发布时间：
看你写的是什么文章，
根据自己的文章去选择期刊就好了
全负压煤气净化系统的现状及改进摘要E介绍了全负压煤气净化系统投产:6年来的生产现状、主要技改措施和仍存在的问题。关键词：煤气净化全负压系统生产现状改进措施!煤气净化系统的现状我公司的煤气净化系统采用的是与29;1<=5型;(焦炉配套的>?循环洗涤工艺@一期工程于:AA1年A月投产@净化系统处于半负荷B煤气处理量54 8万(0 C’D状态。二期工程于:AA0年A月投产，煤气处理量达8万(0 C’。从511:年以来@因焦炭产量增加@使煤气净化系统处于平均处理量达84 8万(0 C’B峰值时可达;4:万(0 C’D的超负荷运行状态。为此@我们通过对冷却水量、洗液量等指标的相应调整，逐步形成了一套较为成熟的管理操作方法，保证了煤气净化系统的稳定运行，各项指标见表:。由于全负压煤气净化工艺的吸气机设置在末端，整个过程都处于低温状态，有效避免了正压工艺中鼓风机后的煤气温升问题。另外@在吸气机房增设了风扇和空调等降温设备，保证了主电机的安全运行。脱酸蒸氨系统运行也很正常，保证了生化废水达标和洗涤系统的稳定运行。"存在问题和改进措施B:D经多年运行，换热器出现了不同程度的腐蚀、内漏和堵塞，严重影响净化系统的正常运行。为此，我们先后增加了一台贫6富液板式换热器、一台汽提水6循环水板式换热器。并将剩余氨水换热器由列管式改为螺旋板式。根据洗液的流量和温度7采取了加压反冲吹扫和更换芯子等处理措施，保证了煤气净化系统的稳定运行。部分煤气管道也因局部腐蚀出现漏点，经焊补后运行正常。8 2 9因电捕焦油器的捕焦油效率下降7使煤气中的焦油含量高达3:2;<*!。为此7将其中一台的电晕丝由单根单股改为单根多股绞线7保证了放电的均匀7绝缘部分由一个瓷缸改为三个吊装瓷瓶，不但易于检修，还增加了电晕丝的稳定性，保证了电捕焦油器的稳定运行。今年4月，因发生绝缘箱磁缸爆裂、电晕丝折断和短路等故障进行了大修。目前7电捕焦油器后煤气中的焦油含量已降至!3*;<*!以下，最低值仅为4:=*;<*!。8!9液相带油造成设备和管道的堵塞。该系统的除油过程集中在机械化澄清槽、初冷器和电捕焦油器。当除油效果不好时，焦油会随洗涤富液和剩余氨水带入脱硫富液中，随后进入脱酸蒸氨工序，易造成列管式换热器和板式换热器的堵塞。针对上述现象，采取了如下措施。"9在澄清槽和剩余氨水槽之间增加一台">3*!的卧式槽，作为循环氨水的重力沉降除油槽，并在剩余氨水槽和富液槽内增设斜向隔板7在槽壁的不同高度增设放油口7定时放油。2 9新建一套剩余氨水的气浮除油装置，除油率达53?@A3?7同时可降低系统中萘的含量。经气浮除油后的剩余氨水送入脱硫塔。!9原设计的固定铵塔和挥发氨塔闪蒸室的泵吸入口较低7沉积在底部的焦油极易被吸入管道，造成系统的堵塞。提高泵的吸入高度后，并定时放油，大大降低了堵塞的几率。8 4 9冷凝工序的改造。南北两台冷凝液槽各有两台液下泵，一开一备，现在北冷凝液槽增设一台自吸泵，并改造了相应管道，使自吸泵在清槽等特殊操作时可改抽南槽中的冷凝液。8 5 9脱酸蒸氨工序的改造。增设一台贫富液板式换热器和一台循环水6汽提水板式换热器，降低了贫液和汽提水进入后段换热器的温度，减轻了后段的冷却负荷，既提高了富液的预热温度，又节约了蒸汽。酸汽回炉管因腐蚀产生内漏7无法使用。当克劳斯炉灭火时7酸汽就无路可通。为避免脱酸塔形成真空而吸瘪，在脱酸塔顶加装了!53**的放散管。原设计中7进入新水池中的地下水只用现场阀门控制，由于生产过程中用水量的变化易造成新水池满流或抽空。为此7在新水池进口管上加装浮球阀，实现了液位的自动控制，既可避免水的浪费，又可减少事故的发生。脱酸贫液泵的轴承为内循环式，冷却介质为脱酸水，若瞬间中断，轴承就会因迅速升温而损坏。贫液泵的冷却水系统改造为软水冷却后，从未出现过轴承烧坏现象。同时7增设一台备用脱酸塔，这样7检修脱酸塔时系统可不停工，缓解了脱酸塔检修时对废水生化处理系统的冲击。8>9洗涤工序的改造。增设洗氨塔碱洗段的循环碱液流量计，以便准确掌握循环碱液流量，确保碱洗段的脱硫效率。原设计将各伴热汽的冷凝液、两苯塔间接蒸汽冷凝液和蒸汽管网的冷凝液经疏水阀排入地沟。现将冷凝液集中送入固定铵塔，既节约了固定铵塔蒸汽，又杜绝了蒸汽的跑冒滴漏。将剩余氨水换热器由列管式改为螺旋板式，既可用循环水冷却，也可用新水冷却，解决了因冷却水供应不足而造成剩余氨水温度过高的现象。将富氨水和半富氨水的换热器由列管式改为螺旋板式，提高了换热效率，可降低洗液温度和保证净化指标。将洗苯塔喷头改为无堵喷头，提高了洗苯效率。8 A 9吸气机的改造。在吸气机主电机国产化的同时，加装了手动调速系统，当自动控制系统发生故障时7可进行人工控制。!改进生产操作8"9电捕焦油器运行的好坏直接影响煤气中的含油量，定期用热氨水冲洗7以防止煤气中的焦油附着在沉淀极上7再用"5@23B.-氮气保护绝缘箱。停用氮气时使用净煤气，并制定了严格的切换制度，切换时必须先放水，以防水汽进入绝缘箱而损坏瓷缸。8 2 9三台初冷器两开一备，定期冲洗下液管，及时调节循环水量，确保煤气集合温度在"C@23D 7以降低系统的堵塞几率。8!9本工艺采用.EF集散控制系统，实现了生产的自控调节，主要测点都由微机监视和控制。但在调节吸气机吸力时，必须同时观察上升管压力的变化情况。为此，我们在组画面上增加了设置，把相关紧密的测点设在同一组内=还增设了报警和联锁功能，进一步完善了操作控制。;6<两苯塔采用液相进料，塔底用54>?,+间接蒸汽加热。自从苯加氢分厂的富萘苯残渣送入粗苯工段后，曾出现过两苯塔油管因萘结晶而严重堵塞的事故，现在管外加装蒸汽拌热管，至今未出现过堵塞现象。#存在问题;:<焦油磁力泵前的过滤网拆开清理频繁=工作量大，环境恶劣。;1<焦油精制产生的硫酸钠分离水、酚工序的分离水和焦油罐分离水=虽有几种送入@A循环系统的方案，但对系统的乳化仍不容忽视。;0<因增压机后压力调节阀的放散位置在阀后，曾出现过因无法调节而停机修阀，造成克劳斯炉和氨分解炉灭火达数小时。增压机意外停机时，常因传动轴被焦油粘住而无法正常开启。;6<微机控制系统配置有两台监视器=曾多次出现死机、黑屏、信息丢失、键盘无法调节等现象。;8<克劳斯装置仍存在酸汽回炉管内漏和硫磺尾气分析仪无法正常运行等问题，氨分解器的堵塞问题也未完全解决。\
具体论文如何来写，要根据你自身的工作性质或者专业来写。具体内容没发给你多少建议。给你一些化工方面相关论文题目作为参考，应该有所帮助。·浅析油质对重油制气生产的影响 ·气柜直接置换 ·加气站使用槽车带泵工艺浅析 ·燃气立管在建筑物外墙安装美观问题探讨 ·淄博市液化天然气气化站储罐增压方法探讨 ·深圳市民用燃气市场需求预测 ·网络在燃气行业的应用 ·电脑信息化管理在燃气行业中的应用 ·展OSH体系认证提高安全生产科学管理水平 ·POWER气化炉故障分析及处理程序 ·浅谈住宅楼室内燃气管道暗埋的设计与施工 ·地下室内设置燃气空调机组的思考 ·阴极保护在广州埋地燃气管道的应用 ·二级调压器的选型 ·天然气球罐置换方案初探 ·地基沉降对燃气管道的损害及对策 ·实施ISO9002质量标准规范燃气工程施工 ·企业质量体系认证中检验、测量和试验设备的 ·深圳市燃气集团有限公司2000年安全供气状况 ·水喷雾自动消防系统在小区供气中的应用 ·BOG压缩机在液化石油气基地的应用 ·新型绝缘法兰的开发及使用 ·浅议债权转股权对我国石化企业的影响 ·论环氧树脂产品结构调整的必要 ·重油制气污水处理系统（A/O）技术改造 ·论平衡式燃气热水器与密封燃烧室新设计 ·燃气锅炉的发展与经济性比较 ·天然气水合物调查和研究现状 ·征收燃油税对石化生产企业的影响和对策 ·氯碱定价方法和价格走势分析 ·21世纪生物化工发展及对策 ·21世纪化工贸易的发展 ·纳米材料在化工生产中的应用 ·21世纪涂料工业发展趋势及对策 ·化工企业持续发展应重点研究的几个问题 ·略论西部大开发中石油和化学工业的发展 ·中氮行业技术改造思路 ·乙丙橡胶生产工艺及其技术经济分析 ·21世纪以煤和天然气为原料的C1化学 ·世界1，4丁二醇的发展及对中国的影响 ·调压器新产品的研制与开发 ·中国发展天然气汽车的潜力和问题 ·城市燃气管网探测及动态信息管理系统 ·城市燃气管网探测及动态信息管理系统 ·天然气输配系统改(扩)建中应注意的技术问题 ·北京市天然气置换工作情况汇报 ·液化石油气储罐玻璃板液位计计量误差初探 ·液化石油气储罐玻璃板液位计计量误差初探 ·谈谈瓶组自然气化集中供气的供气能力 ·液化石油气小区供气总论 ·中国城市燃气事业现状及发展前景 ·液化石油气汽车的前景、市场及其对策 ·中国液化气进口和消费状况分析 ·中国液化气进口和消费状况分析 ·对加快LPG汽车发展的几个问题的探讨 ·对北京市发展清洁燃料汽车的一些想法 ·燃气汽车发展中的几个问题浅析 ·在珠海推广LPG汽车的必要性和可能性 ·谈谈瓶组自然气化集中供气的供气能力 ·液化石油气小区供气总论 ·中国城市燃气事业现状及发展前景 ·液化石油气汽车的前景、市场及其对策 ·中国液化气进口和消费状况分析 ·对加快LPG汽车发展的几个问题的探讨 ·对北京市发展清洁燃料汽车的一些想法 ·人工煤气转换为液化气混空气时管网的改造 ·外商在华投资经营LPG状况的调查分析 ·车用液化石油气气质的研究、开发 ·深圳地区燃气直然式空调的现状及推广前景 ·管道液化气微机管理系统的开发与应用 ·LPG汽车加气站面临的主要问题 ·LPG管道输送及其经济论证方法 ·LPG管道输送及其经济论证方法 ·地下储罐池沉降与内外管道连接 ·推广燃气采暖，还蔚蓝于天空 ·液化气供应现状于扩大应用的探讨 ·LPG燃料汽车是跨时代的交通工具
你吧邮箱给我我给你发，嘿嘿！
翟雨阳1 胡爱梅1 王芝银2 段品佳2 张冬玲3
(1.中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司 北京 100095 2.中国石油大学城市油气输配技术北京市重点实验室 北京 102249 3.中石油煤层气有限责任公司 北京 100028)
摘要:韩城地区煤层属低渗透率煤层气藏，且地质条件复杂，煤岩结构及力学性能差。在煤层气开采初期，井筒内的液柱重力在井底流压中占很大的比例，而井底流压与井周煤岩的应力状态变化规律密切相关。排采降压过程中，过小的动液面高度使煤层处于进一步压密状态，并导致渗透率降低，而过大的动液面高度使井底压力过大进而引起井周岩石产生较大软化破碎区，形成煤粉堵塞渗流通道。因此，研究煤层气动液面高度的合理区间及降低速率对开采过程中有效保持井周应力的合理分布，维持或提高储层渗透率，具有十分重要的意义。本文以韩城示范区为例，利用韩城3#，5#煤层的岩石力学试验，分析了煤岩应力状态与渗透率的关系，通过井周弹塑性应力分析，建立了不同应力状态下保持或提高绝对渗透性的合理动液面高度区间和降低速率。利用所建立的模型对韩城地区WL1，WL2井组进行计算分析，获得了韩城煤层气井开采过程中动液面高度的合理变化区间和排采速率的合理值。本论文研究成果为韩城煤层气井排采强度定量化控制提供了重要的指导意义和借鉴方法。
关键词:煤岩 应力 动液面 渗透率 排采速率
基金项目: “十一五”国家科技重大专项项目 38———煤层气排采工艺及数值模拟技术 ( 2009ZX05038) 资助。
作者简介: 翟雨阳，男，1973 年生，博士，主要从事常规油气、煤层气排采及数值模拟研究工作，通讯地址:北京市海淀区地锦路 5 号中关村环保科技示范园 7 号楼，E mail: zhaiyy@ nccbm. com. cn
Discussion on Control Method to Reasonable Height of Dynamic Liquid Level for CBM Well
ZHAI Yuyang1，HU Aimei1，WANG Zhiyin2，DUAN Pinjia2，ZHANG Dongling3
( 1. China United Coalbed Methane National Engineering Research Center Co. Ltd. ;2. Beijing KeyLaboratory of Urban Oil and Gas Distribution Technology， China University of Petroleum，Beijing 102249，China;3. PetroChina CBM Company Limited，Beijing，100028，China)
Abstract: In China，Coal is of low permeability，complex geological conditions，and weak petrographical structure and mechanical performance. In the initial stage of the recovery，the gravity of the liquid column takes a large proportion in bottom-hole pressure ( BHP) ，and the stress state of surrounding rock are closely related with BHP. Thus，in the process of recovery，too small height of the dynamic liquid level makes coal seam be further compacted and leads to permeability reducing; reversely，too much height of dynamic liquid level easily causes BHP too large and induces the surrounding rock breaking in soften，and produces the coal powder and blocks the seepage channels. Therefore，the study on the rational range of dynamic liquid level and the reducing rate have the vital significance to effectively maintain the reasonable distribution of stress state of surrounding rock and increase reservoir permeability. Based on the 3#，5#coal rock mechanical experiments in Han-cheng，this paper analyses the relationship of the stress state and permeability of coal rock. Through the elastic-plastic stress analysis to the surrounding rock of well，the mathematical model is established，which is about the reasonable range and depres- surization rate of dynamic liquid level to maintain and improve the absolutely permeability. The established models are applied to calculate and analyze the field data of WL1 and WL2 Wells in Han-Cheng. Finally，the reasonable variations of dynamic liquid level are obtained. The researching results provide important instructions and refer- ences to the reasonable recovery control of the coal bed methane in Han-cheng.
