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2楼专家解释的比较清楚了，举例说明： 1、较小的件，油冷、水冷都可以淬透。因为工件尺寸小，即使用冷速较慢的淬火液也能保证整个工件快速地冷却到Ms温度以下。 2、再大一点的件，可能用油冷不行但用水冷就行。因为油的冷却速度不能保证整个工件快速冷到Ms温度以下。 3、更大一点的件，即使用水冷也不能保证淬透。这种情况下就要尽量选择冷速快的淬火液来获得尽量深的淬硬层。 以上仅仅是立足淬火液的冷速以及工件尺寸来解释，实际上还要结合工件材料、尺寸、形状等诸多因素来选择淬火液，不止是要保证尽量深的淬硬层，还要保证小的变形并防止开裂。
发表一下个人意见： 表面硬度主要和表面淬火情况有关，与淬硬层深度是没什么关系的，你可以查一查是否有表面脱碳现象等
跟材料的淬透性和质量效应有关！具体解释见四楼！
表面碳浓度影响表面硬度,淬火层深度是什么意思?渗碳深度?淬透性深度?淬透性与淬硬性是两个不同的概念. 如果用剖切面的方式测硬度,这些影响是不存在的.
钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，硬度增加，但塑性、韧性下降，延展性下降和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过 0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，硬度增加，但塑性、韧性下降，延展性下降和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过 0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。淬火是将工件加热保温后，在水、油或其他无机盐溶液、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。
扩展资料：
热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。大体来说，它可以保证和提高工件的各种性能 ，如耐磨、耐腐蚀等。还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁，提高塑性。
齿轮采用正确的热处理工艺，使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高；另外，价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能，可以代替某些耐热钢、不锈钢；工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。
参考资料来源：百度百科-金属热处理
当碳含量在能完全溶在铁中的范围内，含碳量越高淬火后形成的马氏体越多，硬度越高，刚性越好。淬火时：温度必须比临界温度高出20-50C°才能发生组织变化。太高了过火，变脆！回火时：（温度从低到高）变化透切，组织均匀。（硬度更高，刚性更好）——马氏体开始兑变（变软，弹性增加）——（超过临界温度）马氏体消失，软，弹性也没了，切削性能好，——完全退火。全软，弹性也几付没了。 详细请看《金属热处理》。
31603材质锻造前和锻造后含碳量不同。31603是不锈钢，锻造前的含碳量比锻造后的含碳量高一点。
锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其一定形状和尺寸锻件的加工方法，下面是由我整理的锻造成型技术论文，谢谢你的阅读。 锻造成型技术论文篇一 GH4169合金涡轮盘锻造成型的数值模拟和分析 摘要： 利用Gleeble3500型热模拟试验机研究GH4169合金在不同温度和变形速度下的热变形行为，建立该合金的高温流变应力模型.用Deform3D对GH4169镍基高温合金涡轮盘锻造成型过程进行数值模拟，比较不同变形速度和不同变形温度下工件的变形行为.结果表明：相对于变形速度，变形温度对锻件性能的影响更加明显;较高的变形温度有利于材料的动态恢复和再结晶，使组织均匀，但过高的终锻温度会使晶粒尺寸变大，进而影响涡轮盘的机械性能. 关键词： 航空发动机; 涡轮盘; 镍基高温合金; 锻造成型; 变形温度; 晶粒尺寸; 数值模拟 中图分类号： V232.3;TB115.1文献标志码： B Abstract： The thermal deformation of GH4169 alloy is studied by the thermal simulation testing machine of Gleeble3500 under the condition of different temperature and deformation velocity， and the high temperature flow stress model of the alloy is built. The numerical simulation is performed on the forging deforming of GH4169 nickelbase superalloy turbine disc by Deform3D， and the different deformation behaviors of a workpiece are compared under different deformation velocity and temperature. The results show that， comparing with the deformation velocity， the effect of deformation temperature on the performance of the forging piece is more obvious; the higher deformation temperature is helpful for dynamic recovery and recrystallization of the material， which makes the organization more uniform; but the grain size becomes larger if the final forging temperature is too high， which weakens the mechanical performance of the turbine disc. Key words： aeroengine; turbine disc; nickelbase superalloy; forging deforming; deformation temperature; grain size; numerical simulation 引言 GH4169作为一种常见的航空发动机用镍基高温合金，在-253～650 ℃下具有高强度、高疲劳性能和良好的塑性，是目前应用广泛的一种高温合金，占世界上高温合金产品的35%～40%.[1]但是，GH4169合金在锻造成型时，具有高温塑性低、变形抗力大、可锻温度范围窄、导热性差等缺点，且锻件的晶粒尺寸无法由后期热处理工艺进行改善，主要靠锻造成型工艺进行控制.所以，GH4169合金锻件的成型工艺直接决定锻件的机械性能.[2] 本文利用Deform3D对某型号航空发动机涡轮盘锻造成型过程进行仿真模拟研究，为优化涡轮盘锻造工艺、研究GH4169的热塑性变形行为提供理论依据. 模拟模具的初始温度设置为980 ℃.在变形初始，模具与工件直接存在60 ℃的温度差.在变形过程中，工件不断向模具散热，接触表面温度下降，同时塑性变形使工件的变形功转化为热能.