我是做煤炭行业的,现在要写论文,题目应该怎么写

颜志丰1 琚宜文1 侯泉林1 唐书恒2

基金项目:国家自然科学基金项目(No.4103042240972131)国家重点基础研究发展规划(973)课题(No.2009CB219601)国家科技重大专项课题(2009ZX05039-003)中国科学院战略性先导科技专项课题(XDA05030100)河北工程大学博士基金课题。

作者简介:颜志丰,1969年生,男,河北邯郸人,博士后,长期从事能源地质和构造地质研究。Email:yanzf@gucas.ac.cn。

(1.中国科学院研究生院地球科学学院 北京 1000492.中国地质大学(北京)能源学院 北京 100083)

摘要:为模拟研究煤储层水力压裂效果,对煤样进行了饱水条件下的常规单轴压缩试验和声发射测试。对结果进行分析表明:在常规单轴压缩条件下,煤在平行层面上其力学性质具有方向性差异,平行面割理方向的单轴极限抗压强度要比垂直面割理方向的单轴极限抗压强度大得多,其弹性模量也大得多。煤样在垂直面割理方向弹性模量E随着单轴极限抗压强度σc的增加而增加,相关性较高,平行面割理方向弹性模量E随着抗压强度的增高而增高,但离散性较大。在单轴压缩条件下煤样变形破坏表现出的全应力—应变曲线形态大体可以概括为3种类型。

关键词:单轴压缩试验力学性质各向异性饱和含水率割理

Uniaxial Mechanical Test of Water-saturated Coal Samples in Order to Simulate Coal Seam Fracturing

YAN Zhifeng1 JU Yiwen1 HOU Quanlin1 TANG Shuheng2

(1.College of Earth Science, Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049 2.School of Energy Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083 China)

Abstract: In order to simulate effect of hydraulic fracturing in coal reservoir,conventional uniaxial compres- sion test and acoustic emission test on the water-saturated coal samples were hold. The results showed that the me- chanical properties in parallel to the level of coal have directional difference. Under the conditions of conventional uniaxial compression. The uniaxial limit compressive strength in direction parallel to the face cleat is much larger than it in the vertical, so is the elastic modulus. The elastic modulus of coal increased with the increasing of com- pressive strength, however it is higher correlation in the direction of vertical face cleat, but a larger dispersion in parallel. The complete stress-strain curve shape showed by deformation of coal samples under uniaxial compression can be roughly summarized as 3 types.

Keyword: uniaxial compression testmechanical propertiesAnisotropysaturated water contentcleat

1 前言

煤层气是储存于煤层内的一种非常规天然气,其中CH4含量多数大于90%,是一种优质洁净的气体能源(单学军,2005)。我国煤层气资源十分丰富,根据新一轮全国煤层气资源评价结果,在全国19个主要含煤盆地,适合煤层气勘探的埋深300~2000m范围内,预测煤层气远景资源量为36.8万亿m3。煤层气主要是以吸附状态存在于煤层内,也有少量以游离状态存在于孔隙与裂缝中(Smith D M,1984)。就孔隙结构而言,煤的孔隙结构可分为裂缝性孔隙和基岩孔隙。人们又习惯地把煤岩中的内生裂缝系统称为割理。其中面割理连续性较好,是煤中的主要裂隙,端割理是基本上垂直于面割理的裂缝,只发育在两条面割理之间,把基岩分割成一些长斜方形的岩块体(李安启,2004)。

渗透率高的煤层产气量往往较高,而低渗透率的煤层产气量较低。水力压裂改造措施是国内外煤层气井增产的主要手段。而我国的煤层气储层普遍属于低渗透煤储层,研究表明:我国煤层渗透率大多小于50×10-3μm2(张群,2001)。因此,目前国内的煤层气井采用最广泛的完井方法是压裂完井,煤层和砂岩的岩性特征有很大的区别,压裂施工中裂缝在煤层中的扩展规律与在砂岩中的扩展规律也不相同,为了解煤层的压裂特征和压裂效果就需要对煤层压裂进行模拟研究,要进行模拟研究就需要研究煤岩的力学性质。

通过试验研究煤岩的力学性质,发现煤岩具有尺寸效应——即煤岩的尺寸对试验结果具有影响,Daniel和Moor在1907年就指出(Daniels J,1907):小立方体的屈服强度高于大立方体,而且当底面积保持常数时,随着试块高度的增加,其屈服强度降低。研究过煤岩尺寸效应的还有Bunting(Bunting D.1911)。Hirt和Shakoor(Hirt A M,1992),Med-hurst和Brown(Medhurst T P,Brown E T.A,1998),吴立新(1997),刘宝琛(1998),靳钟铭(1999)等。

