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期刊信息/Journal information
煤田地质与勘探
中煤科工集团西安研究院
煤田地质与勘探

中煤科工集团西安研究院

王丽

双月刊

1001-1986

ccrimtdzykt@vip.163.com

029-81778075 81778078

710077

陕西省西安市高新区锦业一路82号

煤田地质与勘探/Journal Coal Geology & ExplorationCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是中文核心期刊，被美国EI PAGE ONE数据库、美国能源研究院《煤文摘》（COAL ABSTRACT）和国际能源机械《煤文摘》（COAL HIGHLIGHTS）等12种数据库和文摘期刊收录。主要刊载煤田地质、矿井地质、煤层气、水文地质工程地质、环境地质、煤田物探、矿井物探、探矿工程等方面的新发现、学术论文、先进经验和技术革新成果。
正式出版
收录年代

    富油煤原位热解技术战略价值与科学探索

    王双明师庆民孙强崔世东...
    1-13页
    查看更多>>摘要：[背景]我国油气需求缺口大、供给制约多、煤炭绿色低碳转型任务艰巨,富油煤作为集煤、油、气属性于一体的煤炭资源,具有立足国内增加油气供给的巨大潜力.[进展]富油煤原位热解技术已在陕西榆林成功实施工程试验,目前仍处于探索阶段.其具备两大战略价值:一是弥补我国油气需求缺口,提高油气自主保障能力;二是变革煤炭开采技术,推动煤炭产业绿色、低碳转型发展.富油煤原位热解包括钻孔式和矿井式两种实践途径,目标是持续高效提取煤中油气资源,主要面临热解选区、加热技术与高效传热传质等难题.[展望]"四性"是原位热解技术研发的关键,包括地质条件适宜性、加热技术匹配性、传热传质有效性和热解安全稳定性.主要内容为:(1)从富油煤资源条件、地层封闭条件、水文地质条件和构造条件等方面阐明适宜富油煤原位热解的地质基础,揭示热辐射范围内围岩封闭动态稳定性的约束条件,为原位热解选址和工程设计提供地质依据.(2)深刻认识富油煤在温度、应力约束下的热物理性质演化行为,基于地质-工程条件论证原位加热技术适宜性,并针对煤层低导热特性开展高效加热工艺设计,通过风、光、电多种供能方式互补实现供热能源经济性.(3)地应力、大尺度煤体、焦油高黏度是制约原位热解油气运移、产出的主要因素,煤层致裂、载热介质优化与温压调控、焦油降黏轻质化是改善煤层传热传质性能和提高热解油气可产出性的潜在方法.(4)原位热解持续稳定运行依赖于全过程监测与动态预警,需要监测手段立体化、地质信息反演精准化、多相多场环境模型化、突变阈值预测预警等技术予以支撑.进一步探索与地质条件相匹配的富油煤原位持续高效热解关键技术,破解煤炭资源开发与地质环境之间的制约矛盾,是推动富油煤原位热解技术深入发展的关键.

    富油煤原位热解油气资源地质条件加热技术传热传质安全稳定

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    陕北富油煤地下原位热解先导试验

    段中会杨甫王振东马丽...
    14-24页
    查看更多>>摘要：[目的]陕北富油煤地下原位热解先导试验在国内外尚属首次,开创了富油煤、油页岩等原位转化新方向,引起了行业内外广泛关注.富油煤地下原位热解的研究尚处于起步阶段,缺少现场工程数据的系统研究.[方法]通过现场先导试验,明确富油煤地下原位热解的地质条件和工程难点,总结陕北富油煤地下原位热解开采进展,探讨下一步技术攻关方向.[结果和结论]结果表明:(1)先导试验区具有煤层稳定、煤质条件好、煤焦油产率高、生油潜力大、煤系富水性弱、隔水层厚度大等优越的原位热解地质条件,但煤层孔隙连通性差、导流能力低、煤层导热能力差、高效加热难度大、煤层改造难度大、体积造缝要求高等因素影响到工程效果.(2)开展综合地质评价有利于规避地层水、断层等不利因素对地下热解过程的影响,可控冲击波致裂技术有助于地下煤层裂缝连通,井下高效电加热器稳定运行是高效产油的关键.(3)经过一个月加热运行,成功提取出全球第一桶地下原位热解油,初步打通了富油煤地下原位热解开采技术路径,获取了产油的地下温度、压力等工艺参数.先导试验存在加热周期短、产油量低、耗能高,缺少项目运行的系统性技术评价,需从研发高效井下电加热器、地下煤层体积造缝、热解-气化一体化、热能综合利用及集成CCS等方面继续升级技术,实现降本增效,综合提高富油煤地下原位热解开采的经济性、安全性和可靠性.