Keywords: coal rock; stress; dynamic liquid level; permeability; depressurization rate
引言
煤层气作为非常规能源，对其有效的开采不但可以缓解我国能源短缺的问题，还可以提高煤炭资源的开采效益，并且能够减少对环境(温室效应)的影响。煤层气的有效开采受多种因素的影响，如地质构造特征、煤岩结构、煤阶、渗透率、含气量、解吸吸附特征和开采工艺等［1～5］。因此，煤层气的开采与常规油气开采相比既有相似之处，同时又存在着较大的差异。其中，应力敏感性问题在煤层气工程中表现的尤为显著［6～7］。煤岩储层的渗流能力受孔隙压力变化、煤层气解吸引起的基质收缩作用和滑脱效应的综合影响［8～10］。加载速率和加载方式的不同对煤岩的力学特性和破坏特征有较大的影响，如果加载速率较快，煤岩将呈脆性粉碎性破坏，抗压强度略有提高;相反若加载速率较低，则煤岩抗压强度偏低，延性增大。在煤层气工程实际中，煤岩结构复杂，裂隙(面割理和端割理)十分发育，随着排采的进行煤岩的应力状态将不断发生变化，导致煤岩的裂隙开始发生闭合，然后产生开裂，最终会发生破碎的过程，进而引起储层的渗流系统发生改变，而排采过程中渗透率的变化规律决定着煤层气是否能够高效的开采［11～12］。目前国内外煤层气行业在制定排采工作制度方面主要依靠经验及井筒液面变化来定性确定，这往往导致排采制度不合理，对储层造成伤害，影响开发效益。本文探讨如何通过排采过程中控制煤层气井的合理动液面高度变化规律提高煤层气效益，为煤层气排采强度定量控制提供了科学的理论依据。
1 韩城地区煤岩物理力学特性
1.1 试验测试
煤岩力学特性是反映和研究储层力学行为和应力敏感性的基础数据。利用RW2000岩石三轴压缩试验机对高径比为2∶1的煤岩心试件进行实验，测定了韩城3#，5#和11#煤岩的抗压强度和抗拉强度等参数。其中，抗压强度、弹性模量、泊松比由单轴压缩试验测得;抗拉强度由劈裂试验测得;内摩擦角、粘聚力、残余粘聚力和残余内摩擦角通过三轴压缩强度试验获得，试验结果见表1和表2。
表1 韩城煤岩单轴抗压抗拉强度及变形参数
表2 韩城煤岩三轴抗压强度试验结果
由表1和表2中的实验测试资料可见，韩城煤岩力学特性较差，抗压强度均在10MPa以下。三类煤岩比较而言，3#和5#煤的物理力学特性要比11#煤强，11#煤的残余强度非常低。因此，在煤层气工程中必须注意煤岩力学特性对排采强度控制的影响。
1.2 煤岩应力状态影响渗透率变化机理
基于对韩城主力产气煤层煤岩(3#，5#和11#煤)进行的室内试验和应力应变全曲线下煤岩应力状态对渗流能力影响关系研究表明，煤岩的绝对渗透率在初始弹性变形阶段是随有效应力的增加而减小，但减小的幅度并不大;当有效应力接近煤岩的峰值强度时，由于原有裂隙的开裂和新裂隙的出现导致渗透率缓慢增加当超过峰值强度后，渗透率迅速增大;但当有效应力接近煤岩的残余强度时，渗透率逐渐趋于稳定。
其中，煤岩弹性极限点为原生裂隙开裂、新裂纹开始萌生的临界点。
2 合理动液面高度的确定
在煤层气开采过程中，随着动液面的降低，储层煤岩应力状态不断发生变化，导致煤岩的结构特征和孔隙率等物理力学特性发生改变，因而影响了储层的渗流能力。在此过程中，储层渗透率的变化规律与煤岩的力学特性和煤岩的应力状态变化规律密切相关。根据煤岩应力状态对绝对渗透率的影响关系，考虑煤层气井井周具有破碎区的弹塑性应力状态，则可以通过对井周围岩进行应力状态变化规律分析，另由煤层气生产不同阶段井周应力分布与井底流压及套压和液柱高度之间的关系，忽略气柱摩擦阻力，推导得出保持储层处于塑性裂隙发育阶段的液柱高度合理区间为
中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集
则，动液面高度为h'w=H－hw
另由工程实际分析可知，井底流压的上限值不超过储层原始压力pe。式中:H为储层埋深;pe，pc，p0分别表示为储层压力，套管压力和原岩平均水平应力;c，φ，cr，φr，St分别表示煤岩的粘聚力，内摩擦角，残余粘聚力，残余摩擦角和抗拉强度;ρg表示液柱重度。
因此，要想提高渗透率，应控制合理的动液面高度变化范围，以保持井周应力状态为弹塑性状态，以在井周形成割理或裂隙贯通的流体运移通道，且随着开采过程中塑性区的发展，在井周出现塑性软化区或破碎区，但需防止井周出现过大塑性软化区。
合理的动液面高度变化范围与煤岩的力学性质、储层埋深密切相关，尤其是受内摩擦角影响较大。由于储层的软化区受煤粉的影响会使渗透率受到抑制，因此，在煤层气开采过程中需根据储层的力学特性及埋深来合理控制动液面高度，尽量避免软化区大范围产生，以免造成储层伤害而影响煤层气的进一步开采。
3 动液面合理降低速率
由煤岩的加载速率效应可知，加载速率对煤岩的强度呈正相关影响，同时煤岩脆性亦增强。对于各向异性的煤岩介质，过快的加载速率不利于煤岩中的原始裂隙裂缝的稳定扩展和煤层气的渗透的提高。同理，对于煤层气工程排采过程中的动液面降低速率对井周储层煤岩具有类似的影响机理，如果动液面降低速率过快，将会使储层煤岩有效应力快速增大，最终不合理的动液面降低速率导致煤岩出现脆性破碎并有大量煤粉产生，对储层造成巨大的伤害。所以，煤层气开采不同阶段需控制动液面降低速率在合理值域内。
当储层煤岩处于初始弹性应力状态下时，
中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集
当储层煤岩处于裂隙扩展的塑性阶段，即动液面高度满足(1)式时，
中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集
式中:h'w表示动液面降低速率;ωcr、ωce为塑性软化阶段和弹性阶段的动液面降压速率上限值，可通过试验和现场数据综合分析确定。
4 韩城地区工程应用
韩城地区煤层气为多煤层储层联合排采，煤岩力学特性较差，合理的动液面变化规律对煤层气的高效排采具有很大的意义。根据韩城煤岩的试验力学参数和合理动液面高度变化规律的确定方法(见式1～3)，对韩城地区WL1和WL2的3#和5#煤联合开采的典型煤层气井排采数据进行了统计计算分析，结果见表3。
表3 合理动液面高度降低速率上限值
通过拟合分析可得:
在开采初期的弹性阶段，3#、5#煤联合开采井的动液面近似合理降低速率上限值h'w(m/d)随储层埋深h(m)的变化规律分别为:h'w≤0.022h～5.188;当井周煤岩处于塑性阶段，3#，5#煤联合开采井的动液面合理降低速率上限值h'w(m/d)随储层埋深h(m)的变化规律为:h'w≤0.006h～1.234。
开采过程中无论是初始弹性阶段或塑性破坏阶段，动液面降低速率上限值与储层埋深均近似呈线性递增的规律。煤岩力学特性对开采过程中降液速率影响较大，因此对于力学特性较差的储层，需控制好降液速率才能维持较高的排采能力。初始弹性阶段的降液速率比中期塑性阶段的降液速率一般高4～5倍，这也恰好与室内强度实验曲线峰值前后稳定加载的速率值相同。考虑到工程实际中的安全因素，建议取1.2的安全系数。
5 结论
(1)本文基于煤岩试验揭示了煤层气开采过程中井周煤岩应力状态对渗透率影响的力学机理;储层有效应力随着压降漏斗不断扩展而不断增大，煤岩从原岩区到井壁处，由原始的弹性状态进入塑性状态，在井壁处出现张拉破坏区，此时裂隙开裂积累，日产能达到最大。
(2)以韩城地区煤层气工程数据为依托，探讨提出了生产过程中为提高储层的渗流能力，合理动液面高度变化规律的控制范围及降低速率上限值，对煤层气井的合理排采具有借鉴意义。
(3)煤层气开采受多种因素的综合影响，还需考虑表皮效应(储层伤害)和压裂效果的影响，有待进一步考虑研究。
参考文献
［1］张新民，张遂安.1991.中国的煤层甲烷［M］.西安:陕西科学技术出版社
［2］ SCHAFERPS. H V. 1992. Aguide to coalbedmethane operations ［M］ . Chicago: US Gas Research Institute SAULSBERRY JL， SCHAFERPS， SCHRAUFNAGELRA. 1996. Aguide to coalbed methane reservoir engineering ［M］. Chicago: US Gas Research Institute
［3］ 傅雪海等 . 2003. 多相介质煤层气储层渗透率预测理论与方法 ［M］ . 北京: 中国矿业大学出版社
［4］ 郝琦 . 1987. 煤的显微孔隙形态特征及其成因探讨 ［J］ . 煤炭学报 . ( 4) : 51 ～ 54
［5］ 唐巨鹏，潘一山，李成全等 . 2006. 有效应力对煤层气解吸渗流影响试验研究 ［J］ . 岩石力学与工程学报，25 ( 8) : 1563 ～ 1568
［6］ 秦跃平，王丽，李贝贝，崔丽洁 . 2010. 压缩实验煤岩孔隙率变化规律研究 ［J］ . 矿业工程研究 . 25 ( 1) : 1～ 3
［7］ Jüntgen H. 1987. Research for future in situ conversion of coal ［J］ . Fue，l，66: 272
［8］ Gan H，Nandi S P，Walker P L. 1972. Nature of porosity in A-merican coals ［J］ . Fue，l ( 51) : 272 ～ 277
［10］ 苏现波，陈江峰，孙俊民等 . 2001. 煤层气地质学与探勘开发 ［M］ . 北京: 科学出版社
［11］ 李相臣，康毅力，罗平亚 . 2009. 应力对煤岩裂缝宽度及渗透率的影响 ［J］ . 煤田地质与勘察学报，37( 1) : 29 ～ 32
［12］ Palmer I，Mansoori J. 1996. How permeability depends on stress and pore pressure in coalbeds: a new model. Annual Technical Conference and Exhibition. Denver，Colorado. SPE 36737. 557 ～ 564
傅雪海
（中国矿业大学资源与地球科学学院 江苏徐州 221008）
作者简介：傅雪海，1965年9月生，男，湖南衡阳县人，博士，教授，博士生导师，从事能源地质的教学与科研工作。
项目：国家重点基础研究发展规划——“973”煤层气项目（编号：2002CB211704）。
摘要 本文从煤层气的赋存方式、超临界吸附、低煤级煤的含气量的测试方法、采动影响区动态含气量、煤层气的多级压力降与多级渗流、煤储层渗透率的气体滑脱效应、有效应力效应、煤基质收缩效应、煤储层压力中水压与气压的关系、高煤级煤产气缺陷及煤层气平衡开发等方面对我国煤层气勘探开发的应用基础研究问题作了简要剖析。指出针对各煤级煤储层特征，实行平衡开发，是保障我国煤层气勘探开发持续、稳定发展的重要措施。
关键词 煤层气 动态含气量 动态渗透率 平衡开发
Brief Analysis on Several Basic Issues in CBM Exploration and Developme nt
Fu Xuehai
（China University of Mining and Technology，Xuzhou 221008）
Abstract：This article briefly analyzed several basic issues in CBM exploration and development，including CBM existence ways，supercritical absorption，test method of gas content for low rank coal，dynamic gas content in mining impact zone，CBM multi-level pressure dropping and multi-level percolation flow，gas slippage effects of coal reservoir permeability，effective stress effects，coal matrix shrinkage effects，the relationship between gas pressure and water pressure in the coal reservoir，gas problems in high rank coal and CBM balance development and so on.The author pointed out that the balance development of CBMfor various rank coals is important measure to ensure the continuing and stable development of China's CBM.