由于单轴力学性质试验结果受尺寸、形状等因素制约,因此进行单轴岩石压缩试验时,对试验样品的加工有一定的要求,通常试件做成圆柱体,一般要求圆柱体直径48~54mm,高径比宜为2.0~2.5,试件端面光洁平整,两端面平行且垂直于轴线。

2 试验方法说明

在单轴压缩应力下,煤块产生纵向压缩和横向扩张,当应力达到某一量级时,岩块体积开始膨胀出现初裂,然后裂隙继续发展,最后导致破坏(闫立宏,2001)。为避免其他因素的影响,采用同一试样,粘贴应变片,在测试强度过程中同时用电阻应变仪测定变形值。

2.1 煤样制备和试验方法

实验煤样采自沁水盆地南部晋煤集团寺河煤矿3#煤层。煤样制备和试验方法参照中华人民共和国行业标准《水利水电工程岩石试验规程(SL264-2001)》(中华人民共和国水利部.2001),以及国际岩石力学学会实验室和现场试验标准化委员会提供的《岩石力学试验建议方法》(郑雨天,1981)进行的。沿层面方向在大煤块上钻取直径为50mm,高为100mm的圆柱样,煤样轴向均平行煤岩层面。为研究平行面割理和垂直面割理方向煤岩力学性质的差异,制备了两组煤样。一组煤样平行面割理方向,样品数10个,编号DP1-DP10另一组煤样垂直面割理方向,样品数10个,编号DC1-DC10。试验前对煤样进行了饱水处理(48h以上)。单轴实验设备为WEP-600微机控制屏显万能试验机。记录设备为30吨压力传感器,7V14程序控制记录仪。数据处理设备为联想杨天E4800计算机及相应的绘图机、打印机。试验工作进行前测试了煤样的物理性质,对试件进行了饱水处理。进行单轴压缩试验的煤样条件见表1。

表1 煤样条件

2.2 计算公式

单轴抗压强度计算公式

中国煤层气技术进展:2011年煤层气学术研讨会论文集

式中:σc为煤岩单轴抗压强度,MPaPmax为煤岩试件最大破坏载荷,NA为试件受压面积,mm2。

弹性模量E、泊松比μ计算公式:

中国煤层气技术进展:2011年煤层气学术研讨会论文集

式中:E为试件弹性模量,GPaσc(50)为试件单轴抗压强度的50%,MPaεh(50)为σc(50)处对应的轴向压缩应变εd(50)为σc(50)处对应的径向拉伸应变μ为泊松比。

3 试验结果与分析

3.1 加载轴线方向对煤块的抗压强度σc和弹性模量有显著的影响。

试验结果数据见表2。从表中可以看出,平行面割理方向的单轴极限抗压强度要比垂直面割理方向的单轴极限抗压强度大得多,其弹性模量也大得多,抗拉强度平均值高出2/3,而弹性模量更是高出一倍。这说明即使在平行煤的层面上其力学性质也具有方向性,不同方向上其值大小有显著差异。

表2 煤样单轴抗压强度试验结果

注:DP9沿裂隙面破裂,没有参与力学性质分析。

煤是沉积岩,小范围内同一煤分层在形成环境、形成时代上都是相同的,可以认为小范围内在平行煤的层面上,煤的组分、煤质等是均匀的,变化非常小,所以沿平面上力学性质的差异与煤质、组分等关系不大。推测其原因是由于在地史上受到构造应力的影响,构造应力具有方向性,在不同的方向上其大小不同,使煤在不同的方向上受到地应力作用的大小程度也不同,导致煤在不同方向上结构有所不同,从而表现出来在不同方向上力学性质的差异,在受力较大的方向上可能会表现出较大的强度。由于在构造力作用下沿最大主应力方向裂隙最容易发育,发育程度也应该较好,沿最小主应力方向上裂隙发育程度要差些。发育好的裂隙往往形成面割理,因而在平行面割理的方向上抗压强度和弹性模量都高,而在垂直面割理的方向上其值相对就会小些。

3.2 煤岩单轴极限抗压强度与其他性质之间的关系

由表2可知煤样的抗压强度离散性较大,影响因素是什么?煤的密度与含水状态对单轴抗压强度有什么影响?现分析如下:

图1-a表示了极限抗压强度σc与饱和密度ρw之间的关系。从图中可以看出,无论是C组、P组还是全部样品,随着饱和密度的增加,煤块的极限抗压强度都有增加的趋势,说明随着饱和密度的增加,抗压强度有增加的趋势。

图1 σc与其他性质之间的关系

图1-b表示极限抗压强度σc与饱和吸水率ωs之间的关系。从图中可以看出,C组样品随饱和吸水率的增加抗压强度有减少的趋势,而P组样品单轴抗压强度和饱和吸水率的相关性非常低,可以认为饱和吸水率对P组样品没有影响。由此可见,饱和吸水率的增高使垂直面割理方向的抗压强度降低,而对平行面割理方向的单轴极限抗压强度影响很小。