模具和工件之间的摩擦也随着接触面积的增加而不断增大，由摩擦引起的热效应也增强，从而使工件温度不断上升，尤其是飞边和轮缘这些变形最激烈的区域.变形速度的增加，使模具和工件的接触时间缩短，热传递时间也缩短，工件整体温度升高.因此，在实际锻造生产过程中，要合理选择变形速度，避免局部温度过高，从而产生局部粗晶现象，影响涡轮盘的机械性能. 当摩擦因子为0.3，温度为1 040 ℃时不同变形速度对等效应力的影响见图5，可知，随着变形速度的增加，轮盘的等效应力明显增加 由图6可知，随着温度的升高，工件的等效应变不断增加.当变形温度从980 ℃升高到1 100 ℃时，等效应变也从4.55增加到7.21，即材料的流动性得到显著改善. 当摩擦因子为0.3，变形速度为20 mm/s时不同的变形温度对工件等效应力的影响见图7，由图7可知，等效应变随变形温度的升高而显著降低.在变形结束时刻，当变形温度为980，1 000，1 040和1 100 ℃时，工件的最高等效应力分别为496，426，407和370 MPa.等效应变和应力随温度的升高不断发生变化，这些都可以看做是材料变形能力的变化，其原因是：温度的升高增强原子的扩散能力，增加晶界的迁移能力，使材料更容易发生动态回复和再结晶，抵消由位错产生的加工硬化，提高材料的塑性，使变形更容易. 通过对上述不同加工条件的分析可以看出，温度对GH4169合金的变形影响更大.虽然当变形速度不同时，工件的等效应变、等效应力存在差异，但通常造成这种差异的原因除变形速度不同造成的温度降不同以外，则是高应变速率使工件组织的回复和再结晶过程不够充分.在本次模拟过程中，工件与模具都处在较高的温度中，散热很少，导致工件的温度降低和高应变速率的硬化机制不能发挥主导作用，从而显著地影响工件的变形抗力. 因此，在GH4169合金涡轮盘的锻造过程中，首先应考虑合理的锻造温度区间的选择.温度的选择一方面要保证组织能够发生普遍明显的动态再结晶，使组织晶粒度均匀，避免出现混晶现象;另一方面要考虑晶粒的尺寸，避免温度过高，使晶粒过分长大.其次，虽然变形速度对加工过程的影响相对变形温度产生的影响较小，但因变形速率过高而造成工件局部过热，从而产生局部粗晶现象却是GH4169合金涡轮盘加工过程中的常见现象，因此，在合理选择变形温度的基础上，选择适当的变形速度能进一步改善变形的均匀性，提高工件的性能. 4结论 (1)通过GH4169合金的等温恒应变速率压缩试验，确定该合金在高温下的双曲正弦流变应力模型，并通过实例模拟验证该模型在数值模拟过程中能够准确反映GH4169合金在不同加工条件下的变形规律. (2)较高的变形速度可以减少工件与模具的接触时间，使工件的散热减少，温度场分布更均匀;但过大的变形速度会使工件产生局部温度过高，造成局部粗晶现象. (3)较高的变形温度使材料的恢复与再结晶变得更容易，使工件塑性更好，变形更均匀充分;但过高的终锻温度会使再结晶后的晶粒增大，影响工件的机械性能.参考文献： [1]王会阳， 安云岐， 李承宇， 等. 镍基高温合金材料的研究进展[J]. 材料导报， 2011(25)： 482486. WANG Huiyang， AN Yunqi， LI Chengyu， et al. Research progress of Nibased superalloy[J]. Mat Rev， 2011(25)： 482486. [2]刘润广， 蒋浩民， 姜勇， 等. GH4169合金超塑性变形及其力学行为的研究[J]. 航空材料工艺， 1998(2)： 3638. LIU Runguang， JIANG Haomin， JIANG Yong， et al. Study on superplastic deformation and mechanical behavior of alloy GH4169[J]. Aerospace Materials & Technol， 1998(2)： 3638. [3]SELLARS C M， MCTEGART W J. On the mechanism of hot deformation[J]. Acta Metallurgica， 1966， 14(9)： 11361138. [4]Mc QUEEN H J， RYAN N D. Constitutive analysis in hot working[J]. Materials Science and Engineering A， 2002(322)： 4363. 锻造成型技术论文篇二 试论自由锻造 【摘要】自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻。 自由锻造所用工具和设备简单，通用性好，成本低。同铸造毛坯相比，自由锻消除了缩孔、缩松、气孔等缺陷，使毛坯具有更高的力学性能。锻件形状简单，操作灵活。因此，它在重型机器及重要零件的制造上有特别重要的意义。 【关键词】自由锻，基本工序，特点 【中图分类号】TG316.2 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158(2013)01―0194-02 自由锻造的基本工序 自由锻工序分：基本工序，辅助工序，精整工序。 一、基本工序 主要是使金属产生一定程度的属性变形，以达到所需要的形状及尺寸。 如，镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转等 二、辅助工序 是为基本工序的操作方便而进行的一些预先变形工序。 如，压钳口、压肩等。 三、精整工序 在终端温度下进行。如清理锻件表面的凸凹不平及整形等，主要用来减 少锻件表面缺陷的工序。 【拔长】也称延伸，它是使坯料横断面积减小、长度增加的锻造工序。拔 长常用于锻造杆、轴类零件。拔长的方法主要有两种： 1、在平砧上拔长。 2、在芯棒上拔长。锻造时，先芯棒插入冲好孔的坯料中，然后当作实心坯料进行拔长。拔长时，一般不是一次拔成，先将坯料拔成六角形，锻到所需长度后，再倒角滚圆，取出芯棒。为便于取出芯棒，芯棒的工作部分应有1：100左右的斜度。这种拔长方法可使空心坯料的长度增加，壁厚减小，而内径不变，常用于锻造套筒类长空心锻件。 镦粗 【镦粗】是使毛坯高度减小，横断面积增大的锻造工序。镦粗工序主要用于锻造齿轮坯、圆饼类锻件。镦粗工序可以有效地改善坯料组织，减小力学性能的异向性。镦粗与拔长的反复进行，可以改善高合金工具钢中碳化 物的形态和分布状态。 镦粗主要有以下三种形式： 1、完全镦粗。完全镦粗是将坯料竖直放在砧面上，在上砧的锤击下，使坯料产生高度减小，横截面积增大的塑性变形。 2、端部镦粗。将坯料加热后，一端放在漏盘或胎模内，限制这一部分的塑性变形，然后锤击坯料的另一端，使之镦粗成形。用漏盘的镦粗方法，多用于小批量生产;胎模镦粗的方法，多用于大批量生产。在单件生产条件下，可将需要镦粗的部分局部加热，或者全部加热后将不需要镦粗的部分在水中激冷，然后进行镦粗。 3、中间镦粗。这种方法用于锻造中间断面大，两端断面小的锻件，例如双面都有凸台的齿轮坯就采用此法锻造。坯料镦粗前，需先将坯料两端拔细，然后使坯料直立在两个漏盘中间进行锤击，使坯料中间部分镦粗。 为了防止镦粗时坯料弯曲，坯料高度h与直径d之比h/d≤2.5。 冲孔 【冲孔】是在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序。冲孔的方法主要有以下两种： 1、双面冲孔法。用冲头在坯料上冲至2/3-3/4深度时，取出冲头，翻转坯料，再用冲头从反面对准位置，冲出孔来。 2、单面冲孔法。厚度小的坯料可采用单面冲孔法。冲孔时，坯料置于垫环上，一略带锥度的冲头大端对准冲孔位置，用锤击方法打入坯料，直至孔穿透为止。 弯曲 【弯曲】采用一定的工模具将坯料弯成所规定的外形的锻造工序，称为弯曲。 常用的弯曲方法有以下两种： 1、锻锤压紧弯曲法。坯料的一端被上、下砧压紧，用大锤打击或用吊车拉另一端，使其弯曲成形。 2、模弯曲法。在垫模中弯曲能得到形状和尺寸较准确的小型锻件。 