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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