图1-c表示单轴极限抗压强度σc与弹性模量E之间的关系。从图中可以看出C组样品单轴极限抗压强度σc与弹性模量E之间具有明显的正相关性,即垂直于面割理方向的单轴极限抗压强度随着弹性模量的增加而增加,P组样品具有不明显的线性正相关,即平行于面割理方向的单轴极限抗压强度σc与弹性模量E的增加而增加,但离散性较大。

图1-d表示单轴极限抗压强度σc与泊松比μ之间的关系。从图中可以看出C组样品单轴抗压强度与泊松比之间具有较明显的负相关关系,也就是说垂直于面割理的单轴抗压强度随着泊松比的增高而降低但是P组样品的相关性很低,即平行于面割理方向的单轴极限抗压强度σc与泊松比的变化无关。

3.3 弹性模量和其他性质之间的关系

图2-a表示弹性模量E与泊松比μ之间的关系。从图中可以看出C组样品、P组样品及全部样品相关性均不明显。说明弹性模量与泊松比之间的变化互不影响。

图2 弹性模量E与其他性质之间的关系

图2-b表示弹性模量E与饱和密度ρw之间的关系。从图中可以看出无论C组还是P组,样品弹性模量与饱和密度相关性非常弱,可以认为不相关。由此可见弹性模量不受饱和密度变化的影响。

图2-c表示弹性模量E与饱和吸水率ωs之间的关系。从图中可以看出C组样品弹性模量与饱和吸水率相关性较高,呈明显的负相关关系但是P组样品的相关性却很低,几乎不相关。由于C组样品以垂直轴向的裂隙为主,在压力作用下煤样的变形等于煤岩本身的变形再加上水的变形,水是液体,在压力作用下很容易变形,在压力不变的情况下随着水含量的增加变形随之增大,而产生较大的轴向变形,导致C组的煤样随着含水量的增加弹性模量变小。而P组样品裂隙以平行轴向为主,尽管在饱水的情况下裂隙中完全充填了水,但由于水含量很少,承载压力的主要是煤岩本身,变形量也是由煤岩本身决定的,因此它与含水量关系不明显。

3.4 泊松比和其他性质之间的关系

由图3-a中可以看出C组样品、P组样品和全部样品的泊松比与饱和密度之间散点图均比较离散,相关性很低,也可以说它们不相关。

由图3-b中可以看出C组样品、P组样品和全部样品的泊松比与饱和吸水率之间相关性很低,可以认为它们不相关。

3.5 煤岩单轴压缩全应力—应变曲线类型

岩石试件从开始受压一直到完全丧失其强度的整个应力应变曲线称为岩石的全应力应变曲线(重庆建筑工程学院,1979)。大量岩石单轴压缩实验表明,岩石在破坏以前的应力应变曲线的形状大体上是类似的,一般可分为压密、弹性变形和向塑性过渡直到破坏这三个阶段。

煤是一种固体可燃有机岩石,由于成煤物质的不同及聚煤环境的多样化,煤的岩石组分、结构特征比较复杂。因此,在单轴压缩条件下煤样变形破坏机制及表现出的全应力—应变曲线形态多种多样,大体可以概括为3种类型。

3.5.1 迸裂型

应力—应变曲线压密阶段不明显,加速非弹性变形阶段很短,曲线主要呈现表观线弹性变形阶段直线,直到发生破坏,见图4-a。具有迸裂型全应力—应变曲线特征的煤样,通常均质性较好、强度较大、脆性较强,其抗压强度通常很高。煤样在整个压缩变形过程中,积聚了大量弹性应变能,而由于发生塑性变形而耗散的永久变形能相对较小。因此,当外部应力接近其极限强度而将要发生破坏时,煤岩内积聚的大量弹性应变能突然、猛烈地释放出来并发出较大声响,形成一个很高的声发射峰值。

图3 泊松比μ与饱和吸水率ωs之间的关系

图4 煤岩样品应力—应变关系曲线图

3.5.2 破裂型

应力较低时,出现曲折的压密阶段,当应力增加到一定值时,应力—应变曲线逐渐过渡为表观线弹性变形阶段最后变为加速非弹性变形阶段,直到发生破坏,见图4-b。试件随荷载的增加,煤样受力结构逐渐发生变化,同时出现局部张性破坏,但整体仍保持完整,并在变形过程中也积聚了一定的弹性应变能。当外部应力接近其抗压强度,即煤岩发生加速变形时,煤岩中积聚的弹性应变能就突然释放,产生较高的声发射值,破坏时声发射强度又变得非常低。