Keywords：CBM；dynamics gas content；dynamic penetration；balance development
引言
煤层气藏为介于固体矿藏与流体矿藏之间的一种特殊类型压力-吸附矿藏。美国通过30多年的研究，建立了中、低煤级煤生储优势、次生生物气成藏、煤储层双孔隙导流等基础理论体系，形成了煤储层孔、渗、吸附性等物性室内实验测试技术、排水降压开发煤层气技术、与储层物性相适应的完井技术、增产技术、多井干扰技术、储层压力与渗透率现场试验技术、煤层气、水产能数值模拟技术等为核心的煤层气勘探开发技术[1～8]。此理论除在加拿大有一定的适应性外，其他近30个国家或地区应用效果不佳，揭示该理论存在着较大的局限性。我国在各煤级煤矿区施工了600 多口煤层气井、10余个井组，大多进行了试气排采，煤层气、水产能稳定性差，井与井之间、同一口井不同排采阶段之间变化极大，煤层气产量与试井渗透率的关系并不十分一致，甚至高渗透率低产量，低渗透率却具有较高的稳定气产量[9]。这一现实使我国煤层气工作者感到迷惑，严重扰乱了我国煤层气的勘探开发部署。储层参数与排采工作制度怎样配置才能获得稳定、连续的产能呢？不同学者或工程技术人员从自己的专业范围就上述问题的某一方面曾作过一些有益探索，未从整体上去把握。本文就我国煤层气勘探开发工作中面临的应用基础研究问题提出一些想法，与大家一起讨论。
1 煤层气的赋存方式与低煤级煤含气性问题
1.1 固溶气问题
煤层气由吸附气、游离气、水溶气三部分组成已得到煤层气工作者的公认。但煤与瓦斯突出时的相对瓦斯涌出量是煤层含气量的数倍至近百倍也是不争的事实，就是煤层采动影响区的煤层气和围岩中的煤成气也不可能达到如此高的程度。显然艾鲁尼提出的固溶体是客观存在的，甚至在煤层气总量中的比例远高于艾鲁尼认为的替代式固溶体2%～5%、填隙式固溶体5%～12%这一比例[10]。固溶气（体）可能与天然气水合物——可燃冰类似，在煤与瓦斯突出时被释放出来，由此可见固溶气（体）亦是煤层气的一种重要赋存方式。
1.2 超临界吸附问题
平衡水条件下，煤对甲烷的吸附性呈“两段式”演化模式，即朗氏体积先随煤级的增大而增加，后随煤级的增大而降低，其拐点（即极大值点）大约在镜质组最大反射率3.5%～4.5%这一区间内，在褐煤和低煤化烟煤阶段受煤岩组分的影响波动性较大[11]。
地层条件下，煤层甲烷超临界吸附的现象是存在的。但只有当煤层甲烷压力（气压）超过5.18MPa（表1）才真正出现超临界流体，实际上在我国煤矿瓦斯实测压力中超过此压力的矿井是比较少的。但对于原位且处于封闭系统的煤储层，储层中水压等于气压，只要煤层埋深超过600m，煤层甲烷就可能成为超临界流体。
图1 二氧化碳和乙烷在正常温压梯度条件下的液化区间
对于甲烷和氮气，任一埋深储层温度均高于临界温度，无论压力多大，均不会液化；对于二氧化碳，当储层温度低于31.1℃（表1），对于乙烷，当储层温度低于32.4℃（表1），而储层压力（气压）高于液化压力，二者可以呈液态形式存在。按正常地温梯度3℃/100m、正 常 储层 压 力 梯 度0.98MPa/100m，设恒温带深度为20m、温度为10℃，则埋深400m左右，储层温度约为22℃、储层压力为3.9MPa，此时二者均低于临界温度和压力，二氧化碳和乙烷以气态形式存在；当埋深达到800m，储层温度约为34℃，高于临界温度，二氧化碳和乙烷仍为气态。但当二氧化碳压力大于7.38MPa、乙烷压力大于4.98MPa，二氧化碳和乙烷有可能成为超临界流体；只有在400～800m范围内的局部层段（封闭体系），储层温度低于临界温度，储层压力高于液化压力，二氧化碳和乙烷才可能以液态形式存在（图1）。
表1 煤层气组分的简明物理性质[12］
*在30℃时进行二氧化碳等温吸附实验时得出。
对于以甲烷为主，含有二氧化碳、氮气、乙烷的煤层气而言，其超临界状态和液化的温度和压力条件是下一步值得关注的问题之一。
1.3 低煤级煤含气量的测试问题
我国煤层含气量现场测试大多是基于MT-77-84解吸法标准得出的，对中、高煤级煤适应性较好，但对于分布在我国东北、西北地区的低煤级煤而言，实测含气量明显偏低，由于低煤级煤孔裂隙发育，取心过程在地层温度条件下快速解吸，到地面由于温度降低，解吸速度变慢，有的甚至没有解吸气，由解吸气推算的损失气也就明显偏低。中国煤田地质总局1995～1998年进行的煤层气资源评价时就没有涉及到褐煤，其他单位和个人大多基于褐煤平衡水等温吸附实验来推算褐煤的含气量，从而计算出资源量。因此低煤级煤储层中的煤层气资源量大小不同是造成我国各单位和个人计算煤层气资源量差异的根本原因。
基于低煤级煤层的含水性、孔裂隙特点、温度、压力条件，分别进行吸附气、水溶气和游离气的数值模拟，厘定低煤级煤含气量是我国下一步的研究方向之一。
1.4 采动影响区动态含气性的问题
煤矿采动影响区是地面煤层气开发或井下瓦斯抽放的有利部位。煤矿井巷开拓和煤炭生产改变了煤层的地应力场、流体压力场，打破了煤层内游离气、吸附气和水溶气之间的动态平衡关系。煤矿采动影响区因为煤层卸压，裂隙张开或形成新的裂隙，又因为矿井通风，采动影响区与暴露煤壁间连续出现甲烷浓度差，使煤层渗透性、扩散性能大大增强，煤层气发生解吸，并在浓度梯度、压力梯度作用下向巷道或工作面扩散、渗流或紊流。随着巷道和采煤工作面的连续推进，采动影响区内煤层的含气量呈现出动态变化特征。
煤矿采动影响区可划分为本煤层采动影响区（水平采动影响区）、邻近层采动影响区（垂向采动影响区）和煤炭资源残留区[13]。本煤层采动影响区又可进一步分为掘进巷道和采煤工作面采动影响区。采动影响区内煤层动态含气量与煤壁暴露时间（采煤或掘进工作面推进速度）和距暴露煤壁的距离有关，任何一点的煤层气流速、流向和瓦斯压力均随时间的变化而变化，即为非稳定流场，求其解析解很困难。只有采用数值模拟的方法，如有限元法、瓦斯压力连续测定法、瓦斯涌出量法、瓦斯排放效率法等来近似地估算[13]。
2 煤层气多级压力降与多级渗流问题
煤储层是由气、水、煤基质块等多种物质组成的三相介质系统。其中气组分具有多种相态，即游离气（气态）、吸附气（准液态）、吸收气（固溶体）、水溶气（溶解态）；水组分也有多种形态，即裂隙、大孔隙中的自由水、显微裂隙、微孔隙和芳香层缺陷内的束缚水、与煤中矿物质结合的化学水；煤基质块则由煤岩和矿物质组成。在一定的压力、温度、电、磁场中各相组分处于动平衡状态。在排水降压或外加场干扰作用下开发煤层气的过程中，三相介质间存在一系列物理化学作用，其储层物性亦相应发生一系列变化，单一相态的实验研究很难模拟煤储层的真实物性状态。
煤储层系由宏观裂隙、显微裂隙和孔隙组成的三元结构系统[11]。在排水降压开发煤层气的过程中各结构系统压降程度不同，客观上存在着三级压力降，煤层气-水的运移也相应地存在着三级渗流场，即宏观裂隙系统（包括压裂裂缝）——煤层气的层流-紊流场、显微裂隙系统——煤层气的渗流场、煤基质块（孔隙）系统——煤层气的扩散场[14]。扩散作用又包括整体扩散、克努森型扩散和表面扩散，渗流亦存在达西线性渗流和非线性渗流。煤层气开发，上述三个环节缺一不可，且气、水产能受制于渗流最慢的流场。前期研究大多忽略气体的扩散作用，渗流方程只考虑前两个环节，数值模拟气、水产能与实际情况相差甚远，且过于强调宏观裂隙，即试井渗透率的研究，忽略煤岩体实验渗透率及扩散系数的测试分析。因此，与煤储层孔裂隙结构系统相匹配的解吸—扩散—渗流—紊流多级耦合问题、与煤储层孔裂隙结构系统相匹配的煤层气产能模拟软件是下一步煤层气勘探开发应用基础研究方向之一。
3 储层压力中的水压与气压的关系问题
煤储层流体压力由水压与气压共同构成。美国煤储层压力以水压为主，气、水产能稳定、持续；我国煤储层压力构成复杂，气压占有较大比例，不同压降阶段，煤层气、水产能不同，在总体衰减的趋势下呈跳跃性、阶段性变化[15]。
水动力势是煤层气富集和开发的最活跃因素，是储层压力或地层能量的直接反映和主要贡献者；水的不可压缩性对裂隙起支撑作用，水动力又是煤储层渗透率的维持者。我国中、高煤级煤层为相对隔水层，煤层本身的水体弹性能较低，气体弹性能较高[16]。
美国以单相水流作为介质测试煤储层压力和渗透率的试井方法应用到我国以气饱和为主的煤储层肯定会存在较大缺陷，也就是说用美国的试井方法得出的我国煤储层压力和渗透率是不确切的，由储层压力、含气量和等温吸附曲线计算的含气饱和度、临界解吸压力、理论采收率同样是不确切的。
笔者认为处于封闭系统的煤储层，其水压等于气压，处于开放系统的煤储层，其储层压力等于水压与气压之和。煤储层压力构成及其传导、煤储层中气、水介质之间的相互关系，控制了煤层甲烷的解吸、扩散和渗流特征，是目前煤层气开发亟待解决的关键科学问题。
4 煤储层动态渗透率问题
煤储层在排水降压过程中，随着水和甲烷的解吸、扩散和排出，其渗透率存在有效应力效应、煤基质收缩效应和气体滑脱效应，三种效应综合作用使煤储层渗透率呈现出动态变化[11]。
4.1 有效应力效应
有效应力是裂隙宽度变化的主控因素。有效应力增加会使裂隙闭合，使煤的绝对渗透率下降。渗透率越低，相对变化越大，有的减少两到三个数量级。在排水降压开发煤层气的过程中，随着水和气的排出，煤储层的流体压力逐渐降低，有效应力逐渐增大，煤储层渗透率呈现出快速减少、缓慢减少的动态变化过程[11]。
4.2 煤基质收缩效应
气体吸附或解吸导致煤基质膨胀或收缩，可用朗格缨尔形式来描述，笔者用CO2作为介质对不同煤级圆柱体煤样（每点只平衡12h）进行过吸附膨胀实验，结果表明煤基质收缩系数随煤级的增大而减少[11]。煤层气开发过程中，储层压力降至临界解吸压力以下时，煤层气开始解吸，煤基质出现收缩，由于煤储层侧向上受到围限，煤基质的收缩不可能引起煤储层的整体水平应变，只能沿裂隙发生局部侧向应变，使煤储层原有裂隙张开，裂隙宽度增大，渗透率逐渐增高，且中煤级煤增加的幅度大于高煤级煤[11]。
4.3 气体滑脱效应
在煤这种多孔介质中，由于气体分子平均自由程与流体通道在一个数量级上，气体分子就与流动路径上的壁面相互作用（碰撞），从而造成气体分子沿通道壁表面滑移。这种由气体分子和固体间相互作用产生的滑移现象，增加了气体的流速，使煤的渗透率增大，且随着储层压力的降低，先缓慢增加，到低压时快速增大。
5 高煤级煤储层产气缺陷问题
高煤级煤储层渗透率对应力敏感性强，应力渗透率衰减快；高吸附性、微孔性，自封闭性效应明显；高煤级煤束缚水饱和度大，相渗能力低；经历的构造运动期次多，其反复加压和卸压，渗透性损害极大；煤基质收缩能力弱，煤层气开发过程中其渗透率较难得到改善[17]。
第一，高煤级煤储层显微裂隙不发育。高煤级煤储层大多经过强烈的构造运动，煤层呈碎裂煤、碎斑煤和糜棱煤。
第二，高煤级煤储层应力渗透率衰减很快。流体压力不变、围压不断增大的渗透率实验表明：高煤级煤岩体的渗透率随围压增大呈指数形式降低，且衰减系数远大于中煤级。由于地应力梯度（我国通常为1.6MPa/100m左右）大于储层压力梯度（正常压力梯度为0.98MPa/100m），因此，随煤层埋深的增加，煤储层有效应力增大，煤储层渗透率降低。
第三，高煤级煤相渗能力低。相对渗透率表明：高煤级煤束缚水饱和度大，介于71.3%～84.82%之间，单相水流和气、水双相渗流区域狭窄。气-水双相渗流时，高煤级煤最大气相相对渗透率与最大水相相对渗透率之和介于25.4%～40.78%之间，平均为33.2%，即气相与水相有效渗透率之和约为其克氏渗透率的1/3；束缚水下高煤级煤气相渗透率只有其克氏渗透率的15.7%～22.1%，平均为18.2%，即多相介质条件下，高煤级煤有效气相渗透率不及其克氏渗透率的1/5[11]。
在排水降压开发煤层气的过程中，流体沿渗透性较好的区域指进，使指进流体绕过较大面积的被驱替相，形成被驱替相的一座座“孤岛”。高煤级煤束缚水饱和度大，即这样的“孤岛”较多，排水降压困难，煤层气难于解吸，大部分煤层气被残留，然而由于其吸附时间只有1～9d，所以能较快（数月后）达到产气高峰，造成高资源量、低产能之“瓶颈”现象[17]。
第四，高煤级煤储层渗透率改善能力弱。多相介质煤岩体吸附/膨胀实验表明，高煤级煤吸附最大，膨胀量低于中煤级煤。反过来，煤的吸附/膨胀与解吸/压缩互为可逆过程，即在煤层气的开发过程中，高煤级煤的收缩能力较弱。数值模拟结果表明煤基质收缩引起的渗透率正效应低于有效应力引起的渗透率负效应，高煤级煤储层渗透率在煤层气排采过程中逐渐衰减。
开展不同煤级煤柱样甲烷吸附（吸附平衡时间长达数月）膨胀实验、测试不同压力降、不同孔裂隙结构的气、水流量和扩散能力是下一阶段煤层气勘探开发的重要研究方向。
6 煤层气平衡开发问题
煤储层由多元孔裂隙结构组成，煤层气排采时存在多级压力降和多级扩散/渗流场，由于前期受急功近利的思想支配，煤层气井排采常打破煤储层气-水相渗平衡，没有处理好套压、液面降深和井底压力三者之间的关系，因气、水产能的过度增加，势必加速原始储层内能的消耗，使生产的持续时间缩短。因此，在试气排采阶段，针对不同的储层物性条件，多开展关井测压工作，绘制压力恢复霍纳曲线图，求出压力恢复曲线的斜率，再进一步据关井测压前的平均日产量折算成储层内的体积流量，并结合储集系数和压缩系数来估算气井现实条件下储层内的气体流动系数和气相有效渗透率，从而确定该储层的平衡产能[18]。据沁南 TL007 井和铁法 DT3 井产能历史分析，沁南 TL007 井的平衡产能为2000m3/t左右，铁法DT3井的平衡产能为3000m3/t左右[9]。因此，在排采工作制定时，不断调整套压、液面降深和井底压力，维持气、水产能平衡开发，增长井孔服务年限，是下一步煤层气勘探开发所要关注的问题之一。
7 结论
中国煤层气开发目前处于商业化生产的启动阶段。煤层气超临界状态和液化的温压条件、低煤级煤的含气量测试方法、采动影响区动态含气量、排水降压开发的动态渗透率、煤储层压力构成及其传导、煤储层中气、水介质之间的相互关系、与煤储层孔裂隙结构系统相匹配的解吸—扩散—渗流—紊流多级耦合理论、与煤储层特征相适应的钻井、完井、增产技术、与煤储层孔裂隙结构系统相匹配的排采工作制度和产能模拟软件等均是下一步煤层气勘探开发的应用基础研究课题。
参考文献
[1]Harpalin S，Miphreson M J.1986.The effect of gas pressure on permeability of coal.2nd US Mine Ventulation Symp，369～375
[2]Reeves S R，Decker A D.1991.Reservoir simulation investigation into the interaction of in-situ stress，pore pressure，and coal rank on coalbed methane exploration strategy.Proceedings Gas Technology symposiums，83～91
[3]Puri R，Evanoff J C.1993.Measurement of coal cleat porosity and relative permeability.In：International Coalbed Methane Symposium，SPE 21491，93～103
[4]Palmer L，Mansoori J.1998.How permeability depends on stress and pore pressure in coalbed：A new model.SPE Reservoir Evaluation ＆Engineering，December，124～136
[5]Thotsaphon C，Chen H X，and Lawrence T W.2001.Impacts of Permeability Anisotropy and Pressure Interference on Coalbed Methane（CBM）Production.Proceedings-SPE Rocky Mountain Petroleum Technology Conference，Petroleum Technology-Leads the Way，323～329