切割 【切割】是指将坯料分成几部分或部分地割开，或从坯料的外部割掉一部分，或从内部割出一部分的锻造工序。 错移 【错移】是指将坯料的一部分相对另一部分平行错开一段距离，但仍保持轴心平行的的锻造工序，常用于锻造曲轴零件。错移时，先对坯料进局部切割，然后在切口两侧分别施加大小相等、方法相反且垂直于轴线的冲击力或压力，使坯料实现错移。 锻接 【锻接】是将坯料在炉内加热至高温后，用锤快击，使两者在固态结合的锻造工序。锻接的方法有搭接、对接、咬接等。锻接后的接缝强度可达被 连接材料强度的70%-80%。 扭转 【扭转】是将毛料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。该工序多用于锻造多拐曲轴和校正某些锻件。小型坯料扭转角度不大时，可用锤击方法。 自由锻工艺规程的制定 1、分析零件图设计绘制锻件图 锻件图即是在零件图的基础上+锻件余量+锻件公差+余块所组成的图纸 2、坯料质量的计算 锻件坯料体积包括锻件的体积和锻造过程中的各种体积损失，如加热时的表面氧化、烧损等。 锻件坯料质量的计算可以按下公式计算M坯=M锻+M烧损+M切+M芯 3、坯料尺寸计算 根据已算得锻件质量和截面积大小定：坯料质量÷材料的比重=坯料体积。 4、选择锻造工序、确定锻造温度。 5、选择确定锻造设备。 6、规定有关技术要求、编写工艺卡等。 自由锻造特点 1)软件自动计算功能极大地提高工作效率： 软件可自动给出下料重量、锻件重量、及零件重量，十分迅速，使您省 去繁琐的计算和查询手册的工作，极大地提高您的效率，60秒就可以轻松完成一张完整的工艺卡。 软件还具有的锻件锻前加热规范、锻后热处理工艺，给工艺人员在做热处理工艺时一个很好的参考依据。一个工艺工程师可以做几个人的工作量，可以节约很多人力资源成本。 2)特殊图形和工艺： 任何复杂图形及特殊的工艺都可以利用软件的制图功能进行自行制作并可以储存，锻造工艺却可以自动生成，也可以自行修改工艺。 3)准确的材料利用率： 锻前就可以准确地给出热耗和工艺损耗(函数程序准确计算的)，可以使您在锻打产品前就可以给出材料的成本核算，利于您的准确报价。 4)多级台阶轴的优化和法兰胎膜制作功能： 多级台阶轴可以预先模拟出几种各级的锻件图形进行比较，可以很直观地观察出哪一种方案最佳，取最佳方案进行锻打，法兰胎膜制作功能，在实际使用中效果也很显著，锻件还列有锻打工步可作为工人师傅的锻打依据。 5)减少了材料的浪费： 避免新产品的反复试验工艺而造成损失;避免人为因素的失误和错误而造成损失;准确的材料重量计算可以提高材料利用率。 6)强大的自动计算和数据功能： 软件包含的几十类数千种锻件的工艺、数万种材料牌号、各类技术要求、所有吨位的锻锤和水压机、图形的参数化都会给您带来极大的方便(避免繁琐的手册查询工作)。 7)方便管理及有利于提高企业形象： 工艺卡片可以根据您的客户分类而自动存贮在软件里，可以随时调用，不用另存其他地方，便于管理者和工艺人员查看。规范化的设计和管理，也利于提高企业形象。 8)软件具有很强的升级功能： 随着贵公司的工艺水平的改进、或者各个时期不同工艺都可以取精华编制在软件里，使公司里锻造工艺具有连续性和升级性，不至于使工艺人为流失。 9)操作简单： 使用十分方便，即使不熟悉计算机的人，也能很容易掌握;不用另制作工艺卡，可以直接用打印机打出和分类保存在电脑里。 结论 锻造是机械制造中常用的成形方法。通过锻造能消除金属的铸态疏松及焊合孔洞，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。 锻造按坯料在加工时的温度可分为冷锻和热锻。冷锻一般是在室温下加工，热锻是在高于坯料金属的再结晶温度上加工。有时还将处于加热状态，但温度不超过再结晶温度时进行的锻造称为温锻。不过这种划分在生产中并不完全统一。 参考文献 [1]刘润广，锻造工艺学，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002. [2]林法禹，特种锻压工艺，北京：机械工业出版社，1991. 看了“锻造成型技术论文”的人还看： 1. 材料成型控制技术论文 2. 材料成型新技术论文 3. 材料成型论文 4. 粉末冶金件成型技术论文(2) 5. 论材料成型及控制工程专业建设论文
断层封堵系数，是评价断层封堵能力强弱的一个重要的定量参数，可分为断层纵向封堵与评价系数、横向封堵与评价系数两种类型[34]。它们能定量研究和评价断层在纵向和横向上的对油气水等流体的封堵能力。
图3-13 老45井南断裂由剪切作用形成的韧性封堵带示意图
（一）断层纵向封堵与评价系数
断层纵向封堵系数是用来表达断层在纵向上对油气水等流体封堵能力强弱的一个参数，是断层落差（L）和盖层厚度（H）的比值[34]。一般来说，若某一断层的纵向封堵系数越小，表明该断层在纵向上的封闭性越强，反之，若某一断层纵向封堵系数很大，则该断层封闭性就变差，甚至不能封闭油气。油气能否沿断层面进行垂向运移，主要取决于断层落差及盖层厚度两个参数的大小和比值。若断层落差很大，远远大于盖层厚度，表明断层切割盖层后，并将对盘盖层推移到很远处去＋两盘盖层的叠盖厚度为0，这时将出现断层两侧的储层彼此相接触，导致断层失去封闭油气的能力，即油气沿断层进行垂向运移的条件很好，这时可在浅层形成次生油气藏。若某一断层的落差小于盖层厚度，表明这一断层未将盖层切割穿透，断层对盘盖层移动的距离较近，两盘盖层的叠盖厚度仍保留较大，这时，断层两侧是盖层和储层接触，这种情况断层的封闭性好，油气沿断层进行垂向运移条件较差。
纵向封堵系数计算：
断块实际封堵系数
储层特征及精细油藏描述:以老河口油田老451区块为例
断块理论封堵系数
RT=sinφ/sin（α＋φ）－k
式中：φ——断层倾角；
α——储层倾角；
L——断层垂直落差；
H——盖层厚度；
K——比例系数；
h——叠盖厚度；
k——h/H（图3-14）。
若Rs>RT时，表明断层纵向封堵条件较差。
若R1 老451块沙一段以泥质岩为主，为一套区域性的盖层，厚度为77～134m，封盖油气能力强，该区主要断裂断距为20 ～100m，断层倾角为45° ～75°，地层倾角为6° ～12°。取最小叠盖厚度20m，依据上述公式计算求得各断层理论封堵系数RT，实际封堵系数Rt，参数见表3-11。 图3-14 断层纵向封堵计算参数关系示意图 表3-11 老451块断层纵向封堵系数数据表 依据表3-11中的数据分析，老45井南断裂实际纵向封堵系数R1大于理论封堵系数RT，该断层纵向封堵能力条件差。老451井南断裂、老451井东1号断裂、老45井东断裂和老31井南断裂实际纵向封堵系数Rs均小于理论封堵系数RT，这些断层纵向封堵条件好，能在纵向上封闭油气，使油气不易于沿断面进行垂向运移。 （二）断层横向封堵系数与封闭性 断层横向封堵系数是评价断层面能否将它两盘的油气封闭起来而互不串通的一个重要数据，是对断层横向封堵能力强弱的定量化评价[45]。在实际断层横向封堵系数的求取上，通常是将构造封堵系数C与储集系数R求和，然后再与岩性封堵系数G的求积即可得到。其中构造封堵系数以及储集系数的求取方法可以参照下列公式： 构造封堵系数：C=L/H×sinφ/sin（α＋φ） 储集系数：R=L/h×sin（φ＋α）/sinφ 关于岩性封堵系数G，是随封堵层的岩性不同而变化的参数，其数值介于0～1.0之间：若封堵层为泥岩，岩性封堵系数G取1.0；若封堵介质为砂质泥岩，G取0.75；若封堵介质为泥质砂岩，G值取0.5；若为纯砂岩封堵，则G值为0，即G值变化不大，仅在0,0.5,0.75,1的四级之间变化。 这样，断层横向封闭系数就可以比较具体了： F横＝G(C+R)＝G×［H×sinφ/L×sin（φ＋α)＋L×sin（φ＋α）/h×sinφ］ 公式内各参数及其关系可以参考图3-15： 一般来说，某一断层的横向封闭系数越大，这一断层的横向封闭性越好；反之，若横向封闭系数很小，则该断层的横向封闭性则较差，表明此时断层两侧油气水等流体易于串通。 