3.5.3 稳定型

应力—应变曲线压密阶段不明显,表观线弹性变形阶段呈略微上凸的直线,加速非弹性变形阶段较长,见图4-c。试件随荷载的增加,煤样受力结构逐渐发生变化,同时出现局部张性破坏,并在变形过程积聚的弹性应变能释放,形成振铃计数率峰值,随后振铃计数率迅速降低,并在加速非弹性变形阶段开始时出现新的振铃计数率峰值,接近破坏时又出现一次振铃计数率峰值。破坏时声发射强度又变得非常低。

4 结论

通过上面对沁水盆地寺河煤矿3号煤力学试验,可以得出如下结论:

(1)煤岩单轴抗压强度和弹性模量等力学性质在平行煤层的平面上具有方向性差异,平行面割理方向的单轴极限抗压强度要比垂直面割理方向的单轴极限抗压强度大得多,其弹性模量也大得多。

(2)煤的极限抗压强度σc随着饱和密度ρw的增加而增加极限抗压强度σc在垂直于面割理方向上随饱和吸水率ωs的增加而减少,而在平行面割理方向上与饱和吸水率无关单轴极限抗压强度σc随着弹性模量E的增加而增加,在垂直面割理方向上相关程度较高,在平行面割理方向上离散性较大。单轴极限抗压强度σc在垂直面割理方向上随着泊松比μ增加而减小,而在平行面割方向上与泊松比无关。

(3)弹性模量E的变化不受泊松比变化的影响,同时也不受饱和密度的影响垂直面割理方向弹性模量随着饱和吸水率ωs的增加而减小,而平行面割理方向弹性模量与饱和吸水率无关。

(4)泊松比μ的变化既不受饱和密度变化的影响,也不受饱和吸水率ωs变化的影响。

(5)在单轴压缩条件下煤样变形破坏表现出的全应力—应变曲线形态大体可以概括为3种类型:(1)迸裂型(2)破裂型(3)稳定型。

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在当代，每个企业都充分利用人力、物力、财力资源，其中又以人力资源的应用最为重要。在人力资源管理中，又以怎样激励人为核心。但是，黑龙江省有相当一部分煤炭深加工企业没有合理的激励机制，这使得企业人员激励问题日益突出。

本文对激励的相关理论进行了较为系统地阐述，从煤炭深加工企业人员激励过程中存在的问题出发，同时，对影响人员激励的因素进行分析；此外，将激励和影响激励效果的因素进行分类，利用数学函数的方法对其建立相应的函数方程，借鉴经济学的无差异曲线、能力约束曲线、均衡组合等方法，在综合管理学的激励效果和影响因素的基础上，建立激励组合模型，进一步分析模型不同变量的变化对模型的影响，然后，给出了黑龙江省煤炭深加工企业人员激励方法。本研究旨在对黑龙江省煤炭深加工企业激励机制的建立与完善提供一些参考。最后，以黑龙江省七台河市煤炭深加工企业为综合应用案例进行探讨和说明。

关键词：煤炭深加工；人员激励；激励组合模型

目录：摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 论文的选题背景 1

1.2 国内外研究概况和发展趋势 1

1.3 论文的研究内容和思路 4

1.4 本章小结 6

第二章 激励理论概述 7

2.1 管理学激励理论 7

2.2 经济学激励理论 13

2.3 本章小结 14

第三章 黑龙江省煤炭深加工企业人员激励问题 15

3.1 黑龙江省煤炭深加工企业人员的特点 15

3.2 黑龙江省煤炭深加工企业人员激励问题 16

3.3 本章小结 20

第四章 黑龙江省煤炭深加工企业人员激励因素分析 21

4.1 外界因素分析 21

4.2 个人因素分析 24

4.3 本章小结 27

第五章 黑龙江省煤炭深加工企业人员激励模型 28

5.1 激励函数 28

5.2 激励组合模型 31

5.3 黑龙江省煤炭深加工企业人员激励组合模型的策略分析 40

5.4 本章小结 41

第六章 黑龙江省煤炭深加工企业人员激励方法 42

6.1 针对高层管理人员的激励 42

6.2 中层管理人员的激励 44

6.3 科技人员的激励 45

6.4 一般员工的激励 47

6.5 其他人员的激励 48

6.6 本章小结 49

第七章 综合应用：黑龙江省七台河市煤炭深加工企业人员激励研究 50

7.1 七台河市煤炭深加工企业概况 50

7.2 七台河市煤炭深加工企业人员现状 51

7.3 七台河市煤炭深加工企业人员激励组合分析 52

7.4 七台河市煤炭深加工企业人员激励方法 54

7.5 本章小结 59

结论 60

致谢 61

参考文献

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39 汤 睿．济钢科技人员激励研究[D] ：〔硕士学位论文〕．大连：大连理工大学经济管理学院，2002