[6]Scott A R.2002.Hydrogeologic fators affecting gas content distribution in coal beds.International Journal of coal Geology，50：363～387
[7]Joshua C E.2002.Simplified Prediction of Reservoir Pressure in Coalbed Methane Wells.SPE Eastern Regional Conference Proceedings，49～57
[8]David S，Mike K.2003.Producing Coalbed Methane at High Rates at Low Pressures.Proceedings SPE Annual Technical Conference and Exhibition，4035～4042
[9]傅雪海，秦 勇，范炳恒等.2004.铁法DT3 井与沁南TL-007 井煤层气产能对比研究.煤炭学报，29（6）：712～716
[10]艾鲁尼.AT.唐修仪，宋德淑等译.1992.煤矿瓦斯动力现象的预测和预防.北京：煤炭工业出版杜，142～147
[11]傅雪海.2001.多相介质煤岩体（煤储层）物性的物理模拟与数值模拟[博士学位论文].徐州：中国矿业大学
[12]吴树森.1989.界面化学.武汉：华东化工学院出版杜，190～200
[13]傅雪海，秦勇，周荣福等.2005.采动影响区煤层动态含气量数值模拟.天然气地球科学，16（3）359～362
[14]彭金宁.2006.铁法盆地煤储层多级渗流特征研究（硕士学位论文）.徐州：中国矿业大学
[15]叶建平.2002.水文地质条件对煤层气产能的控制机理与预测评价研究[博士学位论文].北京：中国矿业大学（北京校区）
[16]吴财芳，秦勇，傅雪海，林伯泉.2005.煤基块弹性能及其与地质控制因素之间的关系.中国矿业大学学报，34（5）：636～639
[17]傅雪海，秦勇，姜波等.2004.高煤级煤储层煤层气产能“瓶颈”问题研究.地质论评，50（5）：507～513
[18]顾谦隆，曹立刚.2001.煤层气排采中关井测压和放压实验.中国煤田地质，13（1）：25～27
李俊乾 刘大锰 姚艳斌 蔡益栋 张百忍
( 中国地质大学北京能源学院 北京 100083)
摘 要: 寻找煤层气富集高产区是煤层气勘探开发过程中一项重要的工作，通过对煤层气富集成藏的规律及开发潜力进行分析，为煤层气有利开发区的优选提供依据。本文从沉积环境、水文地质条件及地质构造三个方面，对沁水盆地南部郑庄区块山西组 3#和太原组 15#煤层气富集规律进行了分析。结果表明: ( 1) 区块内 3#煤层顶板以厚层泥岩为主，15#煤层顶板为一大套碳酸盐岩沉积，两类顶板封盖性好，有利于煤层气保存; ( 2) 区块位于滞水洼地附近，水力封闭作用有利于煤层气富集; ( 3) 煤层气局部富集区主要受地质构造的控制，宽缓背斜部位有利聚气、两翼较陡的向斜和背斜轴部均不利聚气、活动性断层部位最不利聚气，总体上向斜部位要好于背斜部位。最后本文从煤储层参数角度，具体分析了该区块的开发前景。3#和 15#煤层煤级高，含气量、含气饱和度较高，煤层较厚，煤层埋藏适中，储层压力接近或稍高于静水压力，均表明有利于煤层气的开发; 而煤储层渗透率普遍较低，则是煤层气开发的主要瓶颈，统计表明，该区块渗透率大小主要受最小有效应力 ( 最小主应力与储层压力之差) 的影响。
关键词: 郑庄 富集规律 沉积环境 地质构造 水文地质 渗透率
基金项目: 国家科技重大专项课题 34 ( 2010ZX05034 － 001) ，国家重大基础研究计划课题 ( 2009CB219604) ，国家自然科学基金项目 ( 40972107) ，中石油创新基金资助 ( 2010D －5006 －0101) 。
作者简介: 李俊乾，博士研究生，矿产普查与勘探专业，主要从事煤层气勘探与开发研究。
Email: lijunqian1987@ 126. com; Tel: 010 － 82320892
Primary Geologic Factors Controlling Coalbed Methane ( CBM) Enrichment and CBM Development Potential in Zhengzhuang Block
LI Junqian LIU Dameng YAO Yanbin CAI Yidong ZHANG Bairen
( School of Energy Resources，China University of Geosciences，Beijing 100083)
Abstract: It is significant to find out the CBM enrichment area during the CBM exploration and develop- ment. It can help select favorable CBM target areas through studying the CBM enrichment regularity and its devel- opment potential. In the paper，the CBM enrichment regularity of the Shanxi Formation No. 3 and the Taiyuan For- mation No. 15 coal seams of the Zhenzhuang Block in northern Qinshui Basin were studied by analyzing sedimenta- ry environment，hydrogeology and geologic structure. Results show that: ( 1) in the study area，the thick mud- stone and carbonate rock are the major lithology of the roof plates of No. 3 and 15 seams respectively. Both roof plates have a good sealing-capping property which are beneficial to preserve the CBM; ( 2) the study area locates near the center of stagnant water，where a CBM enrichment area is formed resulting from hydraulic sealing; ( 3) regional CBM enrichment is mainly controlled by geologic structure. The most favorable area for CBM enrichment locates at an anticline with steep wings; secondarily locates in the axial parts of the anticline and syncline with gentle wings; and the worst locates near the activities faults. On the whole，syncline is much more favorable than anticline in CBM enrichment. In the paper，the CBM development potential in the study area was also analyzed based on coal reservoir parameters. Results show that it is promising to develop CBM within No. 3 and 15 coal seams because both seams are characterized by high metamorphic grade，high CBM content and gas saturation， thick seam，moderate coal burial depth and coal reservoir pressure is similar to ( or higher than ) hydrostatic pressure. However，the low coal reservoir permeability is a main unfavorable factor in CBM development. Statistical results show that the coal reservoir permeability is mainly affected by the difference between minimum principal stress and coal reservoir pressure.
Keywords: Zhengzhuang; enrichment regularity; sedimentary environment; geologic structure; hydrogeol- ogy; permeability
自20世纪80年代美国成功实现地面煤层气商业性开发以来，煤层气的勘探和开发越来越受到世界各主要产煤国的重视。煤层气的抽采利用不仅能缓解常规油气资源短缺带来的能源危机，而且对于煤矿安全生产以及保护环境都具有重要意义。我国煤层气资源丰富，据最新一轮全国煤层气资源评价结果(孙茂远等，2008)，埋深2000以浅的煤层气资源总量达36.8×1012m3，仅次于俄罗斯和加拿大，居世界第三位。截至2008年，在沁水盆地南部已建成1.5亿m3产能的煤层气生产基地，成功实现了高煤级、中低渗透煤的煤层气开发，打破了国外高煤级储层是煤层气开发禁区的理论(高远文等，2008)。
虽然我国高煤级煤炭资源丰富(占总煤炭量29%)，赋存煤层气资源量巨大(占总含气量15.42%)，但开采难度较大，单井产量也通常较低。这是由于我国的聚煤盆地形成演化历史复杂，后期构造破坏严重，以及盆地原型及构造样式多变(孙茂远，2001;饶孟余等，2005)，使得煤层气富集规律难以把握，而且我国的高煤级煤储层多阶段演化和多热源叠加变质作用明显(杨起，1999)，使得我国煤层气藏的储层物性具有极强的非均质性，增加了煤层气的开采难度。因此，研究煤层气富集成藏的地质控制因素以及分析煤层气藏的开发潜力，对于寻找煤层气富集、高产高渗区具有重要现实意义。本文以沁南郑庄区块煤层气藏为研究目标，对这一问题进行了初步探讨分析。
1 区域背景及地质概况
郑庄区块位于晋城市西北约80km处，行政区划属于沁水县郑庄镇。1999年，中国石油华北油田公司在郑庄区块取得982.76km2的探矿权，并于2006年探明含气面积74km2;在2008年取得了135.2km2的采矿权;截至2009年，在该区块累计探明煤层气地质储量达到843亿m3，和毗邻的樊庄区块一起构成我国首个整装千亿立方米的煤层气田(探明地质储量为1152亿m3)，具有广阔的商业开发前景。
郑庄区地块质构造上位于沁水盆地东南部的马蹄形斜坡构造背景之上，其东南及东部以寺头断裂带为界，区内以宽缓褶曲为主，局部发育小规模正断层(如图1)。区块内自下而上发育有奥陶系，石炭系中统本溪组、上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组、石千峰组，三叠系下统刘家沟组以及第四系等地层，其中山西组和太原组为主要含煤层段，发育多套煤层。山西组3#煤层和太原组15#煤层在沁水盆地南部广泛分布，为两个主力煤层，厚度较大且稳定可采，是煤层气勘探开发的主要目标层位。
图1 郑庄区块地质构造及3#煤层埋深等值线图
2 煤层气富集成藏的地质控制因素
2.1 沉积环境
结合前人研究(任海英，2004;邵龙义等，2006)及钻井剖面分析，郑庄区块15#煤层形成于太原组早期第一次特大型海侵之前，聚煤作用发生在泻湖被逐渐淤浅的滨岸沼泽之上，在稳定的构造背景下，聚煤作用持续时间较长，形成较厚的15#煤层(2.4～7.9m)。长期的海侵之后，在15#煤层之上沉积了10m左右的大套石灰岩。在太原组末期，海水开始退去，海陆交互相沉积转换为三角洲沉积体系，在下三角洲平原分流涧湾内发育了厚度较大的3#煤层(5.3～6.2m)。3#煤层顶板发育厚层分流涧湾泥岩，局部夹有分流河道砂体。
沉积环境控制着煤层气的储盖组合、煤层气储层的几何形态以及煤层厚度(王红岩等，2004)，从而影响煤层气的赋存及三维空间分布特征。在不同沉积环境，煤储层围岩条件好坏各异，这直接影响着煤层气的保存。围岩条件的好坏主要取决于煤层顶底板岩性、厚度及其透气性。顶底板岩性越致密、厚度越大、透气性越弱，越有利于煤层气保存富集;反之则利于煤层气体向其他岩层扩散，使气体含量降低。如图2所示，在郑庄区块，3#煤层直接顶、底板均为厚达10多米的泥岩，由于泥岩具有气体排驱压力高、透气性弱的特点，因此对煤层气的封闭能力较好;15#煤层直接顶板为大套的石灰岩，虽然灰岩易受地下水溶蚀作用而使其透气性能增加，但溶蚀性灰岩常分布于构造变动强烈地段，而研究区内构造变形简单，石灰岩遭受溶蚀可能较弱。再加上该灰岩层厚度较大，因此对煤层的保存亦较为有利，但总体较3#煤层围岩封闭性差。
图2 郑庄区块3#和5#煤层顶底板岩性图
总之，在郑庄区块，稳定的沉积环境下发育厚度大、稳定性好(其中3#>15#)的两主力煤层，为煤层气大量储集提供了物质基础;同时，煤层顶、底板具有良好的封闭性能，保证了煤层气的有效保存富集。
2.2 水文地质条件
水文地质条件对煤层气的富集及运移起重要作用，影响煤层气的赋存和分布。通常，水文地质条件控气具有双重性，既可导致煤层气逸散，又能起到保存聚集煤层气的作用。叶建平等(2001)将水文地质控气作用概况为3种类型，即水力运移逸散作用、水力封闭作用和水力封堵作用，其中后两种类型有利于煤层气保存。傅雪海等(2007)在研究沁水盆地水文地质条件对煤层气富集的影响时，提出从盆缘到盆地中心依此出现水力封堵控气作用、水溶携带控气作用、径流逸散控气作用和水力封闭控气作用，最终导致盆缘煤层气含量低、斜坡带含量较高和盆地中心含量高的结果。
研究表明，沁水盆地南部地区山西组含水层主要由底部砂岩和3#煤层上部砂岩组成，两者之间没有水力联系，后者通过裂隙与3#煤层有一定的水力联系(傅雪海等，2007);15#煤层与顶板石灰岩没有水力联系。可见两煤层本身基本是独立的水动力系统，受其他含水岩层影响较弱，外部水动力对煤层气保存影响较小。
郑庄区块边界的寺头断裂，现今状态下属于一条封闭性断裂，导水、导气能力极差，是盆地内部的一个水文地质单元边界。山西组砂岩含水层和太原组灰岩含水层水位在寺头断层东侧附近达到最低值，是地层水的滞水洼地;位于寺头断裂西侧的郑庄及其附近地区，水位也较低，地下水径流强度也可能较弱，较有利于煤层气保存(王红岩等，2001;2004;傅雪海等，2007)。通常，地下水滞水地带也是矿化度较高区域，郑庄区块煤层水矿化度非常高(如表1)，远高于弱径流区地层水矿化度(1823.61mg/L)，由此推测郑庄区块亦位于地下水滞流区，地下水以静水压力的形式将煤层中的煤层气封闭起来，导致煤层含气量较高。