图3-15 断裂横向封堵计算参数关系示意图 应用上述方法，我们分别获得了老451块内各条断层的横向封闭系数值的大小，详见表3-12。 表3-12 老451块断层横向封堵系数表 由表3-12中计算数据来看：老451井东1号断裂的1号、2号、3号砂体，老451井南断裂的1号、2号、3号砂体，老45井南断裂的1号砂体，老45井东断裂的1号砂体和老31井南断裂l号砂体横向封堵系数较大，在2.21～7.23之间，尤其是老451井南断裂1号砂体和老451井东1号断裂1号砂体，横向封堵系数达到6.15和7.23，断层侧向封堵程度相当好。老45井南断裂和老45井东断裂的2号砂体横向封堵系数均小于2，其中大部分是储层与储层见面，横向封堵系数为0，很显然其对应的侧向封堵程度差。 稳定的区域性盖层是实现CO2地质储存的有力保障。CO2超临界状态地质储存要求区域性盖层埋深在800m之下，空间分布连续、厚度相对较大，完整，岩层不渗透，无贯穿性脆性断裂发育，密闭性好（IPCC,2005）。此外，要求盖层岩石力学性质坚固。因此对盖层封闭能力评价时，既要考虑盖层的宏观发育特征，又要考虑其微观封闭能力（刁玉杰等，2011）。 由于钻探成本较高，盖层封闭能力调查评价过程中资料搜集、综合地质调查与研究成果的应用与共享尤为重要，必要时采用地球物理手段。同时，结合工程场地选址地球物理勘探、钻探、样品采集与测试，进行盖层封盖能力的补充调查工作。 （一）区域性盖层 1.岩性特征 从盖层的几种封闭机制可以看出，只要某套岩层中流体的排替压力大于注入下伏储层中超临界状态CO2的压力均可作为盖层。泥质含量对盖层封闭性影响较大，其含量增加会降低岩层的孔隙度和渗透率，降低岩层的优势孔隙半径大小而增加排替压力，从而增强封闭能力。 2.厚度和分布连续性 据Hubbert(1953）研究，几英寸厚的泥岩就可以封盖住几百米高的油柱，也就是说盖层厚度对封堵油气来说要求较低。但盖层较薄时，往往分布不稳定，对大规模CO2地质储存不利。因此，从CO2地质储存角度看，盖层越厚越有利。厚度大也不易被小断层错断，不易形成连通的微裂缝。此外，厚度大的泥岩，其中的流体不易排出，从而形成异常压力，导致封闭能力的增加。Grunau(1987）认为，当蒸发岩厚度大于20～30m，页岩厚度大于50m可以明显提高盖层的封闭能力，可以说当盖层排替压力不够时，加大厚度可以弥补这一不足（庞雄奇等，1998）。 3.塑性及沉积成岩阶段 不同的岩石具有不同的塑性。在通常的地质条件下，常见盖层岩可塑性排列顺序是盐岩、硬石膏、富含干酪根页岩、黏土质页岩、粉砂质页岩、碳酸盐质泥岩以及燧石。泥质岩处于不同的成岩阶段，具有不同的封闭能力（庞雄奇等，1998；周延军，2011）。 4.断裂发育特征 贯穿盖层的断层能够破坏盖层的完整性，张性断层可能成为CO2逃逸通道，从而引起CO2泄漏（张森琦等，2010）。泥岩中具有的超压或微裂缝对其封闭能力影响很大，若泥岩中开启裂缝发育，且密度又大，则其封闭能力就低；若泥岩中发育的是紧闭的裂缝，且密度又小，则其封闭能力较强。因此，在盖层评价中必须重视欠压实和微裂缝的研究，以便对盖层的封闭能力作出正确的评价。 5.盖层封闭指数 为了直观地反映盖层的封闭能力，油气地质学将油气流体在一定的外力条件下单位时间内通过单位面积盖层量的倒数定义为该盖层的封闭指数，用符号CR 表示。对于油和气的流量倒数分别用CRI0和CRIg表示，称为盖层封油指数和封气指数（庞雄奇等，1998），因此，CO2地质储存可以将盖层的封CO2指数定义为 来反O映盖2层的CO2封闭性，可通过实验室测试获得。 （二）缓冲盖层 CO2一旦突破区域性主力盖层，需要之上的“缓冲盖层”提供一定的封闭能力，从而减少或阻止CO2的逃逸，提高CO2地质储存的安全性。 兰凤娟1 秦勇1，2 常会珍1 郭晨1 张飞1 (1.中国矿业大学资源与地球科学学院 江苏徐州 221116;2.煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室 江苏徐州 221008) 摘要:一般来说，煤层气中重烃浓度低于3%～5%，然而某些地区煤层气中重烃浓度超过常规而显现异常。煤层气化学组成中隐含着极为丰富的成因信息，对重烃异常原因的研究能深化对煤层气成因的认识，推动煤层气地球化学基础研究的完善发展。本文归纳总结了国内外煤层气中重烃异常的分布和特征，以及目前学者们对重烃异常成因的诸多解释，对于这些解释笔者分别提出了自己的见解，为重烃异常成因的深入研究提供一个思路和切入点，认为还需结合具体地区综合考虑多种因素进行进一步研究。 关键词:重烃异常 分布特征 成因 基金项目: 国家自然科学基金重点项目 ( 40730422) 资助。 第一作者简介: 兰凤娟，1986 年生，女，博士研究生，煤层气地质，，lanfj1986@126. com。 Distribution Characteristics of Abnormal Heavy Hydrocarbon in Coalbed Methane and its causes LAN Fengjuan1QIN Yong1，2CHANG Huizhen1GUO Chen1ZHANG Fei1 ( 1. The School of Resource and Earth Science，china university of Mining and Technology， Xuzhou，Jiangsu 221116，china 2. Key Laboratory of CBM Resources and Reservoir Formation Process，Xuzhou，Jiangsu 221008，China) Abstract: Generally speaking，concentration of heavy hydrocarbon of CBM is between 3% ～ 5% ，however，it is more than normal in somewhere. There is abundant genetic information in chemical composition of coalbed methane ( CBM) . The research about its origin will deepen our understanding of origin and geochemistry of coalbed gas. This article summarizes the distribution characteristics of abnormal heavy hydrocarbon domestic and overseas and scholars’explanations for its causes at present，giving the author's own opinion which provides a starting point for the further research of the causes. It is thought that it still needs further study taking many factors into account in some definite area. Keywords: abnormal heavy hydrocarbon; distribution characteristics; causes 引言 煤层气主要由CH4构成，次要组分为重烃(C2+)、N2和CO2，微量组分有Ar、H2、He、H2S、SO2、CO等(陶明信，2005)。据Scott对美国1400口煤层气生产井气体成分的统计结果，煤层气平均成分为:CH4，93%;CO2，3%;C2+，3%;N2，1%;干湿指数(C1/C1～5)，0.77～1.0(Scott，1993)。