40 朱先奇，刘庆玲．国有企业人力资源管理存在的问题及对策分析[J]．山西高等学校社会科学学报，2005，17(1)：49-51

41 王 莉．黑龙江省煤炭资源型工业及第振兴策略研究[D] ：〔硕士学位论文〕．哈尔滨：哈尔滨工程大学经济管理学院，2004

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46 王振生．解决煤炭行业人才短缺问题之我见[J]．煤炭高等教育，2004(2)：35-37

47 李伟昌．企业激励方法研究[D] ：〔硕士学位论文〕．哈尔滨：哈尔滨工程大学经济管理学院，2004

48黄玉春．人力资本定价及激励[D] ：〔硕士学位论文〕．西安：西北大学经济管理学院，2004

摘要]从工业、元素、工艺性质方面，对巨野煤田煤质进行了详细的分析，根据其煤质特点，进行科学论证，得出巨野煤田

是优质动力用煤和炼焦用煤的结论，可以用来制备水煤浆，用于煤气化合成氨、合成甲醇及后续产品，用作焦化原料等。

[关键词]煤质分析；煤质特点；科学利用；评价

1巨野煤田煤质分析

1.1煤的工业分析

工业分析是确定煤组成最基本的方法。在指标

中，灰分可近似代表煤中的矿物质，挥发分和固定碳

可近似代表煤中的有机质。

衡量煤灰分性能指标主要有灰分含量、灰分组

成、煤灰熔融性（DT、ST、HT和FT）。其中煤灰熔融性是

动力用煤和气化用煤的重要性能指标。一般以煤灰软

化的温度（即灰熔点ST）作为衡量煤灰熔融性的指标。

1.1.1龙固矿钻孔煤样工业分析结果(表1)变形温度（DT）为煤灰锥体尖端开始弯曲或变圆

时的温度；软化温度（ST)为煤灰锥体弯曲至锥尖

触及底板变成球形时的温度；半球温度（HT）为灰锥形

变至近似半球形，即高约等于底长的一半时的温度；

流动温度（FT）为煤灰锥体完全熔化展开成高度＜1.5 mm

薄层时的温度。

1.1.2彭庄矿钻孔煤样工业分析结果（表2）

2煤质特点及科学利用评价

2.1巨野煤田煤质特点

由煤炭科学研究总院《巨野矿区煤质特征及菜加

工利用途径评价》2003.5可以看出巨野煤田煤质有

如下特点：①灰分含量低，属于中、低灰煤层。②挥发

分含量高，各煤层原煤的挥发分含量在33%以上，且

差异不大，均属于高挥发分煤种。③磷含量特低；硫分

含量上低下高。④干燥基低位热值高。各层煤的都比

较高，且随原煤灰分的降低而升高。⑤粘结指数、胶质

层厚度和焦油产率均较高。⑥碳、氢含量较高。碳含量

在86.02%～86.51%之间，氢含量在5.41%～5.44%之

间，C/H比值＜16。⑦灰熔点上高下低。

2.2成浆性实验评价

2008年1月，华东理工大学对巨野煤田龙固矿

(1#)、赵楼矿(2#)和彭庄矿(3#)原煤进行成浆性实验

及评价。

2.2.1成浆浓度实验

成浆浓度是指剪切速率100 s-1，粘度为

1 000 mPa·s，水煤浆能达到的浓度。采用双峰级配制

浆，粗颗粒与细颗粒质量比为3∶7；选取腐殖酸盐作

为添加剂，用量为煤粉质量的1%。制成一系列浓度的

水煤浆，测量其流动性，观察水煤浆的表观粘度随成

浆浓度上升的变化规律，结果如表10所示。由表10看出，随着煤浆浓度增大，煤浆表观粘度

也明显升高。本实验3种煤样成浆浓度分别为龙固矿

66%(wt)；赵楼矿67%(wt)；彭庄矿68%(wt)。

2.2.2流变性实验

水煤浆流变特性是指受外力作用发生流动与变

形的特性。良好的流变性和流动性是气化水煤浆的重

要指标之一。

将实验用煤制成适宜浓度的水煤浆，然后用

NXS-4 C型水煤浆粘度计测定其粘度。将水煤浆的表

观粘度随剪切变化的规律绘制成曲线，观察水煤浆的

流变特性，见表11。

从表11可以看出，3种煤制成的水煤浆中，随着

剪切速率增大，表观粘度都随之降低，均表现出一定

的屈服假塑性。屈服假塑性有利于气化水煤浆的储

存、泵送和雾化。

2.2.3实验结论

煤粉粗粒度（40～200目）和细颗粒（＜200目）质

量比为3∶7，腐殖酸盐作为添加剂，添加量为煤粉质

量的1%时，龙固矿煤浆浓度为66%（wt）、赵楼矿煤浆