表1 郑庄区块煤层水矿化度 单位:mg/L
2.3 地质构造条件
构造作用是影响煤层气成藏最为重要和直接的因素，不仅控制着含煤盆地及含煤地层的形成和演化，而且控制着煤层气生成、聚集和产出过程的每一环节。在聚煤期，构造控制着煤系地层形成发育的特征，影响到煤层气的生成、储集和封盖能力;在聚煤期后，构造特征及其演化通过对构造变形和热历史的限定，不仅对煤层气的生、储、盖性能产生影响，而且直接控制了煤层气的运移、聚集和保存特征，从而决定着特定地区煤层气资源开发潜力的大小(秦勇，2003)。
在沁水盆地东南部(包括郑庄区块)，煤层气成藏经历了三个演化阶段(王红岩等，2008;林晓英等，2010):第一阶段，三叠纪末期，煤层达到最大埋深，煤岩镜质组反射率达1.2%，此阶段为深成变质作用生气阶段，累计生烃量达到81.45m3/t;第二阶段，晚侏罗世开始至白垩纪末，地层开始抬升，但由于燕山中期的构造热事件影响，煤层长期处于异常高古地温阶段，引起二次生烃，累计生烃量大，可达359.10m3/t;第三阶段，喜山期的煤层气藏调整与改造，最终形成了现今格局。在第二阶段，由于异常热事件的影响，地层的抬升并没有破坏煤层气藏，反而增加了煤储层储集气体的能力。两次生烃作用为煤储层大量聚气提供物质基础。
在盆地形成演化过程中，郑庄区块受构造作用影响较弱，构造形迹相对简单。对煤层气富集具有控制作用的主要为寺头断层及区内局部背、向斜，在不同的构造部位煤层含气量具有明显差异。从图3上可以看出，在宽缓背斜部位有利聚气(如Js8井)、两翼较陡的向斜和背斜轴部(如Js5和Zs31井)均不利聚气、断层部位最不利聚气(如Zs39井)，总体上向斜部位要好于背斜部位(如Js5>Zs31井)。
图3 区域地质构造与煤层含气量关系图
这主要包括以下几个方面的原因:(1)通常处于活动期的断层具有开放性，是气体运移的有利通道;而活动比较微弱或不活动的断层具有封闭性则有利于气体的保存。在煤层气成藏演化过程中，寺头断层在喜山晚期之前一直处于活动状态，具有强开放性，导致断层附近煤层气体沿断层大量逸散，煤层含气量极低。(2)两翼较陡的向、背斜，均为挤压应力下形成的地质构造。对于向斜，轴部煤层的底部及其底板岩层张性裂隙易于发育，部分煤层气扩散损失，而两翼部位则为煤层气富集区;对于背斜，轴部煤层含气量低则是由于煤层顶部及其顶板张性裂隙的发育，同时两翼部位有利于煤层气富集。总体而言，向斜要比背斜更有利于聚气。(3)宽缓背斜也是在挤压应力环境下形成的，属于局部小构造，亦为应力集中区，因此有利于煤层的吸附。
3 煤层气开发前景分析
煤层气有利开发区主要包括两层含义，它既是煤层气的富集区又是高产高渗区。在查明煤层气富集规律的基础上，寻找煤层气高产高渗区是实现煤层气大规模商业开发的关键。文章从煤储层参数角度，具体分析了郑庄区块3#和15#两主力煤层的开发潜力以及瓶颈问题。
煤层气在煤储层中的渗流特征与常规天然气差异很大，影响煤层气高产的因素复杂而多样，主要包括:煤层气含量、含气饱和度、煤层埋深、煤层厚度、煤级、煤储层渗透率、煤储层压力、临界解吸压力(娄剑青，2004;万玉金等，2005;陈振宏等，2009)以及煤体结构等。在研究区内，煤层气开发的有利储层参数主要包括以下几个方面:(1)煤储层含气性较好(表2)，3#煤层平均含气量19.11m3/t、甲烷含量18.35m3/t、含气饱和度69.58%;15#煤层平均含气量16.30m3/t、甲烷含量15.42m3/t、含气饱和度62.80%。较高的含气量和含气饱和度是煤层气高产稳产的物质基础。(2)煤层埋藏适中，降低开采难度及开采成本，3#煤层埋藏深度512～1215m;15#煤层605～1310m。(3)煤层厚度较大，3#煤层厚度5.3～6.2m;15#煤层厚度2.4～7.9m。(4)煤变质演化程度高，最大镜质组反射率Ro，max=3.55%～3.98%，高变质程度使煤的吸附能力强，含气量高。(5)3#煤储层压力梯度接近于静水压力梯度;15#煤储层压力梯度略高于静水压力梯度。煤层气储层为常压或接近常压均有利于煤层气的开发。
表2 郑庄区块煤层含气性特征
注:下标ad代表空气干燥基。
在郑庄区块，开发煤层气存在的主要瓶颈问题是煤储层渗透率较低，平均低于1mD，其中3#煤层试井渗透率为0.013～0.430mD;15#煤层试井渗透率为0.022～0.920mD。通过镜下观察显微裂隙，两煤层均以B型(宽度>5μm，1mm<长度<10mm)裂隙为主，A型(宽度>5μm，长度>10mm)裂隙较少，裂隙密度较小，且连通性中等至差。裂隙不发育和连通性较差是导致煤储层渗透性差的主要原因。但两煤层的煤岩类型主要为光亮煤，煤体结构以原生结构和碎裂为主，这使得改善煤储层渗透能力成为可能。从煤层气开发的角度来讲，原生结构的煤体，裂隙虽然相对较少，但经过压裂后，煤层气容易抽放，属较好类型的煤体;碎裂结构的煤体，裂隙相对发育，抽放条件优越，属于极好的煤体类型。
表3 郑庄区块煤储层宏观和微观裂隙发育特征
另外从图4上可以看出，在郑庄区块煤储层渗透率主要受最小有效应力(最小主应力与储层压力之差)的影响，随着该应力的增加，渗透率值明显降低;但埋深和最小主应力对渗透率的影响不明显。因此，可以通过研究最小有效应力分布规律，在研究区低渗透率背景上寻找渗透率高值区，为选取煤层气高产高渗区提供科学依据。
图4 3#(a)及15#(b)煤层渗透率与应力、埋深关系图
4 结论
文章从沉积环境、水文地质条件和地质构造三个方面，分析了郑庄区块3#和15#煤层煤层气富集成藏的地质控制因素。结果表明:稳定的聚煤沉积环境和封闭的水动力系统是煤层气的保存的有利条件，而局部煤层气富集则受控于地质构造条件:在宽缓背斜部位有利聚气、两翼较陡的向斜和背斜轴部均不利聚气、断层部位最不利聚气，总体上向斜部位要好于背斜部位。另外，文章从储层参数角度分析了该区块煤层气的开发潜力。3#和15#煤层煤级高，含气量、含气饱和度较高，煤层较厚，煤层埋藏适中，储层压力接近或稍高于静水压力，均表明有利于煤层气的开发。然而该区块煤储层渗透率极低，使煤层气的商业开发增加了难度，但可以通过压裂等增产措施适当的改善煤储层，提高气产量。
参考文献
陈振宏，王一兵，杨焦生等.2009.影响煤层气井产量的关键因素分析———以沁水盆地南部樊庄区块为例，石油学报，30(3)，409～416
傅雪海，秦勇，韦重韬等.2007.沁水盆地水文地质条件对煤层含气量的控制作用，煤层气勘探开发理论与实践，61～69
高远文，姚艳斌.2008.我国煤层气产业现状及开发模式探讨，资源与产业，10(2)，90～92
林晓英，苏现波，郭红玉.2010.沁水盆地东南部寺头断层对煤层气藏的封闭性评价，天然气工业，30(4)，20～23
娄剑青.2004.影响煤层气井产量的因素分析，天然气工业，24(4)，62～64
秦勇.2003.中国煤层气地质研究进展与述评，高校地质学报，9(3)，339～352
饶孟余，杨陆武，冯三利等.2005.中国煤层气产业化开发的技术选择，特种油气藏，12(4)，1～4
任海英.2004.沁水煤田晋城矿区煤层的沉积环境与煤层气，煤矿现代化，(6)，18～19
邵龙义，肖正辉，何志平等.2006.晋东南沁水盆地石炭二叠纪含煤岩系古地理及聚煤作用研究，古地理学报，8(1)，43～52
孙茂远，刘贻军.2008.中国煤层气产业新进展，天然气工业，28(3)，5～9
孙茂远，杨陆武.2001.开发中国煤层气资源的地质可能性与技术可行性.煤炭科学技术，29(11)，45～46
万玉金，曹雯.2005.煤层气单井产量影响因素分析，天然气工业，25(1)，124～126
王红岩，万天丰，李景明等.2008.区域构造热事件对高煤阶煤层气富集的控制，地学前缘(中国地质大学(北京);北京大学)，15(5)，364～369
王红岩，张建博，李景明等.2004.中国煤层气富集成藏规律，天然气工业，(5)，11～13
王红岩，张建博，刘洪林等.2001.沁水盆地南部煤层气藏水文地质特征，煤田地质与勘探，29(5)，33～36
杨起.1999.中国煤的叠加变质作用，地学前缘(中国地质大学，北京)，6(增刊)，1～7
叶建平，武强，王子和.2001.水文地质条件对煤层气赋存的控制作用，煤炭学报，26(5)，459～462
事件： 根据新华社报道，山西省2019年将全面实行煤层气矿业权退出机制。
山西省煤层气储量占约全国9成，圈而不采现象严重。 根据《山西省煤层气资源勘查开发规划 (2016—2020年)》，截至2015年底山西省累计探明煤层气地质储量5784亿立方米，约占全国的88%，主要分布在沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘。2015年底全省境内共设置煤层气矿业权41个，登记面积3.06万平方千米。然而山西省煤层气矿业权80%以上属于中石油、中联煤、中石化三大央企，圈而不采现象较突出，制约了煤层气开发进度。
山西省2019年有望实施煤层气矿业权退出机制。 为了扭转煤层气区块资源垄断造成的活力不足现象，山西省近年来积极推行煤层气矿业权改革，2019年有望实行煤层气矿业权退出机制。根据新华社报道，山西省将提高煤层气区块最低勘查投入标准和区块持有成本，具备开发条件的区块将限期完成产能建设，取得煤层气区块后长期勘查投入不足的企业将受到核减区块面积等处罚，情节严重的将收回区块。此外，山西省鼓励企业之间采取合作或调整矿业权范围等方式，妥善解决矿业权重叠范围内资源协调开发问题。
退出机制有望遏制现有“囤地”行为，利好新天然气、蓝焰控股等技术型企业。 我们判断退出机制有望遏制“囤地”行为，技术先进、经验丰富的煤层气开采公司有望通过转让或合作开发方式获得矿区。新天然气2018年8月完成收购亚美能源50.5%控制权，通过产品分成合同参与山西沁水盆地潘庄和马必区块煤层气开发，其中潘庄区块面积141.8平方千米，占山西省煤层气总登记面积不足0.5%，2017年煤层气产量超过山西省总产量10%。马必区块面积898.2平方千米，已于2018年10月取得发改委开采核准，今年起有望大规模商业开发释放产能。蓝焰控股是目前国内最大的地面抽采煤层气公司，第一大股东晋煤集团旗下具有国内最大井下抽采能力，实际控制人山西省国资委。2017年蓝焰控股实现煤层气产量14.3亿方，占全国总量的28.9%。
多措施鼓励煤层气开采，我国18-20年地面煤层气产量年均增速将达26.38%。 能源局2016年11月印发《煤层气开发利用“十三五”规划》，指出到2020年全国煤层气抽采量达到240亿立方米，其中地面煤层气产量100亿立方米。考虑到2017年全国地面煤层气产量仅49.54亿立方米，若要完成规划，预计2018-2020年煤层气产量年均增速将达到26.38%。山西省目标高于规划，根据2017年8月发布的《山西省煤层气资源勘查开发规划(2016—2020年)》，山西省2020年煤层气抽采量将达到200亿立方米，地面开采产能建设达到300~400亿立方米/年。此外，我国多举措鼓励煤层气开采，对煤层气开采企业实行直接补贴和增值税即征即退政策：目前煤层气每方气补贴由原0.2元提高至0.3元，补贴政策延续至2020年以后；煤层气销售增值税先征后退政策2007开始实行，退税款由企业专项用于煤层气技术研究和扩大再生产，不征收企业所得税，我国未来几年煤层气发展空间广阔。
投资建议： 能源清洁化背景下全国天然气需求高景气无忧，预计未来三年天然气整体呈现紧平衡，非常规天然气开采加速。继续推荐具备上游煤层气资源的新天然气。
（文章来源：申万宏源）
1.PLC控制花样喷泉.doc 2.S7-200PLC在数控车床控制系统中的应用3.PLC控制五层电梯设计 4.超高压水射流机器人切割系统电气控制设计5.基于PLC的恒压供水系统设计 6.西门子PLC交通灯毕业设计7.双恒压供水西门子PLC毕业设计 8.世纪星组态PLC控制自动配料系统毕业论文9.三菱梯形图PLC控制四层电梯 10.三菱PLC五层电梯控制11.全自动洗衣机西门子PLC控制 12.欧姆龙PLC控制交通灯13.基于PLC电机故障诊断系统设计 14.双恒压无塔供水系统plc设计毕业论文15.工业用洗衣机的PLC控制 16.PLC在配料生产线上的应用毕业论文17.变频调速恒压供水系统 18.PLC电梯控制毕业论文19.基于PLC电梯控制设计 20.基于PLC中断技术的集选电梯控制系统实现
随着信息网络技术发展水平的不断提高，发电厂电气技术也渐渐地被人们所关注。我为大家整理的发电厂电气技术论文，希望你们喜欢。 发电厂电气技术论文篇一 发电厂电气自动化技术初探 摘要：本文分析了发电厂用电系统的特点，通过介绍电气综合自动化系统的功能，探讨了目前电气自动化控制系统的设计思想，展望了将来电气自动化控制系统的发展趋势。 关键词：发电厂;电气自动化;技术;分析 中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号： 从布置方式和数量上来看，厂用电设备分散安装于各配电室和电动机控制中心，元件数量众多，运行管理信息量大，检修维护工作复杂。与热工系统相比较， 电气设备操作频率低，有的系统或设备运行正常时，几个月或更长时间才操作一次;电气设备保护自动装置要求可靠性高动作速度快，比如保护动作速度要求在40ms 以内完成。在电气设备本身构造上，其具有联锁逻辑较简单、操作机构复杂的特点。在构建ECS时，其系统结构与DCS 的联网方式是确保系统高可靠性的关键。既要实现正常起停和运行操作外，又要实现实时显示异常运行和事故状态下的各种数据和状态并提供相应的操作指导和应急处理措施，保证电气系统在最安全合理的工况下工作。 1 集中模式 1.1 原理 集中模式也就是传统的硬接线方式，将强电信号转变为弱电信号，采用空接点方式和4—20mA标准直流信号，通过电缆硬接线将电气模拟量和开关量信号一对一接至DCS的I/O模件柜，进入DCS进行组态， 实现对电气设备的监控。这种模式又分为直接I/0接人方式和远程I/0接人方式两种，前者是将电缆接至电子间集中组屏，后者是在数据较集中且离主控室较远的电气设备现场设立远程I/0采集柜，然后通过通信方式与 DCS控制主机相连，两者具有相同的实现技术，本质上没有区别。 1.2 优点 电气量的采集集中组屏，便于管理，设备运行环境好;硬接线方式成熟，响应速度快。 1.3 缺点 1.3.1 电缆数量大，电缆安装工程量大，长距离电缆引进的干扰也可能影响DCS的可靠性。 1.3.2 DCS系统按“点”收费，不仅投资大，而且只有重要的电气量才能进入DCS，系统监测的电气信息不完整。 1.3.3 所有信息量均要集中汇总至 DCS系统，风险集中，影响系统可靠性。 1.3.4 由于 DCS调试一般是最后进行，采用集中模式通常难以满足倒送厂用电的要求。 1.3.5 没有独立的电气监控主站系统，无法完成较复杂的电气运行管理工作(如防误、事故追忆、继电保护运行与故障信息自动化管理、录波分析等高级应用功能)，不能实现电气的“综合自动化”。 2 分层分布式模式 2.1 原理 分层分布式模式从逻辑上将ECS划分为三层，即站级监控层、通信层和间隔层(间隔单元)。间隔层由终端保护测控单元组成，利用面向电气一次回路或电气间隔的方法进行设计，将测控单元和保护单元就地分布安装在各个开关柜或其他一次设备附近。网络层由通信管理机、光纤或电缆网络构成，利用现场总线技术，实现数据汇总、规约转换、转送数据和传控制命令的功能。站级监控层通过通信网络，对间隔层进行管理和交换信息。 2.2 优点 2.2.1 间隔层测控终端就地安装，减少占用面积，各装置功能独立，组态灵活，可靠性高。 2.2.2 模拟量采用交流采样，节省二次电缆，降低了成本，抗干扰能力增强，系统采集的数据精度大大提高。 2.2.3 系统采集的数据量提高，监控信息完整，能实现在远方对保护定值的修改及信号复归，运行维护方便。 2.2.4 分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块(部件)正常运行。 