中国煤层气虽然总体上以干气为特征，但也发现了大量“湿气”的实例。这些实例中，煤层气中重烃浓度通常在5%～25%之间，甚至出现了重烃浓度大于甲烷浓度的现象(吴俊，1994)。就云、贵、川的龙潭组而言，云南恩洪矿区煤层气中重烃浓度往往较高，其次是黔西和重庆地区。在恩洪向斜，煤层气中乙烷浓度达4.38%～33.90%，一般在16%左右;丙烷浓度0.7%～5.88%，一般小于3%(吴国强等，2003)。不仅是恩洪，其他一些地区也出现重烃异常，如重庆天府矿区上二叠统焦煤煤层瓦斯中C2H6—C4H10浓度高达30.45%，是CH4浓度的1.98倍;南桐矿区煤层气中重烃的比例高达6%～15%(刘明信，1986)。 1 国内外煤层重烃异常分布 国内出现重烃异常的地区从南往北有云南、贵州、重庆、浙江、湖南、江苏、安徽、河南、陕西、辽宁、河北、内蒙古、黑龙江(见表1)。出现重烃异常的时代集中在石炭纪、二叠纪和侏罗纪，其中以二叠纪为主。煤化程度处于气煤、肥煤、焦煤阶段，在长焰煤中也有出现。重烃浓度介于0.1%～48.7%之间。出现重烃异常的煤层常常与油气有关联，有的在煤层中或其顶底板发现有液态油的存在，有的有明显的气显示和油显示。 表1 国内煤层气重烃异常分布表 续表 根据已查阅的资料，国外煤层中出现重烃异常的有美国、俄罗斯、德国。煤变质程度主要处于气肥煤阶段，重烃浓度最高大于43%。有趣的是许多出现重烃异常的煤田附近有一个与煤成气相关的天然气田或油田，有的煤层中也见到了液态石油或者有良好的气显示和油显示，因此有的学者就用石油气的成分来解释重烃浓度，认为与盆地深部层位的含油性有关，可能其运移是沿深断裂进行的(А.И.Кравцов，1983)。 表2 国外煤层气重烃异常分布表 续表 2 煤层重烃异常成因 关于煤层气中重烃异常的成因众说纷纭，有生气母质说、油气渗透说、接触变质说、煤化作用阶段说等。下面列出了重烃异常原因的各种假说。 2.1 生气母质 烃源岩的生烃母质组成特征影响着烃源岩的生烃品质和生烃潜力，是烃源岩研究的重要内容，其主要研究方法有两种:一是煤岩学的方法，一是干酪根方法，煤岩学法保存了有机质的原始状态与结构，有利于对成因的研究，镜质组反射率更可靠，干酪根法富集了矿物沥青基质中的那部分有机质，利于干酪根类型的确定(韩德馨，1996)。 煤岩显微组分很大程度上决定了煤层的产烃能力。通常认为，富壳质组煤层具有产油倾向，富镜质组煤层具有产气倾向。岩相学和地球化学研究表明，高或中等挥发分烟煤中，以壳质组分为主的腐泥煤生成湿气和液态烃，以镜质组分为主的腐殖煤生成干气(Rice D D，1993)。但某些种类镜质组分也具有生成较高重烃浓度气体的能力(BertrandP，1984)。例如，新西兰富氢煤层中镜质组含量在80%以上，但具有很高的产油能力(Killops S D et al.，1998);研究发现挪威北海中侏罗纪腐殖煤中壳质组含量和产油能力之间没有明确关系;Gentzis等认为，加拿大阿尔伯塔MedicineRiver煤层(乙烷和丙烷浓度5%)湿气来源于煤中大量的富氢镜质组分(Gentzis T，et al.，2008)。一般认为，惰性组由于芳构化程度和氧化程度更高及氢含量极低，不仅不能生油，而且产气量也比相同煤阶的壳质组和镜质组低，因而通常不把惰性组作为油气母质。但是近年来，经过煤岩学家的深入研究发现，某些惰性组分并非完全惰性，如南半球煤中“活性半丝质体”(RSF)的发现以及荧光与非荧光惰性体的划分(黄第藩等，1992)，为惰性体成烃提供了有机岩石学证据。徐永昌等对惰性组分加热也曾得到产油量为2.94kg/t的残物(徐永昌，2005)。 笔者认为前人对煤岩显微组分对重烃产生的影响只是通过显微镜观测和测得的气组分的对比来进行的猜测，对具体显微组分对重烃产生的影响还没有进行过实验验证，尤其还未进行过煤化学结构特殊性的探索验证，还应对不同地区同类型的干酪根对重烃产生的影响进行深入研究。 2.2 微生物 微生物可以从两方面对重烃浓度产生影响，一是重烃菌有助于煤层产生重烃，一是微生物可以消耗掉重烃(如产甲烷菌)，产生次生生物气，不利于重烃的保存。 一种解释认为自然界存在重烃菌，生物气中少量重烃是重烃菌的贡献，即生物成因说。但要证明生物作用可以形成重烃，必须有以下证据:在一定的地质背景下，生物成因气中可以含有少量的重烃组分(0.1%～0.2%);乙烷的碳同位素较轻(就目前所报道的碳同位素值都在－70‰～－55‰之间)(Mattavelli L and Martinenghic，1992)，充分的证据证明无其他成因乙烷混入;还有一个重要的条件，就是在实验室内能够培养出产重烃菌。徐永昌等(2005)测得了陆良天然气乙烷的碳同位素组成δ13C2值为－66.0‰～－61.2‰，结合其单一的地质背景的分析，基本排除了热成因乙烷的可能，较明晰地显示了其为生物成因，对长期争议的生物作用是否可以生成乙烷给出正面的回答(徐永昌，2005)。 笔者认为重烃菌和细菌生源等有助于煤层产生重烃的因素尚需进一步验证;而影响到重烃的保存的次生生物气来解释重烃异常的前提是，整个向斜的煤层产生重烃的数量都很多，只是有的井田未受到微生物的影响而保存了下来，需要证明重烃正常区存在次生生物气。 2.3 催化作用 近年来，越来越多的学者开始注意催化作用对煤层气生成的影响，国内外学者研究中涉及地质过程中能起催化生气作用的无机质主要有粘土矿物、碳酸盐矿物、氧化物矿物、过渡金属元素等(吴艳艳和秦勇，2009)。催化剂对重烃生成的影响也有一些假说: 某些著作中提出一个假设，煤层中的重烃是由于甲烷、煤的灰分化合物和地层水的相互化学作用造成。据Е.Е.Вороищй的结论:包含在岩石孔隙中甲烷的氧化将导致高分子同系物的形成，其反映是: Fe2O3+2CH4→2FeO+C2H6+H2O和2Fe(OH)3+2CH4→2FeO+C2H6+4H2O 但这种假设未必正确，还应研究煤层中重烃从属于矿物杂质的分布情况(А.И.Кравцов，1983)。 火山活动及深部流体活动在沉积有机质生烃地质过程中的作用也日益受到重视。张景廉认为含煤盆地的原油可能的模式是深部氢气与有机质的加氢液化生烃，或是深部H2、CO2、CO在中地壳的低速高导层中经费托合成反应生成油气(张景廉，2001)。金之钧等认为，深部流体至少从3个方面影响烃类的生成:一是直接以物质形式参加生烃过程，深部流体中的氢与沉积有机质可能发生加氢反应而增加烃的产率;二是热效应，深部流体携带的大量热能有助于提高有机质成熟度，加快有机质生烃过程;三是催化作用，深部流体携带的各种元素可能成为烃源岩生烃的催化剂(金之钧等，2002)。实验结果表明:以熔融铁作媒介，CO2和H2可以合成烷烃类物质;地下深处的玄武岩、橄榄玄武岩和橄榄岩与实验室条件下的熔融铁类似(郭占谦和杨海博，2005)。 笔者认为若是火山活动及深部流体活动在煤层生烃过程中起到了的催化作用，可以很好的解释许多重烃异常点的分布特征，所以流体活动对重烃产生的影响值得深究。 2.4 煤化作用阶段差异 在煤层气热成因的中期阶段，有机质主要通过树脂、孢子和角质等稳定组分降解初期所形成沥青的转化，以及芳核结构上的烷烃支链的断裂，形成富含重烃的气体。肥煤和焦煤初期阶段是有机质生油的高峰期，这是造成煤层气中重烃浓度相对增高的一个重要原因。根据我国统计资料，在整个煤级序列中，镜质组最大反射率处于0.9%～1.4%之间煤层的煤层气中重烃浓度明显较高(吴俊，1994)。 笔者虽在肥焦煤阶段是重烃产生的最高峰，但只有少数肥焦煤中煤层气出现重烃异常，所以煤化阶段是重烃异常的影响因素，但却不是唯一的影响因素。 2.5 煤对气体组分的差异吸附作用 由于被吸附势的差异，煤对重烃气体成分的吸附能力比对甲烷的要大。在煤微孔中，重烃气体分子主要被吸附在孔壁表面，甲烷分子主要位于重烃分子吸附层之上。被吸附力的这种差异，造成甲烷分子易于运移，导致煤层中重烃气体相对富集(吴俊，1994)。 某些学者注意到由于镜质组吸附作用造成煤排出烃类成分的变化。