2 群井儲(chǔ)層壓降漏斗計(jì)算模型的建立 249
8.5 煤層氣井排水壓降數(shù)值模擬分析 250
8.5.1 單井壓降漏斗的形狀控制 250
8.5.2 群井壓降漏斗的形狀控制 255
8.5.3 煤層氣井排采效果分析 262
8.6 煤層氣井排采強(qiáng)度確定方法 264
8.6.1 煤儲(chǔ)層流速敏感性實(shí)驗(yàn)研究 264
8.6.2 煤層氣井排采強(qiáng)度理論計(jì)算 273
8.6.3 延川南區(qū)塊合理排采強(qiáng)度計(jì)算分析 275
參考文獻(xiàn) 280
第9章 煤層氣井排采中煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)規(guī)律及其對(duì)產(chǎn)能影響 282
9.1 概述 282
9.2 有效應(yīng)力效應(yīng) 283
9.2.1 有效應(yīng)力與煤基質(zhì)和孔隙變形的本構(gòu)關(guān)系 283
9.2.2 有效應(yīng)力對(duì)滲透率的影響 286
9.3 煤基質(zhì)收縮效應(yīng) 289
9.3.1 吸附變形的定義 289
9.3.2 吸附變形模型 290
9.3.3 吸附變形的測(cè)量 292
9.4 滑脫效應(yīng) 295
9.5 煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型 297
9.5.1 常見(jiàn)的滲透率模型 297
9.5.2 基質(zhì)收縮在滲透率演化過(guò)程中的主導(dǎo)作用 305
9.5.3 煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化規(guī)律 306
9.6 煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化對(duì)產(chǎn)能的影響 310
9.6.1 煤層氣排采數(shù)值建模 310
9.6.2 煤層氣排采數(shù)值模擬基礎(chǔ)案例 312
參考文獻(xiàn) 315
第10章 煤礦采空區(qū)煤層氣資源評(píng)價(jià)及抽采技術(shù) 318
10.1 概述 318
10.2 煤炭開(kāi)采圍巖應(yīng)力-應(yīng)變和破壞規(guī)律 318
10.2.1 煤炭開(kāi)采圍巖應(yīng)力 319
10.2.2 煤炭開(kāi)采圍巖移動(dòng)變形 323
10.2.3 煤炭開(kāi)采圍巖破壞 326
10.2.4 煤炭開(kāi)采圍巖滲透性 329
10.3 采空區(qū)煤層氣賦存特點(diǎn) 335
10.3.1 采空區(qū)煤層氣賦存狀態(tài) 335
10.3.2 采空區(qū)煤層氣的氣體組分特征 336
10.4 煤礦采空區(qū)煤層氣資源量計(jì)算方法 337
10.4.1 采空區(qū)孔隙體積計(jì)算模型 337
10.4.2 采空區(qū)含水飽和度計(jì)算模型 339
10.4.3 煤礦采空區(qū)煤層氣資源量計(jì)算模型 340
10.5 晉城礦區(qū)典型煤礦采空區(qū)資源量計(jì)算實(shí)例 341
10.5.1 典型煤礦采空區(qū) 342
10.5.2 采空區(qū)資源量計(jì)算 346
10.6 煤礦采空區(qū)煤層氣抽采條件與技術(shù) 349
10.6.1 煤礦采空區(qū)煤層氣抽采條件 349
10.6.2 采空區(qū)煤層氣抽采工藝與技術(shù) 354
參考文獻(xiàn) 359