2.2.5 设置独立的电气监控主站，便于分步调试和投运，满足倒送电的要求。同时有利于厂用电系统的运行、维护和检修。 2.3 关键技术 2.3.1 间隔层终端测控保护单元。分层分布式系统的最大特点就是以间隔层一次设备为单位，现场配置测控保护单元。该单元是保障厂用电系统安全、稳定运行最重要、最有效的技术手段，对其可靠性、灵敏性、速动性和选择性都有很高的要求，因此不宜由DCS来实现保护功能，而应该采用专用保护装置来实现。厂用电系统保护主要有线路、厂用变、电动机综合保护测控装置等，实现微机化保护、实时数据采集、 远方及就地控制以及记录故障数据等功能。 2.3.2 通信网络。 ECS系统安装工作于高电压、大电场的环境，工作环境恶劣、电磁干扰大，因而通信网络是ECS系统的关键组成部分，通信网络的性能直接影响着自动化监控系统的整体性能。目前较为流行的采用电缆现场总线网络方式，光纤通信亦开始被用户逐步接受。 通信管理层是间隔层和站控层之间的桥梁，方案中一般采用双冗余的设计思想，按照通信管理机双机热备用或双通道备用原则配置，当数据通信网络中出现问题时，系统能自动切换至冗余装置或通道，以提高系统可靠性。 2.3.3 监控主站。监控主站安置在站级监控层，实现厂用电电气系统监控和管理，主站配置的设备和规模需要根据发电机机组的容量和运行管理要求进行设计，即可以配置成单机、双机或多机系统，标准的设备主要有数据库服务器、应用和Web服务器、操作员站、工程师站 以及其他网络设备、GPS和打印机。 尽管配置的设备规模不同，但配置的软件以及完成的功能基本一样。软件主要有前置机软件、实时数据库软件、人机界面软件和图形建模软件等。功能主要有系统监控功能、数据管理功能、系统管理功能以及应用分析功能等。 另外，主站系统可通过多种方式与DCS系统、MIS系统和SIS系统传输数据。 2.3.4ECS与DCS的协调控制。由于电气系统与热工系统在运行过程和控制要求上有着很多不同之处，所以在设计规划阶段和调度运行过程时必须要考虑 ECS与DCS系统之间的功能分工和协调控制，主要体现在以下几点： 由DCS实现电动机连锁逻辑控制操作，厂用电自动切换逻辑由专用电气装置实现。 由ECS实现继电保护、故障录波和事故追忆等功能的管理。 控制操作主要在DCS操作员工作站进行，DCS系统授权后也可在ECS操作员工作站进行，但要保证控制权的唯一性。 3 技术的发展趋势 3.1 嵌入式工业以太网技术的应用 由于现场总线通信协议技术标准的多样性，难以统一，使其不能满足以上性能要求，而以太网由于其传输速度快、容量大、网络拓扑结构灵活以及低成本等特点，在商业领域和工业领域内得到了大规模的应用。该技术成为建立电气综合自动化中无缝通信的最好选择。 工业以太网技术直接应用于工业现场设备间的通信已成大势所趋。随着以太网通信速率的提高，全双工通信、交换技术的发展，为以太网的通信确定性问题的解决提供了技术基础，从而为以太网直接应用于工业现场设备间通信提供了技术可能。 利用嵌入式软、硬件，在单片机系统上实现工业以太网技术又称为嵌入式以太网。国外大的电力设备供应商纷纷推出了基于嵌入式以太网的微机保护测控设备 ，国内电力装备制造商开发的最新综合自动化系统中，也把嵌人式以太网成功应用于二次保护控制设备，因而嵌入式以太网是电气综合自动化系统间隔层网络通信的必然发展方向。 3.2综合智能化技术的应用 ECS系统控制发展经由计算机控制取代了传统操作盘控制，目前又由计算机控制向综合智能控制和管理发展，主要表现在间隔层和站控层两方面。 间隔层的保护和测控单元由传统的相对独立设计，向着集保护、测量、控制、远动于一体的综合化及网络化智能保护测控单元发展，直接面向一次设备或设备组合，就地安装，除实现继电保护、实时电量监控、状态信息记录及历史记录等基本功能外，还能与站控层联网实现事故分析、状态监视、微机防误操作和安全保障等功能。 站控层监控系统由满足基本运行SCADA功能，向全面提高运行和管理自动化水平发展。监控主站采用先进的数据挖掘技术对电气实时数据仓库和历史数据仓库的数据进行分析，提供一系列的高级应用功能。这些功能分为对外和对内两大部分。对外的功能是指给DCS和SIS等其他系统提供数据，实现机组优化控制和优化管理等综合智能控制;对内的功能是指集间隔层装置的监控管理、自动抄表、设备管理、定值管理、故障信息管理、设备在线诊断和小电流接地选线等功能于一体。 4 结束语 本文提出了厂用电电气自动化技术的发展趋势，随着IEC国际标准在工业化领域内的认同和应用普及，基于同一国际标准的全开放式的数字化厂用电电气综合自动化将是下一步研究的重点。 参考文献： [1] 庞军.电气自动化监控技术在电厂中的应用发展[J].能源电力,2011，(7). [2] 张俊.电力系统中电气自动化技术的探索[J].中国新技术新产品,2010，(9). 发电厂电气技术论文篇二 发电厂电气自动化技术应用方法初步研究 摘 要：随着我国社会经济的不断发展，我国东西部经济发展不平衡也日渐显著，特别是在发电厂自动化技术应用及研究上存在着很大的差距，在一些发展比较缓慢的地区，各种原因造成的安全问题还时有发生。本文就发电厂自动化技术的应用进行了相关问题的探讨和研究，通过对电网系统自动化控制模式的完善，以及对现有成功使用案例的研究，制定出配置更加灵活和更容易维护的自动化控制技术。 关键词：热工自动化;电气自动化;电气监控系统 中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 (2013) 20-0000-01 发电厂的自动化控制系统的配置方式和数量相对比较复杂，同时在设计的过程中往往会使用较多的电器元件，所以运行管理中需要控制的信息量十分庞大。多种因素共同造成了对于发电自动控制系统检修工作的复杂性。所以在电器设备的自动化控制中需要提高电器设备的可靠性和运行效率。 一、发电厂自动化技术基本功能 发电厂的自动化控制过程中的一个重要工作环节就是对相关信息的搜集，这个工作环节的最主要作用就是将发电厂工作现场的各种模拟数据信息经过计算机系统进行检验，在检验的过程中如果发现被处理数据存在偏差还可以同时进行合理性的矫正，这有利于对重要数据进行整理。一般情况下，对模拟信号进行采集的过程中，同时也要对电流、功率等因素进行测定。在检测过程中检测的数据将通过画面进行直接显示，屏幕上主要显示发电厂工作的所有模拟量、相关的计算量，开关、断路器数据等多种相关数据，处于挂牌检修状态的部分电器元件也将显示在屏幕上。 自动化系统中的检测警报功能能够使得工作人员将发电厂的全部设备的运行信息的实时状态了如指掌，在进行数据监控的同时还能够将系统的信息结合画面的功能显示出来。如在发电厂中的模拟量如果发生超越极限的情况，监视功能控制系统就会自动地将发生越界的对象的名称、编号、时间以及相关参数值等多种重要数据显示出来，同时进行打印和上传，还能够对发生次数进行计算。警报分为事故警报和预告警报两种方式，这两种方式通过不同的颜色进行显示，通过分析不同的颜色进行区分。 在进行实际操作的工作过程中主要分为两级别控制、现场自动控制、上机控制和DCS控制着四种控制方法，其中后三种控制方式比第一种控制方式更为灵活，具有更强的可操作性，命令操作的顺序成为操作优先级，保证合理的操作优先级可以确保控制系统的一致性和安全性，能够极大地提高安全生产的效率。一旦发电厂的某些重要设备发生安全事故，控制系统将会对信息进行及时上传，通过计算机的计算进行快速反应，同时制定出最合理的解决方案。在事故处理结束后会自动对数据进行分析和储存，得出系统性的解决办法，预防类似事故的再次发生。 二、发电厂的新型电气化自动控制技术 随着发电厂自动化控制系统科技的不断发展，一种建立在先进信息化平台上的发电厂自动化控制系统越来越多地应用于生产领域。其中ECS系统在发电厂电气控制系统中应用比较广泛的一种系统，这种系统具有计算机处理、信号的采集与处理、现场总线技术、以太网、继电保护等技术综合研发。应用计算机、现场总线、以太网、信号处理、继电保护等技术实现对发电厂的发电机、变压设备、电动机、反馈线等电器设备以及电气化装置的测量、处理、控制、保护、监测、故障分析、保护等多种功能。这种系统采用了分层式的系统架构，自下向上分别为控制层、管理层和间隔层，其中控制层包括了硬件服务、工作站硬件等方面的工作硬件。主要通过电抄表、录波分析等应用软件进行各种工作系统的通信连接。 ECS工作系统采用了一体化设计的方式将管理层和站控层进行了一体化设计，保证了组态调试可以一次性完成，极大地提高了调试的工作效率，同时从整体的角度完善了系统的通信工作功能，保证了通信层和间隔层之间的通信速度，并且使用DCS、MIS等数据端作为通讯接口，使得ECS和DCS之间的相互通信不受限制，还可以节省大量通信线缆和变送器设备，降低工作成本。同时系统采用了先进的自动化设备，完全实现了不受通讯限制的独立运行，保证了系统工作的安全性和可靠性。 GCS监控系统的间隔层使用的测控系统具有比较完善的屏蔽和隔离组件，因此该系统的抗干扰能力较强，能够适用于各种复杂的工作环境。而且系统中还使用了新型的冗余技术，实现了双线网络控制、站控设备冗余以及双层以太控制等多种模式控制，从工作效率上确保了工作系统的稳定性。工作系统中的安全部件当中还设置有防火墙等多种杀毒措施，并且根据网络分段和数据加密等多种方式提高了网络信息传输的安全性。除此之外，在ECS工作系统中还增加了系统的自我诊断和自我恢复的功能，这是传统电器设备所不具备的。这就使得监控系统的间隔层、站控层和管理层具备了自我修复的功能。在通信层和管理层之间还添加了一种类似于熔断的网络数据中断方式，这就在很大程度上提高了监控系统自我修复的效率。同时在通信管理层中使用了双通道进行数据的备份、恢复和及时上传，提高了信息传输和信息数据处理的效率。系统采用了具有更高性能的微处理器，硬件的配置上也选择了具有多个CPU的智能化结构主机，确保在巨大数据计算工作量时不至使得硬件损坏，同时在操作系统上使用了领先水平的嵌入式多个任务可以同时进行操作的操作系统，这就极大地提高了数据的处理速度和处理效率，保证了发电厂的工作效率和安全工作系数，保证了发电厂的固定财产和工作人员的生命财产安全。 三、结束语 综上所述，发电厂的自动化控制系统是由一组独立分布的计算机控制系统进行控制的，和电厂的运行电气相比，这个方案比较经济且更加具有可行性。随着信息网络技术发展水平的不断提高，网络化的信息技术工作效率也越来越高，在不久的将来将全面实现发电厂电气控制系统工作的完全自动化，同时最终实现和DCS系统的合并，实现较大规模的信息资源共享，这将使得电力系统自动化控制进入到一个新的发展阶段。 参考文献： [1]冯兴林.高速公路交通监控系统技术应用的探讨[J].中国新技术新产品，2012. [2]邵景峰，杨丽萍，李永刚.整经机网络化监控系统软件设计[J].太原理工大学学报，2013. [3]张煜明，厉红娅.新加坡D2563K6型高架门座起重机的电气系统[J].起重运输机械，2011. [4]吴胜强，李铁，尹德胜.DJK型无线调车机车信号及监控系统的推广应用[J].铁道通信信号，2012. 看了“发电厂电气技术论文”的人还看： 1. 电厂电气方面的技术论文 2. 电厂电气方面的技术论文(2) 3. 电气自动化技术论文范文 4. 电气专业论文范文 5. 电气工程及其自动化专业论文
1. PLC控制花样喷泉.doc 2. S7-200PLC在数控车床控制系统中的应用3. PLC控制五层电梯设计 4. 超高压水射流机器人切割系统电气控制设计5. 基于PLC的恒压供水系统设计 6. 西门子PLC交通灯毕业设计7. 双恒压供水西门子PLC毕业设计 8. 世纪星组态 PLC控制自动配料系统毕业论文9. 三菱梯形图PLC控制四层电梯 10.三菱PLC五层电梯控制11.全自动洗衣机西门子PLC控制 12.欧姆龙PLC控制交通灯13.基于PLC电机故障诊断系统设计 14.双恒压无塔供水系统plc设计毕业论文15.工业用洗衣机的PLC控制 16.PLC在配料生产线上的应用 毕业论文17.变频调速恒压供水系统 18.PLC电梯控制毕业论文19.基于PLC电梯控制设计 20.基于PLC中断技术的集选电梯控制系统实现21.自动送料装车系统PLC控制设计 22.简易电梯控制模型的设计与实现.doc23.PLC在数控机床中的应用 24.机械手PLC控制设计25.PLC控制锅炉输煤系统 26.PLC控制自动门的课程设计 27.基于PLC的三层电梯控制系统设计 28.交流变频调速PLC控制电梯系统设计毕业论文29.PLC控制的自动售货机毕业设计论文 30.PLC在变电站变压器自动化中的应用31.PLC在电网备用自动投入中的应用305022336
杨庆龙 吴财芳
( 中国矿业大学资源与地球科学学院 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室 徐州 221008)
摘 要: 本文从剖析射孔完井的优缺点出发，结合山西省沁水盆地寺河矿区某井所采取的完井工艺技术，对沁水盆地煤层气气井的射孔完井技术进行适应性探讨。研究发现: 各个地区的地层属性都有其独特性，有必要根据本地区地层的区域性的具体特点，对煤层气井的钻井工艺做出相应的改善; 必须高度重视煤层气钻井完井过程中压力对煤层的伤害问题; 研究更低密度、低固相、高强度的水泥浆体系，以及其他低伤害高效压裂液是煤层气钻井完井技术的重要保障。
关键词: 沁水盆地 煤层气 射孔 钻井 完井
Study of Qinshui Basin CBM Technical Adaptation of Perforated Completion
YANG Qinglong WU Caifang
( 1. The School of Resources and Earth Science，China University of Mining and technology， Ministry of Education Key Laboratory of CBM resources and accumulation process， Xuzhou，221008，China)
Abstract: Base on the technology of well completion in Sihe mine of Qinshui Basin，This paper analyzes the advantages of Perforated completion，and Discuss the adaptation about it in Qinshui Basin CBM wells. The results indicate that: the formation of each region has its unique properties，it is necessary to make corresponding im- provement process about the drilling technique of CBM wells according to the regional stratigraphy of the region's specific characteristics; we must attach great importance to pressure harm to coal seam during CBM drilling and completion; it is an important guarantee to research more low density，low solids，high strength cement slurry and other low damage，Efficient fracturing fluid for CBM drilling and completion technology.