Given、Derbyshire等、Erdmann等发现，煤层中产生的油被吸附在镜质组微孔中(Given P，1984;Derby-shire F et al.，1989;Erdmann M and Horsfield B，2006)。Ritter采用分子直径的概念研究了镜质组中微孔的吸附作用，基于杜平宁—兰德科维奇(Dubinin－Radushkevitch)理论建立起来的镜质组吸附模型模拟排出了高含量的芳香族气体冷凝物，认为显微组分微孔的分布和交叉连接密度可能对煤层排出烃类的成分起着决定性作用，干酪根中吸附溶解过程影响到了煤层排出的烃类物质成分(RitterU，2005)。 2.6 煤微孔隙分子筛作用 煤中孔隙分布极不均匀，对于分子直径大小不一的烃类气体具有明显的分子筛作用。甲烷气体分子直径最小，在煤层中最易运移;重烃气体分子直径较大，在运移过程中常受到孔径制约而停滞于孔隙中，使重烃气体相对富集，且常以较高压力状态存在(吴俊，1994)。 2.7 烃类物质驱替效应 许多煤层具有煤、油、气共生的特征，含油性高的煤层中较多的液态烃占据了煤中有效孔隙，并驱替气态烃运移。分子量越小，被驱替的效应就越为明显。这种差异驱替特性，造成C2以上重烃气体在煤层中相对富集(吴俊，1994)。 笔者认为差异吸附作用、分子筛作用、驱替效应涉及的是气体分馏作用使得重烃得以富集和保存，对此项因素的验证需排除生烃母质差异的可能性。 2.8 油气渗透说 主张油气渗透说者认为，煤层中存在重烃是油、气藏中石油或天然气渗透到煤层中的结果(于良臣，1981)。 2.9 构造作用 现在煤层中保存的烃气，不仅包括深成变质作用产生而保留下来的烃气，还应该包括叠加在深成变质作用之上的构造煤动力变质作用产生而保留下来的烃气。 赵志根等探讨了构造煤动力变质作用的生烃问题，认为:①构造煤在动力变质过程中有烃气形成;②动力变质作用所形成的烃气对瓦斯含量、瓦斯压力的增加起着重要作用;③重烃是在构造煤动力变质过程中形成的(赵志根等，1998)。曹代勇等认为构造应力影响化学煤化作用存在两种基本机制→应力降解和应力缩聚。应力降解是指构造应力以机械力或动能形式作用于煤有机大分子，使煤芳环结构上的侧链、官能团等分解能较低的化学键断裂，降解为分子量较小的自由基团，以流体有机质形式(烃类)逸出的过程。应力缩聚是指在各向异性的构造应力作用下，煤芳环叠片通过旋转、位移、趋于平行排列使秩理化程度提高，基本结构单元定向生长和优先拼叠、芳香稠环体系增大的过程，构造应力在煤化作用中有“催化”意义(曹代勇等，2006)。 笔者认为从构造的动力学机制来分析重烃的产生能解释某些地区重烃异常沿断层的分布的特征，但为何只有部分断层的两侧有重烃异常需进一步研究。 3 结论 (1)国内外均有较多地区的煤层气中出现重烃异常，出现重烃异常的时代集中在石炭纪、二叠纪和侏罗纪，其中以二叠纪为主。煤化程度处于气煤、肥煤、焦煤阶段，在长焰煤中也有出现。出现重烃异常的煤层常常与油气有关联，有的在煤层中或其顶底板发现有液态油的存在，有的有明显的气显示和油显示。 (2)从生气母质、微生物、催化作用、煤化作用阶段差异、差异吸附作用、煤微孔隙分子筛作用、烃类物质驱替效应、油气渗透说、构造作用等方面总结了目前学者对重烃异常可能成因的解释并分别提出了笔者的见解，认为重烃异常成因的研究对煤层气的成因、勘探和开发以及煤矿的安全生产都有着重要的意义，需结合具体地区综合考虑多种因素进行进一步研究。 参考文献 А.И.Кравцов，З.Г.Токарева.1983.煤盆地和煤田里天然气的成分和成因，石油地质论文集煤成气译文专辑 中国石油学会石油地质学会等，23～32 曹代勇，李小明，张守仁.2006.构造应力对煤化作用的影响————应力降解机制与应力缩聚机制［J］，中国科学(D辑)，36(1):59～68 戴金星，戚厚发，宋岩等.1986.我国煤层气组分、碳同位素类型及其成因和意义［J］，中国科学(B辑)，16(12):1317～1326 戴金星.1979.成煤作用中形成的天然气和石油［J］.石油勘探与开发，(03):10～17 戴金星.1980.我国煤系地层含气性的初步研究［J］，石油学报，1(4):27～37 郭占谦，杨海博.2005.中国陆壳是富烃陆壳［J］，新疆石油地质，26(3):326～330 韩德馨，任德贻，王延斌等.1996.中国煤岩学［M］，徐州:中国矿业大学出版社，261～263 黄第藩，华阿新，王铁冠等著译.1992.煤成油地球化学新进展.北京:石油工业出版社，1～25 金之钧，杨雷，曾溅辉等.2002.东营凹陷深部流体活动及其生烃效应初探［J］，石油勘探与开发，29(2):42～44 李明潮，张五侪.1990.中国主要煤田的浅层煤成气［M］，北京:科学出版社，138～143 刘明信.1986.四川盆地二、三叠系煤层瓦斯中的重烃［J］，天然气工业，6(4):19～24 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И. и др. ，Геодосця кефтц цсаэа，1968，6: 7 ～ 11 秦勇 （中国矿业大学 江苏徐州 221008） 作者简介：秦勇，1957年生，男，博士，教授，煤田与煤层气地质，yongqin＠cumt.edu.cn。 基金项目：国家973计划项目（2002CB211704）及国家自然科学基金项目（40572095）资助。 摘要 基于CNKI中国期刊全文数据库，系统检索和统计了我国煤层气论文的分布特点。以此为基础，分析了我国煤层气论文分布与产业发展特征之间的关系，讨论了产业发展对科学技术的需求趋势。结果显示：分别以1999年和2002年为界，论文分布体现出我国煤层气产业发展经历了三个历史阶段，每一阶段对科技需求的特点在论文分布特征上都有所体现。由此，作者认为：煤层气资源评价及其方法仍是今后研究的主题，进一步深化地质选区理论与方法将有助于选区成功率的提高，开发技术适应性是今后需致力于探讨的重要方向之一，煤层气井产能、采收率及其影响因素的研究应该引起足够重视，全方位探索深部煤层气资源与开发潜力将有可能拓展我国煤层气开发的新领域，研发环境保护、高附加值转化利用和小型化利用储运技术将有助于推进我国煤层气产业健康发展。 关键词 煤层气 论文 分布 产业 发展 CBM Publication Occurrence and Industrial Development in China Qin Yong （China University of Mining and Technology，Xuzhou 221008） Abstract：The occurrence of the coalbed methane（CBM）papers written by Chinese authors from 1994 to 2005 was systematically indexed and analyzed form the CNKI's China Journal Full Database（CJFD）.Based up the data or information，the correlation of the paper distribution to the development of Chinese CBM industry was construed and the requirements of the industry to science and technology for the future were discussed.It was shown that，respectively taking the 1999 and 2002 as a borderline，three developmental stages of the Chinese CBM industry as well as the scientific and technologic requirements of the