浓度为67%（wt）、彭庄矿煤浆浓度为68%（wt），满足加

压气流床水煤浆气化技术对水煤浆浓度的要求。

2.3原料煤的应用

2.3.1适合于制备水煤浆

水煤浆不但是煤替代重油的首选燃料，而且是加

压气流床水煤浆气化制备合成气的重要原料。同时它

又是一种很有前途的清洁工业燃料。实践上，华东理

工大学“巨野煤田原煤成浆性实验评价报告”表明：巨

野煤田各矿井原料煤均适合于制备高浓度稳定水煤

浆。

2.3.2用于煤气化合成氨、合成甲醇及后续产品

巨野煤田原煤属于高发热量的煤种（弹筒热平均

值在28～31 MJ/kg之间），该煤有利于降低氧气和能量消耗，并能提高气化产率；因灰熔点较高

（＞1 300℃），有利于固态排渣。根据鞍钢和武钢分

别使用双鸭山和平项山1/3焦煤作高炉喷吹的经验，

巨野煤田的1/3焦煤与双鸭山和平顶山1/3焦煤一

样成浆性较好，其1/3焦煤洗精煤可以制成水煤浆，

作为德士古（Texaco）水煤浆气化炉高炉喷吹用原料。

煤气化得到的合成气既可通过变换用于合成

氨/尿素，又可经净化脱硫合成甲醇或二甲醚。以甲

醇为基础可进一步合成其他约120余种化工产品。另

外，还可利用甲醇制备醇醚燃料及合成液体烃燃料

等。

2.3.3用作焦化原料

焦化用于生产冶金焦、化工焦，其副产焦炉煤气

可用于合成甲醇或合成氨，副产煤焦油进行分离和深

加工后可得到一系列化工原料及化工产品。由表12看出，巨野煤田大槽煤经过洗选以后，可

以供将来的400万t/a焦化厂或者上海宝钢等大型

钢铁企业生产I级焦炭时作配煤炼焦使用；灰分

≤9.0%的8级精煤（2#），也可供华东地区的中小型焦

化企业生产2级和3级冶金焦的配煤炼焦使用。此

外，该煤也可以单独炼焦，但所生产焦炭的孔隙率偏

高，最好进行配煤炼焦。2.3.4远景目标———煤制油

煤直接液化可得到汽油、煤油等多种产品。巨野

煤田的大部分煤层均为富油煤，尤其是15煤层平均

焦油产率＞12%，属高油煤；根据元素分析计算的碳氢

比各煤层均＜16%；大部分煤层挥发分＞35%的气煤和

气肥煤通过洗选后的精煤挥发分＞37%，而其灰分

＜10%。因此，巨野煤田的煤炭都是较好的液化用原料

煤。

煤间接液化可制取液体烃类。煤经气化后，合成

气通过F-T合成，可以制取液体烃类，如汽油、柴油、

石腊等化工产品及化工原料。

3结语

综上所述，巨野煤田第三煤层大槽煤属于低灰、

低硫、低磷、结焦性好、挥发分高、发热量高的煤炭资

源，其中的气煤、1/3焦煤、气肥煤、肥煤、天然焦等是

国内紧缺的煤种，它们的洗精煤不仅可作为炼焦用

煤、动力用煤，而且是制备水煤浆和高炉喷吹气化的

重要原料。因此,菏泽大力发展煤气化合成氨和甲醇

并拉长产业链搞深度加工是必然的正确选择。

摘 要 我国许多晚古生代和中生代煤受中生代以来构造岩浆活动的影响，在深成变质基础上，发生了广泛的区域热变质作用，在相当程度上决定了煤种的分布。区域热变质煤的显微煤岩特征有:高反射率和强各向异性，发育热变气孔和各向异性体，煤中有热液矿物、富集某些微量元素、同生矿物受到热液改造。一些低煤化煤中沥青质体等组分受热液影响形成变渗出沥青体。

煤变质作用类型是影响煤性质和结构的成因因素之一。研究区域热变质煤的特征有助于确定煤变质分带原因，恢复地热演化史及分析煤成油、煤成气等问题。

近年来，联邦德国、英、苏、美、澳、波等许多国家，都发现一些煤田的煤受叠加热场的影响，发生了区域热变质作用(Stach et al.，1982Teichmüller et al.，1979Богданова，1985)。我国不少晚古生代煤，东部地区的中生代煤受中生代以来的构造岩浆活动的影响，在原有深成变质的基础上，发生了广泛的区域热变质，在相当程度上决定了我国煤种的分布1)(韩德馨等，1980)。

一、区域热变质煤的特点

区域热变质煤与相同煤级的深成变质煤相比，具有Vr低、H/C低、芳香度较大，自由基浓度大，热解色谱最高裂解温度Tmax较高和S2较少的特点在煤晶结构上具有芳香层La较大的特征。可见，变质作用类型是影响煤组成和性质的又一个重要的成因因素。