Keywords: Qinshui Basin; CBM; Perforation; Drilling; Completion
项目资助: 国家 “973”煤层气项目 ( 2009CB219605) 、国家科技重大专项项目 ( 2011ZX05034) 、国家自然科学基金重点项目 ( 40730422) 及青年科学基金项目 ( 40802032) 资助。
作业简介: 杨庆龙，男，1987 年 7 月出生，中国矿业大学资源与地球科学学院，在读硕士，专业方向: 煤层气勘探与开发，Tel:，E mail: yangqinglong325@126. com。
自20世纪90年代以来，随着地面煤层气开采技术的引进，山西地面煤层气开发利用发展迅速。截至2009年底，中外十余家企业在沁水煤层气田已建成各类煤层气井2621余口，地面煤层气年抽采能力达到22亿立方米。由于直井钻井成本低、工艺技术简单、技术最成熟。煤层气开发方式以地面垂直井为主。多分支水平井、丛式井试验成功标志着我国煤层气开发技术取得重大突破，但由于该技术属于试验阶段，大规模展开尚需时日。目前完井方式主要有裸眼洞穴完井和套管射孔完井。由于套管射孔完井技术具有对地层适用范围广、层间封隔好，允许进行选择性完井、有利于水力压裂和采气作业、井筒稳定，寿命长，便于修井等优点［1］。所以本地区主要最优的完井工艺依然是套管射孔完井，裸眼洞穴完井的适用性还有待研究。
1 钻井的目的
本井为煤层气开发井，本井完钻层位位于石炭系上统太原组3号煤层底板以下41.54m。本井揭露煤系地层厚度82.36m，共见主要可采煤层1层。3号煤层，位于山西组底部，似金属光泽，镜煤、暗煤次之。其钻探深度为443.85～450.45m，厚度为6.6m。测井为444.02～450.62m，厚度为6.6m，结构简单。钻井目的为开发利用3号煤层的煤层气，降低煤层瓦斯含量。
2 本井的工艺技术
本井井身结构符合设计要求，井身质量合格(图1)。
图1 煤层气井井身结构示意图
2.1 井身结构
(1)一开井身井径φ311.15mm，井深41.06m(钻入基岩26.05m)，下入φ244.50mm的表层套管，为了使水泥浆较为便利的注入井内，表层套管长度为40.23m。固井水泥上返地面。
(2)二开井径φ215.90mm，钻至井深492.16m完钻。下入φ139.70mm的生产套管，套管长490.49m，高出地面0.28m。固井水泥返高为187.50m。
(3)阻位深487.66m，人工井底深度为487.00m。
2.2 井身质量评述
终孔489.00m处井斜为1.1°，该井的最大井斜在井深375.00m处，斜度为1.3°。全井在400m处全角变化率最大，为1.7°/25m。
全井平均井径224.20mm，平均井径扩大率为4.82%，井眼规则。非煤系地层平均井径225.92m，平均扩大率为4.46%。煤系地层平均井径223.56mm，平均扩大率3.54%，全井井径最大处为450～475m深度附近3号煤层底板山西组泥岩坍塌带，最大井径为301.57mm，最大扩大率为39.68%。
井底水平位移5.10m，全井方位均在272°～285°之间变化，闭合方位角为279°。未见井身扭曲现象。
2.3 钻具及钻井液设计
钻具组合如表1所示。
表1 钻具组合
钻井液要求:尽可能采用与煤层水理化性质相近的活性水钻进;如井下情况异常需要用钻井液钻进时，钻井液要严格按照保护煤层的要求控制好固相含量(特别是微颗粒和胶体颗粒的含量)和虑失量［2］。
本井采用清水钻进，钻井非煤系地层泥浆比重保持在1.05g/m3以下，钻进煤系地层泥浆比重保持在1.02g/m3以下，完全符合甲方钻井要求。
2.4 固井质量
对水泥浆的要求:严格控制水泥浆的失水量，一般不得超过200mL，水泥石的高压强度要达到14MPa以上;水泥至少要反至煤层顶部200m以上才为固井质量合格。
对生产套管的要求:套管串中要有短管，便于用磁定位测井校正射孔深度。短套管的下入深度在煤层顶界5～10m的范围内;套管接箍、扶正器及套管其他附件应尽量避开煤层。
该井的套管及水泥浆的使用情况如表2所示。
3 号煤顶板至水泥返高面的距离为252.52m，在完井试压测试中，在15MPa的压力下，经过30分钟的检测，压降为0。固井质量合格。测井曲线解释为煤系地层固井优良率为100%，非煤系地层固井合格率为100%。
2.5 完井设计
井筒与煤层的连通技术要求:井筒与煤层的连接方法采用射孔枪射孔方法。射孔孔径10～15mm;孔眼几何形状短轴与长轴之比小于0.8;孔径轨迹须沿套管表面螺旋分布，在任一横截面只能最多有一个孔眼;孔眼密度为15～25孔/m。孔眼除有效穿透套管和水泥环外，还要尽可能穿透煤层伤害区，进入无伤区。
表2 套管及水泥浆
该井3号煤层使用套管射孔完井，使用牙轮钻头钻完全部孔深，下套管、固井并将煤层用水泥封住后，用射孔器射穿套管、水泥环和部分煤层。射孔参数如表3所示。
表3 射孔参数
2.6 压裂设计
该井采用水基压裂液压裂，液体准备数量及配方:活性水650m3，钻井液用HT01润滑防塌剂325.0kg，钻井液用HT2(腐殖酸钾)防塌剂325.0kg，配方为清水+0.05%HT01+0.05%HT2。支撑剂选择石英砂，数量为:粒径0.15～0.3mm，准备量10.0m3，粒径0.45～0.9mm，准备量26.0m3。压裂车及辅助设备车辆名称及数量如表4所示。
表4 压裂车及辅助设备车辆名称及数量
本井3号煤层设计注入液体566.1m3，石英砂36m3(0.15～0.3mm石英砂10.0m3，粒径0.45～0.9mm石英砂26.0m3);实际注入液体569.6m3，加入石英砂36.0m3(0.15～0.3mm石英砂10.0m3，粒径0.45～0.9mm石英砂26.0m3)，加砂率100%，施工达到了设计要求。
3 排采效果及工艺技术分析
3.1 排采效果
该井从2009年6月17日开始进行排采作业。至2010年4月9日该井煤层气产能随时间的变化关系如图2所示。
由图可知，该井在排采6个月左右达到产气高峰1000m3/d，随着排采过程的继续，排采效果稳定在1000m3/d，之后没有明显的提升。而经过测井计算所得该煤层的天然渗透率为(0.1～1)×10－3μm2，含气量高达22.5m3/t，具有较好的储层参数，与其煤层气井的产能明显不符。
图2 煤层气井前期产能变化曲线
3.2 工艺技术分析
分析该井的排采效果，综合工程的工艺技术特点，除了地质条件影响外，在工程上主要是目前所使用的射孔完井工艺技术存在一定的不足［3］。形成了较大的表皮系数，从而降低煤储层的有效渗透率，对煤储层造成较大伤害。采用射孔完井方式时，对煤层气储层的损害包括钻井过程中钻井液、固井过程中水泥浆以及射孔压裂等三个方面。
本井的钻井方式采用常规的清水钻进，但常规的煤层气钻井方式在本区有一定的局限性。这是由于本区主要含煤地层二叠系下统山西组岩性由灰、深灰色泥岩、砂质泥岩和浅灰色砂岩及煤层组成，钻井液从井底上返至地面的过程中，依次经过泥岩—煤层—灰岩—第四系土层。由于泥岩是水敏性地层，在接触到活性水钻井液之后势必会引起体积膨胀，作用于煤储层之上的应力增大，造成煤储层渗透率降低，在近井筒地段尤为明显，严重影响煤层气向井筒内的渗流。同时，泥岩具有较强的造浆能力(由测井资料可知在井深为450.00～475.00m范围内的井径达到301.57mm，井径扩大率达到39.68%。则从另一方面证明了泥岩的造浆能力)，虽然本井采用清水钻进，在地面控制钻井液体系的固相含量，保持比重在1.02g/m3以下等一系列降低固相含量的措施，但钻井液在经过泥岩层时，经过泥岩的造浆作用，又形成了普通的泥浆体系，这种浆液直接接触煤岩层，则会对煤层造成更大的伤害。
钻井液性能包括钻井液密度、粘度、失水、含砂、pH值等，其中最重要是钻井液密度。本井的固井方式采用密度为1.85g/cm3的水泥浆液，水泥浆固井过程由于较大的水泥浆密度在井筒中存在较高的围压，煤层应力敏感性也同样会造成储层损害问题。压力敏感性是指施加在煤层上有效压力的变化对煤储层微观结构的影响，在宏观上表现为煤层的孔隙度、渗透率随着围压的增加而降低的现象。煤层裂缝和割理发育，由于煤层是一种弹塑体，裂缝在高围压下闭合，这种闭合是不可完全恢复的。郑毅［4］等人研究认为密度为1.85g/cm3的水泥浆所产生的液柱压力对煤储层的伤害也是不可低估的。若钻井完井过程中液柱压力没有控制在煤层压力以下，会造成煤层应力改变和塑性变形，使渗透率无法完全恢复，从而影响产气量。
射孔压裂过程一方面是为气流建立若干沟通气层和井筒的流动通道，另一方面又会对产气气层造成极大的损害，有时甚至超过钻井损害，从而使煤层气井产能很低。压裂液对煤层的伤害也是煤层气井增产效果不理想的重要原因。本井采用的是水基压裂液压裂。水基压裂液的成本低，性能好，易于使用，应用最广泛。但是熊友明［5］等人研究中国煤层多数不含水，目前多采用水基压裂液进行增产改造，而压裂液的返排率仅为35%～68%，剩余水滞留在煤层。由于煤岩具有很强的吸附性，吸附压裂液后会引起煤岩基质的膨胀及堵塞割理，从而降低割理孔隙度和渗透率及限制煤层气的解吸［6］，在一定程度上造成二次伤害，极大地影响了煤层气的产出;加之煤层松软、煤粉多，压裂砂的支撑效果相对较差，井筒周边的压裂砂还会因卸压回灌到井筒，这也是导致部分井压裂无效的重要原因。经过压裂施工后有些井的产能只是天然生产能力的20%～30%，甚至完全丧失产能。此外，固井液、压裂液中的固体颗粒侵入煤储层，直接堵塞煤储层的空隙通道，结果将导致降低煤储层的绝对渗透率和相对渗透率，对煤层气井的产能也会造成较大的影响。
综合以上分析并结合本井实况，在完井过程中，要达到煤层气井增产、稳产的效果，需要多种措施来试图降低完井对地层造成的损害。在固井过程中，需要降低作用在煤层上的有效应力，就需要在保证强度的前提下降低固井所采用浆液的密度，使用低密度水泥浆、泡沫水泥浆等，目前，国外已成熟的煤层气井固井技术主要有水泥浆中加入固体降重剂(如粉煤灰、空心微珠等)形成高强度、低密度、低失水水泥浆、在水泥浆中加入氮气组成泡沫水泥浆等。在钻进过程中，需要减少钻井液和煤层的接触，考虑到本井含煤层位的上下部位均有土层，马永峰［7］等提出在含煤层位使用套管外封隔器，这样就有效地防止钻井液和煤层接触。最大限度地降低对煤层的伤害。同时，使用封隔器也解决了固井过程中煤层压力敏感性、水泥浆渗透等一系列问题。若是多煤层煤层气共采，这样就可以分段对煤层进行射孔和压裂施工。在压裂过程中，需要降低压裂液的失水量及固相含量。研制低伤害高效压裂液是当前亟待解决的关键问题，也是今后的发展趋势。泡沫压裂液、清洁压裂液等对低压、低渗煤层气储层比较适用，在沁水盆地已经取得较好的效果［8］。目前该技术成本高、应用范围局限，但前景很好，是值得推广的适宜中国煤层气储层条件的新技术。
4 结论
煤层的渗透性低，孔隙压力低，煤储层保护一直是整个煤层气钻井完井过程施工中必须重点考虑的问题。钻井液、固井液、完井液对煤储层污染程度如何，直接影响到目的煤层物化参数的正确评价及产能的精确评估［9］。如果对完井技术不重视，采取的措施不当，煤层气产能则会遭受重大影响。煤储层保护的核心就是尽量使所采取的钻井完井工艺技术少伤害、不伤害煤层。
(1)各个地区的地层属性都有其独特性，在探明地下煤岩层的地质环境后，有必要根据本地区地层的区域性的具体特点，对煤层气井的钻井工艺做出相应的改善。否则，很难保证不会对煤储层造成更大伤害。
(2)高度重视煤层气钻井完井过程中压力对煤层的伤害问题，在保证携带岩屑、润滑钻具等钻井液的基本功能的前提下，尽量减少钻井液的固相含量、失水量。研究更低密度、低固相、高强度的水泥浆体系，以进一步降低对煤层的液柱压力。
(3)从目前的发展看，今后一段时间水力压裂仍是煤层气增产的首选方法和主要措施，应继续深入对低伤害高效压裂液的研究。
参考文献
［1］傅学海，秦勇，韦重韬.2007.煤层气地质学［M］.徐州:中国矿业大学出版，214～218
［2］孙茂远，黄盛初等.1998.煤层气开发利用手册［M］.北京:煤炭工业出版社，204～237
［3］孟福印，王德桂，徐凤银.2009.从151气1井探索新疆地区低煤阶的高效完井工艺技术［A］.傅学海，秦勇，Geoff G.X.Wang等.煤层气储层与开发工程研究进展［C］徐州:中国矿业大学出版社，574～577
［4］郑毅，黄洪春.2002.中国煤层气钻井完井技术发展现状及发展方向［J］.石油学报，3:81～86
［5］熊友明，童敏，潘迎德.1996.煤层气井完井方式的选择［J］.石油钻探技术，2:48～51
［6］王东浩，郭大立，计勇.2008.煤层气增产措施及存在的问题［J］.煤，3:33～36
［7］马永峰.2003.美国西部盆地煤层气钻井和完井技术［J］.石油钻采工艺，4:32～35
［8］刘贻军.2007.应用新技术促进煤层气的开发［J］.地质通报，5:625～627
［9］田中岚.2001.山西晋城地区煤层气钻井完井技术［J］.煤田地质与勘探，3:25～28
周明磊1王怀洪2苏现为3毕叶岚3
（1.山东煤炭地质工程勘察研究院 泰安 271000）
（2.山东科技大学地球信息科学与工程学院 青岛 266510）
（3.山东省煤田地质局数字测井站 泰安 271000）
作者简介：周明磊，男，汉族，山东即墨人，研究员，现在山东煤炭地质工程勘察研究院从事测井新技术新方法的应用研究以及资料的处理解释。信箱：。
摘要 本文探讨利用数字测井技术解释煤层气的储层参数，估算煤层气含量，同时进行其他岩性的分析，并对煤层气井的固井质量做出评价，为煤层气勘探提供测井技术支持。
关键词 测井技术 煤层气 储层参数 体积模型
APPlications of Well Logging Technology in Surface CBM Extraction Project at Sihe Coalmine，Jincheng City
Zhou Minglei，Wang Huaihong，Su Xianwei，Bi Yelan
（1.Shandong Survey Institute of Coal Geological Engineering，Tai'an 271000；2.College of Geoinformation science and Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266510；3.Shandong Provencial Bureau of Coal Geotogy，Tai'an 271000）
Abstract：This article introduced the use of digital logging technology in explaining the reservoir parameters，while analyzed other variable litho-logy，and assessed the cementing quality of CBM wells.It can supply logging technical support for CBM exploration.