industry in each stage were unfolded through the distribution of the papers.It was farther suggested that the evaluation and methodology of the CBM resources should be taken as one of the subjects in future research，the deep research of the target-selecting theory and method would help to improve the reliability of the CBM target selection，the adaptability of the exploiting technology to the CBM geological conditions should be one of the key aspects which should be engaged in the researches，the CBM-well productivity and CBM recovery ration should be laid much store by investigation，the omni-directional exploration for the potential of the deep CBM resources and development would be helpful to the deploitation of new CBM field in the industry，and the technological advances on the CBM environmental protection，high-additional-value utilization and miniaturized storage and transportation equipment should conduce to promote the benign development of the industry. Keywords：CBM；paper；occurrence；industry；development 在现代科学技术背景下，新兴产业的发展均与该领域学术技术研究状况密切相关。换言之，一个产业领域内基础、应用基础与技术研究论文的分布状况，蕴涵着该产业发展历程的丰富信息，并在一定程度上可预示产业的发展趋势。我国煤层气产业目前处于商业化生产的启动阶段[1]，分析煤层气论文产出特点及其与产业发展的关系，对回顾我国煤层气产业发展历史、展望其发展趋势均有所裨益。为此，本文作者利用中国国家知识基础设施（CNKI）中国期刊全文数据库[2]，对1994～2005年期间煤层气论文进行了系统检索。以此为依据，分析了我国煤层气论文在时间和研究方向上分布特点，讨论了产业发展所需注重的主要科学技术问题。 1 CNKI 煤层气论文总体分布 系统检索结果显示，CNKI中国期刊全文数据库收录1994年至2005年煤层气论文1465篇，年均约122篇。 分析检索结果（图1），获得如下总体认识： 第一，我国煤层气论文连年增长，但不同历史阶段的增长速率明显不同。这一特点，与中国煤层气产业的艰难探索过程一致，反映出产业从起始到目前产业化经历了阶段性的发展历程。 第二，不同类别论文的分布特点，揭示出我国煤层气产业当前所处的阶段性特征。在论文总量中，地质与勘探类论文所占比例为54.33%，开发技术类论文占14.88%，利用与储运类论文占6.42%，经济与政策类论文占4.03%，环境保护类论文占1.30%。以地质勘探类论文为主的分布特点，折射出我国煤层气产业总体上处于发展的初始时期。 第三，各类论文在时间上的分布呈规律性起伏，这正是产业不同发展阶段对科学技术的需求有所不同的集中反映。 图1 CNKI中国期刊全文数据库煤层气论文类别及年度分布 值得注意的是，1994年至2005年期间，CNKI 煤层气论文篇数增长了12.80倍，年均增长率约106%。进一步分析，论文数量呈三阶段式的非线性增长，指示中国煤层气产业发展历程至今经历了三个阶段（图2）。其中：第一阶段论文447篇，年均产出约75篇；第二阶段论文390篇，年均产出130篇；第三阶段论文628篇，年均产出约209篇。同时，不同阶段中各类论文互为消长的状况，与每一阶段对地质研究、勘探评价、开发试验等的不同需求高度对应。 图2 CNKI论文总数时序分布及其展现的中国煤层气产业发展阶段 2 CNKI 论文分布与中国煤层气产业发展阶段 2.1 第一阶段：寻证-找气-摸索阶段 该阶段可上溯至20世纪80年代前半期，结束于1999年，历时四个“五年”计划。在此期间，煤层气论文数量从1994年的20篇增加到1999年的129篇，在时间序列上呈线性增加，阶段总增长率545%，阶段年均增长率约91%，作者和单位的数量明显增多（图1）。 从论文类别分布来看：地质与勘探类论文居绝对优势，占阶段论文总数的60%，年均约45篇；开发技术类论文不足8%，年均约6篇；利用与储运、经济与政策、环境保护等类别论文的比例很低，年均都在2篇左右（图1，图2）。这种分布，是各国煤层气产业发展初期的典型特征，即研究和生产都是以寻找“证据”、框定资源、选择区域和验证目标为主。 在地质与勘探类论文中（图3）：多数报道的是关于煤层气资源评价与地质选区（42%，年均约19篇）、储层物性和吸附性（34%，年均约15篇）的研究成果，反映出积累资料、摸索经验的特点；成藏条件与过程、煤层气可采性论文年均分别只有2篇和1篇，该方面研究没有得到重视，在一定程度上显示出基础研究不足而致使煤层气地质选区和“找气”具有盲目性，这也是该阶段我国煤层气地质选区成功率较低的一个重要原因[3]。 在该阶段，开发技术类论文多是对国外技术的消化和应用。其中，钻井、试井和完井论文占了较大比例（35%，年均约6篇），排采与增产措施得到了应有重视（24%，年均约4篇），对解吸-扩散-渗流这一煤层气开采的基础有所关注（6%，年均约1篇），但几乎未见关于煤层气井产能和采收率方面研究成果的报道（图4）。此外，综述性论文也多以介绍国外煤层气勘探开发理论和技术为主。 图3 CNKI煤层气地质与勘探类不同研究方向论文分布 图4 CNKI煤层气开发技术不同研究方向论文分布 上述特征揭示：本阶段的研究是针对我国煤层气产业的起始过程而开展的，在煤层气地质研究上表现为寻证，在勘探上表现为找气，在开发试验上表现为摸索，总体上试图通过引进和消化国外相关理论与技术来解决中国的煤层气地质问题，积累了较为丰富的煤层气地质基本条件信息，对全国煤层气资源及其分布规律取得了基本认识，煤储层特性这一煤层气地质核心问题得到应有的重视，开展了适合于中国煤层气地质特点开发技术的试验与探索，并从区域上开始了对全国或区域煤层气产业发展战略的思考。 2.2 第二阶段：探因-普查-彷徨阶段 该阶段历时3年，从2000年开始，至2002年结束。在此阶段，每年的煤层气论文稳定在130篇左右，年均论文数量比第一阶段增加了73%，但论文类别构成变化明显（图1）。 从论文类别来看：地质与勘探类论文209篇，占该阶段论文总数的54%，年均篇数（约70篇）比第一阶段显著增加，但从1999年至2001年论文篇数显著递减，在后期有重新增加的趋势；开发技术类论文显著增多，占论文总数的比例比第一阶段增长了10个百分点；经济与政策、利用和储运的研究得到更多的关注，论文比例均上升了5～6个百分点（图1，图2）。 与第一阶段相比：该阶段地质与勘探论文中煤储层物性与吸附性研究成果的数量和比例显著增高（105篇，50%），构成了研究的主题；资源评价与地质选区尽管仍得到较多关注，但比例明显降低（29%）；成藏条件与过程论文的比例基本不变（10%），但年均论文篇数（7篇）明显增多（图3）。