    富油煤地下原位热解先导试验热解-气化一体化陕北

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    富油煤原位热解多物理场演化规律数值模拟研究

    杨甫程相强李明杰吴志强...
    25-34页
    查看更多>>摘要：[目的]富油煤原位热解是一种具有清洁、高效、安全等优势的煤炭资源新兴利用技术,尚处于起步阶段,多物理场演化规律及关键工艺参数对富油煤原位热解过程具有重要影响.[方法]通过构建耦合流体流动、传热以及化学反应的多物理场数值模型,并与富油煤圆柱煤样热解实验的结果对比分析,以验证多物理场耦合模型的可靠性.根据先导试验条件,采用均质/非均质渗透率模型研究了渗透率、热载体流量以及致裂区高度对热解过程中传热传质的影响.[结果和结论]结果表明,增大渗透率有利于快速生产,对于均质渗透率模型而言,当渗透率为1 μm2 时热解反应仅需38 d即可完成,建议对煤层进行冲击致裂使得煤层渗透率达到达西级别.而对于非均质渗透率模型,在加热前期增大热载体流量可以提高传质传热速率.热载体流量为 0.12 kg/s时,高渗区域热解反应完成仅需 12 d左右.后期当中心高渗区域煤热解完成后,反应及渗流速率变慢,提高热载体流量对反应速率的影响较小.实际生产中建议前期选择较大的热载体流量(0.12 kg/s)促进高渗区域快速热解,更快产生焦油;后期可减小热载体流量节省成本.增大致裂区高度可提高热解速率,致裂区高度为 6 m时,热解反应仅需 130 d左右即可完成.实际应用中需综合考虑冲击致裂成本以及热解时间成本.

    富油煤原位热解数值模拟多物理场

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    富油煤地下原位热解井下加热器研究现状及展望

    王振东段中会杨甫马丽...
    35-45页
    查看更多>>摘要：[意义]我国富油煤地质资源丰富,是保障能源安全的潜在煤基油气资源.富油煤地下原位热解"取氢留碳"是煤炭资源清洁低碳利用的发展趋势,而井下加热器是实现富油煤地下原位高效热解的关键设备之一.[进展]在系统收集相关资料、数据和调研的基础上,简述了地下原位对流加热方法的现状,重点阐述了地下原位对流加热用加热器的研发现状,最后对井下电加热器的应用效果及后续的攻关方向分别进行了简述和展望.地表加热器的发展较为成熟,仅适用于埋深较浅和所需加热温度较低的地层(<350℃).井下燃烧加热器还需有效解决极端工况下燃烧反应稳定性和二次点火可靠性的问题;井下电加热器通过将强化传热结构与电加热棒结合,不仅可缩小其尺寸,还可降低电加热棒的壁面温度,有效解决其加热效率低及寿命短的问题.此外,密封结构可有效提高井下电加热器在复杂工况下的适应性.采用自主研制的闭式双壳体井下电加热器,在陕北侏罗纪煤田榆神矿区大保当井田成功提取全球第一桶富油煤地下原位热解煤焦油.[展望]为提高富油煤层的加热速度和加热效率,井下电加热器的后续研究可从高功率井下电加热器和复合加热两个方面着手.复合加热在介质输送过程中仍会产生一定量的热损失,随着加热井数量及煤层深度的增加,热损失问题会进一步凸显,故应重点攻关高功率井下电加热器,以期为我国富油煤地下原位热解工艺研发与工业化应用提供技术支撑.

    富油煤地下原位热解对流加热井下电加热器强化传热

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    富油煤热解特性及其孔裂隙结构演化规律

    耿济世王双明孙强侯恩科...
    46-53页
    查看更多>>摘要：[目的]富油煤原位热解提取煤基油气是弥补我国油气资源短缺、提升煤炭资源利用效率的重要措施,也是富油煤高效开发的新趋势.富油煤在原位热解过程中的油气产出特征及孔裂隙发育情况直接影响到煤体内部传热、热解产物迁移及产出,查明富油煤热解特性及其孔裂隙结构演化规律尤为关键.[方法]利用自主研制的热解实验装置,结合比表面及孔径分析仪、三维显微镜和同步热分析技术,记录富油煤在不同热解温度下的产气规律,测定热解残样的微观孔隙结构及孔径分布特征,分析煤体裂隙演化规律及表面裂隙参数,揭示煤体结构和热解产物对热解温度的响应机制.[结果和结论]结果表明,富油煤热解产气总量和最大产气速率随温度的升高而增大,在温度大于300℃时热解反应变得剧烈,产气量增加显著.通过对比不同热解温度下的孔裂隙结构,发现孔隙结构类型以300℃为界发生明显改变,低于该温度热解后的孔隙类型以细小瓶颈和缝隙/楔形孔为主,主要为中孔,随着温度升高,孔隙类型以平行狭缝为主,微孔增加,中孔和大孔则进一步发育扩展贯通,形成微裂隙.与低温作用煤样相比,高温作用煤样裂隙开度增加、裂隙网络密度及表面裂隙率相应增大,煤样结构发生宏观破坏,完整性降低.富油煤热解过程中的孔裂隙结构演化是水分蒸发、吸附气体解吸析出、不均匀热膨胀、有机质热解及热解气体逸出等共同作用的结果.研究结果可为富油煤原位热解工艺参数选择提供有益参考.