Keywords：logging technology；CBM；reservoir parameters；volumetric model
1 概述
山西晋城煤业集团寺河矿井是“九五”时期国家重点建设项目，设计生产能力400万t/a。井田位于沁水煤田东南部，跨阳城、沁水两县，全井田面积为91.2km2，可采煤层3层即3＃、9＃、15＃煤层。其中3＃煤平均厚度为6.42m，可采储量为4.32×108t，也是本次煤层气地面预抽的目的层。
瓦斯也叫煤层气，是煤矿安全的头号杀手，也是一种清洁能源。本矿井属高瓦斯矿井，为了从根本上杜绝煤矿瓦斯事故的频繁发生，改善煤矿安全生产条件，同时还可作为一种新的能源；在地面上打井进行煤层气抽采，高瓦斯矿井就可能成为低瓦斯矿井。随着数字测井技术的快速发展，煤层气的测井仪器、有效方法及解释模型也比较成熟，已经具有能直接解释煤层气储层参数的可能性。
2 煤储层的地球物理特征
煤层气是一种以吸附状态为主，生成并储存在煤层中的非常规天然气，其成分与常规天然气基本相同（甲烷含量大于95%），可作为与常规天然气同等优质的能源和化工原料。煤层气的储层就是煤层，煤层气也就具有煤层的各种地球物理特征。煤层气储层具有双重孔隙结构，可以理想简化，如图1所示。煤基质的骨架是不同比例有机质和矿物质（一般以粘土矿物为主）组成的混合物。而煤层气储层的基质孔隙中，吸附着甲烷（CH4）以及少量的水和其他气体（CO2、N2、重烃等），几乎没有游离的水和气。煤层围岩的主要岩性是砂岩、泥岩、石灰岩等，煤层的物性特征与围岩存在较明显的差异。本区的目的层为3＃煤层，平均厚度为6.42m，含有1层夹矸，岩性为碳质泥岩，反映明显，煤层顶底板岩性均为泥岩，具有渗透性差、隔水性良好的特点，致使煤层中的煤层气难以向外逸散而得以保存富集。因此，3＃煤为煤层气提供了良好的存储条件。其地球物理特征如下。
图1 煤层割理和基质微孔隙剖面图
2.1 电阻率高且变化范围大
煤层的电阻率一般较高，除随煤化程度有较大范围变化外，通常为几十欧姆米至几千欧姆米，还与裂隙发育程度、含水性和灰分含量等因素有关。
2.2 时差大，传播速度慢
因为煤层的主要成分是有机质，并在微孔隙中吸附着甲烷气体，两者的声波传播速度均非常慢，所以煤层声波时差很大，纵波时差一般在320～450μs/m。
2.3 含氢指数（即中子孔隙度）高
煤主要由碳、氢、氧等元素组成，含氢量很高，其他岩性无一能及，所以中子测井得到的中子孔隙度值极高，一般在35%～50%之间。
2.4 自然伽马值低
通常煤层中的有机质不吸附放射性元素，只是其中构成灰分的泥质才有吸附放射性元素的能力，由于煤的灰分较低，煤层的自然伽马值远低于泥岩，一般在20～70API之间。
2.5 密度小
因为煤层中的有机质和微孔隙中吸附的甲烷气的密度很低，虽然构成灰分的矿物杂质的密度较高、但含量少，所以煤层的密度很小。烟煤约1.2～1.5g/cm3，无烟煤约1.35～1.75g/cm3，其他岩性通常为2.2～2.7g/cm3。
2.6 光电吸收指数低
岩石的光电吸收指数（Pe）按定义：
Pe=（Z/10）3.6
单位是巴/电子（b/e），式中Z为原子序数。碳元素的原子序数为6，计算得出它的Pe值是0.159，煤层以碳为主，因此煤层的Pe值很低，通常为0.9～1.2b/e之间。
3 测井仪器及施测参数
根据钻孔施工程序和测井设计的要求，本次测井所使用的仪器为渭南煤矿专用设备厂生产的TYSC-3Q型系列数字测井仪和美国Mount sprics公司生产的MT—Ⅲ系列数控测井设备。
实测参数裸眼井测井有补偿密度、中子、自然伽马、三侧向、视电阻率、自然电位、井径、井斜，套管井测井有声波幅度，以检测固井质量。
4 测井解释
4.1 测井解释模型及煤层气含量分析
本次测井资料处理、解释使用的是美国MT公司的LOGSYS测井处理系统以及中煤物探院开发的CLGIS解释处理软件，并应用了原煤炭部一类科研项目《煤层气测井技术研究》的部分成果。以密度曲线为主，辅以自然伽马、电阻率、声波时差和中子孔隙度曲线，主要进行预处理、数学计算、分层定性、交会图技术、体积模型分析和相关分析等。以SH1号钻孔解释为例，其他钻孔的解释类同。
（1）砂泥水百分含量岩石体积模型：把岩石体积分成岩石骨架、泥质、孔隙（饱和含水）三部分，作为对测井响应的贡献之和（见表1）。
密度：p=Vma·pma+Vsh·psh+φ·pw
自然伽马：I=Vma·Ima+Vsh·Ish+φ·Iw1=Vma+Vsh+φ
式中：p、I分别为岩石对密度、自然伽马的测井响应值；
pma、psh、pw分别为岩石骨架、泥质、孔隙水对密度的测井响应参数；
Ima、Ish、Iw分别为岩石骨架、泥质、孔隙水对自然伽马测井的响应参数；
Vma、Vsh、φ分别为岩石骨架、泥质、孔隙的体积含量。
表1 解释参数
（2）煤层体积模型：把煤层体积分成纯煤（包括固定碳和挥发分）、灰分（包括泥质和其他矿物）、水分（孔隙中充满水）三部分，作为对测井响应的贡献之和（见表2）。
密度：p=Vc·pc+Va·pa+Vw·pw
中子：φN=Vc·φc+Va·φa+Vw·φw1=Vc·φc+Va·φa+Vw·φw
式中：p、φN分别为煤层对密度、中子测井的响应值；
pc、pa、pw分别为纯煤、灰分、水分对密度测井的响应参数；
φc、φa、φw分别为纯煤、灰分、水分对中子测井的响应参数；
Vc、Va、Vw分别为纯煤、灰分、水分的相对体积百分含量。
然后将体积含量换算为重量含量：
中国煤层气勘探开发利用技术进展：2006年煤层气学术研讨会论文集
由于固定碳Qg与灰分Qa相对线性相关：
Qg=m·Qa+n
利用测井连续求得灰分，利用上式可以求出固定碳。挥发分Qv由计算的纯煤减去固定碳求得：
Qv=Qc-Qg
表2 解释参数
（3）估算煤层气含量：煤层中的甲烷气体是吸附在煤基质的微孔隙的内表面上，并且只有有机质才吸附气体，而矿物质和水是不吸附气体的。煤层中的水也不含气体的（水溶气很少，可以忽略不计），在煤层的原始状态下，甲烷等游离气体也很少，同样可以忽略不计。在一勘探区的同一煤层上，由于储层压力和温度等影响因素是近似相等的，若忽略煤层气饱和度的影响，则煤层含气量与非煤物质含量（灰分加水）呈线性相关关系。通过建立由煤心样测试的含气量与灰分的线性相关关系式，就可由测井求出的灰分连续地估算煤层气含量。
y=a·x+b
4.2 综合解释成果
（1）主要煤层测井响应平均值表，详见表3。
表3 主要煤层测井响应平均值表
（2）主要煤层工业参数计算成果表，详见表4。
表4 主要煤层工业参数计算成果表
注：煤层工业分析为重量百分含量。
（3）主要煤层及顶、底板解释分析表，详见表5。
表5 全部煤层划分数据表
（4）主要煤层及顶、底板解释分析表，详见表6。
表6 主要煤层及顶、底板解释分析表
注：依据岩层的岩性及其孔隙度的大小来评价含水性和渗透性。
用同样的方法计算了其他钻孔的煤质与含气量，详见表7。
表7 寺河煤层气项目部分钻孔煤质与含气量统计表
5 井身质量评价
5.1 井斜
根据井斜数据（表8）分析可知，钻孔倾斜从125m开始，并随着深度的增加而逐渐增大，在364m处达到最大值1°30＇；全角变化率最大值为0.81°/30m，位于孔深350m处；全井方位均在65°～162°之间变化，最大偏移距离为1.15m，闭合方位为145.73°。未见井身扭曲现象。
表8 井斜数据表
5.2 井径
全井井径变化情况详见井径数据统计表（表9）。从表中可以看出38.50～54.60m井段平均井径为233.79mm，平均扩大率为8.3%。导致井径扩大的原因是由于该井段岩石受风化的影响，地层比较松散。207.00～213.00m井段平均井径为243.73mm，扩大率为12.9%，为全孔最大。该井段以泥岩为主，质地较脆，容易形成井径扩大。
表9 井径数据表
5.3 固井质量
固井质量评价按照《石油天然气总公司技术规定》中的“水泥环质量鉴定”以及云南省恩洪煤田煤层气开发固井质量评价的相关标准进行评价。
全孔固井质量检测情况参见固井质量检测测井数据统计表（表10）。由于钻孔水位较低，声波幅度测量从143.10m处开始。从表中可见，测量井段内优良、合格率为100%。
表10 SH1号孔固井质量数据表
6 结论及建议
本次的目的层为3＃煤层，测井物性反映明显，解释精度符合要求。
目的煤层的工业分析以及其他岩层的岩性分析是依据前面所述的体积模型及测井响应值，通过交会图技术选取参数，采用最小二乘法求解所得，具有一定的参考价值。煤层含气量的估算参考了本区内其他地质钻孔的煤层化验数据，结合钻孔的测井响应值，应用灰分与含气量的线性关系求解所得，供有关方面参考。
由于煤层气测井还处于起步阶段，无论测井仪器还是方法都需要进一步完善，通过本次的煤层气测井，对以后的工作建议如下：
（1）增加双井径、双测向等参数测量。
（2）尽量实现在每种探管上增加自然伽马参数，消除由于电缆伸缩带来的深度误差。
（3）通过实验确定声波探管是否满足固井质量检测技术要求，开发新的应用程序从全波列波形图上提取声波幅度。
（4）研究磁定位测井技术。
（5）电缆深度测量精度要进一步提高，用人工进行深度刻度其测量误差必须≤0.5‰。
（6）中子刻度必须有两个点：水点和19%刻度箱。
参考文献
[1]煤层气测井方法研究编写组.2000.煤层气测井方法研报告，北京：中国煤田地质总局
[2]贺天才.2005.晋城寺河煤层气抽采实践与展望，中国煤层气，第二卷第3期16页
[3]测井学编写组.1998.测井学，北京：石油工业出版杜