由此表明，这一阶段常规评价与选区方法趋于成熟，研究的注意力更多地转向与开采地质条件密切相关的煤储层特性，转向了成藏效应等深层次的控制机理问题。 就开发技术而言：钻井、完井、试井论文17篇，年均约8篇，远高于第一阶段，但在阶段论文总数中的比例（25%）有所降低；排采与增产措施论文18篇，比例（27%）有所提高；产能与采收率论文11篇，比例从零增至约16%；解吸-渗流-扩散论文14篇，占阶段论文总数的21%，比例显著增长（图4）。排采与增产措施、产能与采收率的研究得到加强，开采基础和应用基础研究受到高度重视，研究重点向开发技术的中—下游移动，这是为解决我国煤层气产业发展“瓶颈”问题而做出的努力，也是产业逐渐走向成熟的标志之一。 在此阶段：除了进一步拓展勘探选区继续找气之外，更多的力量集中于第一阶段已有一定勘探工程的地区，以进一步缩小勘探靶区，为开发试验提供更为可靠的基地；同时，尽管在近20个地区进行了排采试验，但多未取得理想的效果，致使开发试验徘徊不前，业界信心受到冲击。然而，这一时期煤层气开发基础与技术研究得到了较大发展，尤其是在开采方法与增产措施、煤层气解吸扩散渗流机理、产能与采收率分析等方面取得较多成果，为中国煤层气产业化时代的到来奠定了重要技术基础。 上述论文分布特征，指示我国煤层气产业发展过程由于进入了一个新的阶段而对科学技术的需求发生了较大变化，在煤层气地质研究上表现为探因，勘探上表现为普查，开发试验上表现为访徨，总体上处于为催生中国煤层气产业化时代到来的“阵痛”阶段。 2.3 第三阶段：求源-详查-商业阶段 自2003年以来，我国煤层气产业发展进入了一个新的历史时期，即商业化生产阶段。其主要标志为：煤层气地质研究进入了求源，勘探实践进入了详查，开发上步入了商业化生产，中国煤层气产业的雏形已经形成，并呈现出快速发展的势头，这些标志在煤层气论文的数量和结构上均有体现。 在2003～2005年的三年期间，CNKI煤层气论文总数大幅度增加，达到628篇，年均论文约209篇，与第二阶段相比增长了61%，接近第一阶段论文总量的一半（图1，图2）。开发技术类论文的比例有所提高，利用和储运技术研究得到进一步重视，基础研究明显加强，研究重点进一步向煤层气产业的中—下游移动，更加适应于商业化生产阶段对科学技术的需求。 地质与勘探类论文占阶段论文数的比例约51%，仍有较大比重，这是我国煤层气产业目前总体上处于初期阶段的必然特征。其中：煤储层物性与吸附性仍是研究重点，但论文比例下降至39%左右；资源评价与地质选区仍是产业的科技需求，论文比例（27%）与上一阶段基本持平；成藏条件与过程研究得到高度关注，论文比例比上一阶段提高了约9个百分点（图3）。 本阶段开发技术类论文数量的比例为19%，比上一阶段略有提升，显示我国煤层气产业中游领域的研究得到进一步重视。其中：钻井、完井、试井论文（25篇）多于第一阶段，但比例继续下降（约21%）；排采与增产措施论文34篇，数量显著增加，比例（29%）略有提高；产能与采收率论文12篇，数量和比例（约10%）均比上一阶段显著减少；解吸-渗流-扩散论文25篇，数量明显增加，比例与上一阶段基本持平（图4）。钻井、完井、试井论文比例相对降低，排采与增产措施论文比例显著提高，解吸-渗流扩散论文数量明显增多，尤其是2005年开发技术类论文数量大幅度跃升（图1，图2），显示出我国煤层气商业性生产、示范工程等对新技术开发和相关基础研究的强烈需求。 在此阶段：新增了一批国家批准的煤层气储量，煤层气成藏条件与机制探索在国家层面上全面展开，标志着中国煤层气地质研究从资源与基本地质条件调查阶段转入了资源“详查”阶段和成藏作用探索过程；大井网煤层气勘探开发试验取得新的突破，水平羽状井、丛式井等技术在煤层气开发中得到初步应用，对二氧化碳注入等新的增产技术进行了现场试验，晋城地区开始了煤层气商业化生产，标志着中国煤层气产业从开发试验阶段转入了商业化生产启动阶段。 3 CNKI 论文分布特点与产业发展需注重的科学技术问题 进一步分析C N KI论文分布特点，发现存在某些问题，而解决这些问题正是发展中国煤层气产业所需要继续努力的方向。 首先，煤层气资源评价始终是20余年研究探讨的主题，尤其是对全国和某些区域的煤层气资源量及其构成众说纷纭，且国家批准的煤层气储量所占比例极低。究其原因，主要在于三个方面：一是评价方法缺乏规范性要求；二是资源估算尚存重大基础问题未能解决；三是资源勘探和探明程度很低。为此，煤层气资源评价及其方法仍是今后相当长一段时期内所要研究的主题，而在国家层面上制定评价方法和要求的规范性文件，加强以吸附机理为核心的基础研究[3]，加大勘探和开发试验的力度，将有助于推进这一问题的解决。 其次，文献中涉及的煤层气地质选区多达50余个，但目前实现商业性开发或具有可见前景的地区不超过5个，且某些选区已上过多轮勘探和开发试验工程。造成这种状况的原因是多方面的，包括选区理论和方法在科学性和适应性上的缺陷、早期勘探与开发试验技术发展水平和认识的局限、钻井/完井/排采技术管理经验不足等[3]。因此，在深化研究选区理论与方法的基础上，通过资料复查和新技术应用，总结开发技术上的经验和教训，可能会使我国煤层气地质选区成功率得到一定的提高。 第三，国外几乎所有的传统和先进煤层气开发技术在我国都有引用，但多数情况下的应用效果都不甚理想。正视这一状况，似应考虑如下三个问题：一是所有先进技术是否都适合我国特定选区的煤层气地质条件？二是传统技术在特定选区的开发效果是否就不如先进技术？三是我国自主研究开发出了哪些适合于我国煤层气地质条件的开发技术？对于前两个问题，答案当然是否定的。至于后一个问题，目前尚未见到关于自主研发的关键技术的报道。这三个问题的关键，在于各种开发技术的适应性，这也正是今后需致力于研究的重要方向之一。 第四，见诸报道的煤层气井产能、煤层气采收率及其影响因素的研究成果较少，与煤层气商业性生产阶段的技术需求之间存在较大差距。原因在于，我国前期实践多为开发试验，对此没有太多的需求，积累的资料也十分有限，难以满足开展这一研究的要求。但在进入商业化开发且追求经济效益的现今阶段，该方面的研究应该引起足够重视，包括系统追踪和分析排采动态、注重不同煤层气地质条件的对比分析、深化煤层气解吸-渗流规律与机理的研究、开发科学性更强的数值模拟技术等。 第五，尚未充分注意到深部煤层气开发这一潜在新领域，深部资源及其与常规油气共采可行性的研究成果鲜见报道。我国深部煤层气资源量巨大[4]，多数大—中型沉积盆地中煤层气都与常规油气共生，前期少数研究显示了深部煤层气与常规油气共采的可能性[5]。为此，从资源潜力、成藏作用与过程、地质选区、勘探与开发试验等方面，对深部煤层气资源潜力开展全方位的研究探讨，将有助于拓展我国煤层气开发的新视野。 第六，煤层气开采可能诱发的环境保护以及煤层气利用与储运技术问题，应该得到应有重视。在1994年以来的1465篇CNKI煤层气论文中：环境保护方面的论文只有19篇，几乎全为哲学意义上的讨论或介绍国外相关技术；利用与储运方面的论文逐年增长（图1），但多是关于煤层气发电和管网输送技术的探讨。这种状况，可能会影响到我国煤层气产业的健康发展。针对我国煤层气地质和开发特点，开展环境保护技术研究或实例分析，研究开发具有更高附加值的煤层气转化利用技术和适应矿区煤层气分布式开发特点的小型化利用储运技术与装置，将有助于弥补我国煤层气产业在此方面的不足。 参考文献 [1]秦勇.2006.中国煤层气产业化面临的形势与挑战（Ⅰ）：当前所处的发展阶段.天然气工业，26（1）：4～7 [2]中国期刊全文数据库.http://211.70.215.35/kns50/ [3]秦勇.2006.中国煤层气产业化面临的形势与挑战（Ⅱ）：关键科学技术问题.天然气工业，26（2）：6～10 [4]秦勇.2006.中国煤层气产业化面临的形势与挑战（Ⅲ）：走向与前瞻性探索.天然气工业，26（3）：1～5 [5]秦勇，宋全友，傅雪海.2005.煤层气与常规油气共采可行性探讨.天然气地球科学，16（4）：492～498疫情对煤层气的影响研究论文