    富油煤热解产气规律孔裂隙演化热力学分析

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    黏结性对富油煤热解孔隙结构演变及渗流的影响研究

    畅志兵王楚楚旷文昊唐颖...
    54-63页
    查看更多>>摘要：[目的]富油煤的原位热解是将煤层在地下加热生产油气的技术,其中煤层的孔隙结构和渗透特性是影响加热介质注入和油气产出的重要因素.黏结性富油煤热解伴随胶质体的形成,使其孔隙结构和渗透特性不同于非黏结性煤.[方法]将黏结性富油煤在300、400、500和600℃下热解,采用饱和流体法和氮吸附法测试半焦的孔隙参数,并采用显微CT表征半焦的孔隙结构;通过构建等效孔隙网络模型,分析煤样孔隙数目、孔隙半径和配位数等参数的变化规律,并模拟高温N2 在孔隙网络中的渗流特征.[结果和结论]结果表明:煤样经 300℃热解后仅产生少量裂隙,总孔隙率维持在约 5%;当热解温度为 400～600℃时,总孔隙率逐渐增至约 50%,而微观孔隙仅在 600℃脱气后更为丰富.当热解温度由 300℃升至 400℃,胶质体的形成、膨胀使孔隙和喉道的数量显著增大,但平均半径分别维持在约 160 μm和约 88 μm;再由 400℃升至 600℃,挥发分的析出促进了孔隙结构的连通,使孔隙和喉道的数量逐渐减少,且概率分布向等效半径更大的范围偏移,使平均半径分别增至 292.81 μm和 170.60 μm,并使孔隙平均配位数由 5.82分别增至 6.60和 6.33,孔隙率和配位数的增大使半焦的平均模拟渗透率由 246.75 μm2 显著增至 1 377.49 μm2.研究结果可为黏结性富油煤原位热解的工艺研发提供参考依据.

    富油煤热解显微CT三维表征孔隙结构渗透率

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    富油煤原位热解典型污染物时空分布特征

    田华张若琳王前吉吴小雨...
    64-72页
    查看更多>>摘要：[目的和方法]富油煤原位热解产生的油、气在高温作用下会通过煤层顶板的裂隙带向覆岩层迁移富集,给地下环境造成潜在污染风险.为了了解富油煤地下热解过程中典型污染物的释放与分布特征,以陕北侏罗纪煤田神府矿区典型富油煤为研究对象,基于研究区地层结构与岩性资料,采用自主研发的富油煤原位热解相似模拟实验装置,研究富油煤热解产物的组成,及不同温度下煤焦油中酚油、萘油、洗油、蒽油和沥青等典型污染物的时空分布特征.[结果和结论]结果表明:不同热解温度下,典型污染物在覆岩中的分布随时间增加均呈现先上升后下降的趋势,且各组分含量与富集层位差异较大.热解温度为450℃和650℃下,不同覆岩层中污染物含量大小排序为沥青>蒽油>萘油>洗油>酚油.在 450℃时,由于温度较低对覆岩层影响相对较小,所以各组分主要富集在中粒砂岩层.随着温度不断升高,覆岩层产生裂隙,导致 650℃时轻质组分富集在距煤层较远的泥岩层,重质组分由于密度大且黏性强,迁移能力较差,所以其主要富集区域为泥质粉砂岩层.温度是影响覆岩中典型污染物时空分布特征的主要因素,升高温度会增加污染物的迁移范围,并且酚油、萘油和洗油含量的占比随之逐渐增大,蒽油和沥青含量的占比随之逐渐减小.研究结果为富油煤原位热解地下污染管控提供理论依据.