区域热变质煤的显微煤岩特征有:反射率和双反射高，出现热变气孔、各向异性体和热液矿物等。

1.反射率高、双反射高

反射率是表征煤化程度最常用的标志。豫西石炭二叠纪煤田的煤受燕山期叠加热场的影响，形成了煤级的环带状分布，出现了大面积高变质无烟煤带。济源克井矿区煤中无结构镜质体的最大反射率R°max高达6.6%。福建建瓯晚三叠世煤受燕山期花岗岩岩浆热液活动的影响，无结构镜质体的R°max普遍在5.0%以上，最高可达9.3%。

双反射是在煤化过程中发育形成的与镜质组芳香层有序性相关的光学性质。区域热变质无烟煤的镜质组具强烈的各向异性。如豫西无烟煤的双反射ΔR大多在2.0%以上，可达4.34%，相对各向异性 大多在45%～50%以上，可达68%。建瓯无烟煤的ΔR也多在2.0%以上，个别高达8.48%，相对各向异性大多在50%以上，最高可达91.3%。

1)杨起等，1981，中国煤变质问题的探讨。

高反射率和强烈的各向异性是世界上典型区域热变质煤，如联邦德国布腊姆舍岩体上的石炭纪煤( Teichmüller et al. ，1979) 、苏联通古斯煤田二叠纪煤( Богданова，1985) 的共同特点，我国煤不仅有此特色，而且表现更为强烈( 表 1) 。

表 1 区域热变质煤的反射率和相对各向异性 单位: %

引人注目的是，在一些浅成区域岩浆热变质的地区，构造岩浆活动强烈，煤强烈破碎，众多裂隙成为热液活动的通道，同一煤层不同部位的镜质组受热液的影响不同，反射率和双反射有相当大的变化，分布很不均匀，反射率面谱呈多峰状。

2. 热变气孔

这种气孔形态多样，常见圆形、椭圆形，受热液溶蚀而形成的往往带有毛边，呈港湾状。热变气孔孔径从 <0. 1μm 到大于 10μm。一般认为热变气孔的形成与煤受热软化时挥发物产生和逸出有关。一些热变气孔孔壁及周缘常见放射状裂纹，有时也有环状裂纹，其成因与热塑状态下挥发物的逸出产生收缩作用有关。热变气孔周围及孔底时有小球体萌生，有时孔缘小球体的粒度及各向异性程度均向气孔中心方向增大，部分气孔充填有石英、方解石等热液矿物，表明这些气孔内壁曾与载热流体接触，载热流体带来的热能导致中间相小球体从镜质组中萌生。

3. 各向异性体

各向异性体是煤中各向异性相对明显的新生组分。由于均质镜质体反射率达 1. 0% 以后，各向异性渐增，因此各向异性体较强的各向异性是相对均质镜质体而言的( 表 2) 。各向异性体的形态各异，其命名可暂借用焦炭岩石学中的术语，如各向异性孢子体、各向异性角质体、各向异性树脂体、镶嵌结构体、叶状体、中间相小球体等。值得注意的是，相当一部分微粒体具各向异性，可称之为各向异性微粒体。此外，部分富氢镜质组、孢子体所形成的各向异性体，在透射光下透明，正交偏光下各向异性强。

表 2

各向异性体的类型和丰度既取决于成煤原始物质和聚煤环境，又取决于原始煤级和热演化史。一般，在近海还原环境下形成的富氢镜质组、沥青质体以及树脂体、孢子体、角质体等富含类脂物质的组分较易形成各向异性体。从煤岩成分来看，富壳质组组分的暗煤中各向异性体较亮煤、镜煤中多，含量可达 10% 以上。原始煤级及热演化史对于各向异性体的发育有相当影响。豫西煤田朝川矿区早二叠世二1煤受深成变质所形成的原始煤级约为肥煤阶段，正处于“生油期”，受区域热变质作用影响明显，较快的升温速度和较高的古地温，促进了显微组分的差异煤化作用，加强了富类脂组分的热分解，促使液态烃大量排出，从而大大增加了各向异性体的丰度和类型。豫西济源等地的二1煤，由于有巨厚的中生代覆盖层，盖层总厚达 4500m 以上，持续沉降时间长，原始煤级为焦煤阶段，经受区域热变质作用后虽已达高变质无烟煤，煤中仍有 3. 5% ～5. 7% 的各向异性体。而建瓯晚三叠世煤的煤级与济源相似，镜质组反射率和双反射也很高，但各向异性体罕见，看来可能与盖层较薄，原始煤级较低有关。

微区分析表明，各向异性体的碳含量高于镜质组，所富集的元素受热源、载热流体组成的影响。例如，豫西无烟煤中各向异性体普遍富含 C1，不少 K、Na 含量较高，这是热液作用的结果而豫西煤田朝川、韩梁等地受基性岩浆接触变质形成的天然焦中镶嵌结构体则富含Ca、Mg、Fe 等元素。