    富油煤煤焦油相似模拟原位热解污染分布特征

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    富油煤原位热解地质环境影响与地质保障技术

    许时昂张平松程刚吴海波...
    73-84页
    查看更多>>摘要：[目的]富油煤作为一种集煤、油、气为一体的特殊非常规油气资源,通过原位热解可转化为高附加值焦油、可燃气及半焦固体燃料等,具有解决传统煤炭工业发展过程中绿色开发、清洁低碳利用难题的潜力.在减少煤炭开采污染、提高能效利用等方面,为碳达峰碳中和("双碳")目标的实现提供了新的解决方案,也为我国寻求油气资源战略依赖突围提供了重要路径参考.然而,目前国内富油煤地下原位热解的研究仅限于少数先导性试验研究,对于富油煤原位热解的地质环境影响研究与全生命周期地质保障技术探索亟待开展.[方法]基于富油煤开发原位热解的地质环境扰动响应特征,重点探讨了富油煤原位热解对热解区岩体变质、覆岩损伤变形、地下水扰动、地表沉降及地表生态环境等方面的影响,总结了富油煤原位热解地质条件评价与过程监测主要内容和测试技术,梳理了富油煤原位热解地质保障面临的挑战.同时,结合理论研究、技术方法、感测装备、传感单元、数据解译、多源信息融合和工程实践等内容认识,提出了构建富油煤原位热解地质保障技术体系的思考.[结果和结论]分析认为,在富油煤原位热解的新型资源转化利用模式条件下,迫切需要研发与之相匹配的地质保障技术,制定完整的开发、设计、施工、评价方法和标准,以规范和引导富油煤热解技术的发展与应用.此外,还需要在充分挖掘和利用富油煤油气资源固有优势的基础上,积极推动富油煤清洁利用技术的研发创新、安全生产标准的提升以及生态环境保护的深度融合,为煤炭工业实现绿色转型和高效可持续发展提供全面的战略对策与保障.

    富油煤低碳开发原位热解地质环境监测地质保障

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    基于煤体真密度和自然伽马响应规律的富油煤判识

    师庆民耿旭虎王双明蔡玥...
    85-96页
    查看更多>>摘要：[目的]格金干馏试验下的焦油产率作为评价富油煤的唯一指标受制于前期较少的勘探资料无法满足富油煤规模化精细评价要求.[方法]基于二分类法提出利用真密度(ρ)和自然伽马(GR)判识富油煤的最佳阈值,并阐释富油煤具有显著岩石物理参数响应的内在机理.[结果和结论]研究表明:不同变质程度煤不具有统一的判识阈值,其中长焰煤类富油煤最佳判识阈值为,原煤真密度小于 1.41 g/cm3、GR<80 API,判识正确率达 81.82%.上述富油煤的地球物理测井参数响应受控于无机和有机组分条件,其中与焦油产率呈负相关性的灰分产率是影响煤体真密度的主要因素,灰成分(Al2O3+SiO2)所指示的黏土矿物含量对GR值影响显著;而对焦油产率起决定作用的显微组分则同样对原煤真密度变化具有一定影响.从分子尺度,干燥无灰基状态下的真密度(ρdaf)越小,煤脂肪结构越丰富、越有利于热解产生焦油;反之则芳香结构含量越高、越不利于热解形成焦油.总体而言,多种因素耦合作用使得煤体真密度与焦油产率呈现良好的负相关性.上述认识为基于地球物理测井参数评价富油煤提供了理论指导.

    富油煤焦油产率测井真密度自然伽马鄂尔多斯盆地

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    富油煤焦油产率测井评价方法研究

    田瀚李宁王双明武宏亮...
    97-107页
    查看更多>>摘要：[目的]富油煤作为一种集煤、油、气属性为一体的煤基油气资源,对于保障我国油气资源供应、实现煤炭清洁高效利用具有重要意义.目前富油煤的识别主要依靠格金干馏试验测量的焦油产率来判断,而利用地球物理手段准确识别与评价富油煤的研究则相对薄弱.[方法]以新疆三塘湖盆地侏罗系西山窑组和八道湾组煤层为研究对象,基于岩石物理实验,在明确富油煤典型测井响应特征基础上,创新建立了一种煤焦油产率测井定量评价方法.[结果和结论]结果表明:(1)相比含油煤,富油煤具有富氢结构物质含量高、孔隙结构差的特点,这造成富油煤具有"低密度、高中子和高电阻率"的常规测井响应特征;(2)通过多状态二维核磁共振实验测量分析,明确了富油煤具有"二维核磁T1 谱双峰,T2<1、T1/T2>10区域信号强"的核磁测井响应特征,而含油煤相应区域信号不明显,这与富油煤中富氢结构物质含量高有关;(3)基于富油煤典型测井响应特征,提出利用电阻率和中子 2个参数构建富油煤指示因子Z,Z越大,表明煤焦油产率越高.在煤焦油产率刻度基础上,建立了煤焦油产率与指示因子间的线性关系,实现了煤焦油产率的准确方便计算,可操作性强.上述认识为基于地球物理测井手段识别和评价富油煤提供了理论指导.

    富油煤焦油产率测井响应核磁共振测井评价方法三塘湖盆地

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