各向异性体的成因复杂，大多是原地萌生的，其中有固相转变的，也有经历中间相的此外，也有气相沉淀的。煤化过程中从富氢镜质组和壳质组中形成的“煤成油”及其他裂解产物，在进一步煤化中，可经过类似碳化时的共碳化作用等方式转变成各向异性体。

发育有各向异性体是区域热变质煤的重要特征。与此同时，在国内外一些低煤化程度煤中也有各向异性体存在，如加拿大的亚烟煤( Goodarzi，1985) 、我国平朔、大同等煤田的长烟煤、气煤，不过各向异性体的数量较少，缺少气相沉淀等类型。而这些煤田的煤通常被认为是深成变质所形成的，对其成因众说纷纭，是有待于进一步深入研究的。

4. 煤中热液矿物、微量元素及同生矿物的热液改造

区域热变质作用发育的地区，除围岩发生不同程度的交代蚀变外，煤中也出现了多种热液矿物。如豫西、建瓯的高变质无烟煤中有黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿以及磷灰石等典型低中温热液矿物组合，脉石矿物有石英、方解石( 多为双晶) 、菱铁矿等，其产状以脉状为主，也有充填显微组分的胞腔和热变气孔的。

在异常的古热流影响下，煤中同生矿物发生了明显的热液改造。同生的黄铁矿微晶和莓粒溶解、活化迁移，重结晶成粗大的自形晶，或连成片状，或充填于裂隙中( 豫西、建瓯) 。陆源石英碎屑溶解，形成自形晶、半自形晶，充填在溶蚀孔、半丝质体胞腔和无结构镜质体的内生裂隙中( 贵州水城) 。

中子活化法微量元素分析表明，区域热变质煤中富集的微量元素，有时反映了由于岩浆热液活动所造成的区域地球化学异常。例如，建瓯煤中钨含量可达 57. 6ppm，超过克拉克值几十倍，极为富集。微区分析证实，钨主要分布于热液矿脉中。以铈族轻稀土为主的稀土元素总量可达 196. 5ppm，也比沉积岩中常见值高。我国东南沿海燕山期岩浆活动频繁，建瓯煤田四周几公里范围内都有燕山期花岗岩的分布。建瓯煤中微量元素的富集与该区由燕山期花岗岩岩浆热液活动所造成的区域性钨、稀土元素异常是一致的。

除上述主要特征外，在一些煤化程度较低、但受过某种程度叠加热场或热液活动影响的煤田煤中，有些显微煤岩特征是值得注意的。如贵州水城的烛藻煤中( 处于气煤阶段) ，沥青质体受热液的影响，热解并微区运移到相邻的均质镜质体的内生裂隙和孔隙以及半丝质体的胞腔中，形成“变渗出沥青体”，其透光色为深棕色，但反射率低于均质镜质体，R0r为0. 265% ，无荧光。浙江长广树皮残植煤中的木栓质体受叠加热场的影响，也形成了充填于无结构镜质体内生裂隙中的“变渗出沥青体”。

二、结语

( 1) 煤变质作用类型是影响煤性质和结构的重要成因因素之一。对区域热变质煤的组成和性质的深入研究，包括对其中各向异性体的组成和性质的研究，将有利于煤炭资源的合理利用和深度加工利用。

( 2) 区域热变质煤具有一系列明显的显微煤岩特征。这是煤中有机质和无机质在特定的地质条件下，受温度、压力、时间及地球化学条件等变质因素影响而形成的。根据对这些特征的定性定量分析，结合地质条件的综合研究，可较为确切地探讨煤变质带分布的原因，预测深部煤质，有助于恢复地区的地热演化史，也有利于研究大地构造发展史。深入研究区域各地质时期变质作用及其类型，对于分析煤成气的形成和赋存，矿井瓦斯的成因亦是有益的。根据有机显微组分热敏性不同，发育各向异性的程度不同，在高变质煤中可藉以判断原有的煤岩显微组成。

本课题得到韩德馨教授的热情指导毛鹤龄、陈中凯、戴纪民、李敏锐同志参加了部分样品的测试、采样、制片工作得到了河南省有关矿务局及煤田地质勘探公司，煤炭第一勘探公司、建瓯煤矿、水城矿务局的大力协助承蒙中国科学院高能所杨绍晋等同志完成了微量元素分析，北京钢铁学院宋海涛等同志完成了扫描电镜观察及微区分析，在此一并致谢!

参 考 文 献

韩德馨、杨起主编，1980，中国煤田地质学( 下册) ，煤炭工业出版社。

Goodarzi，F. ，1985，Optical anisotropic fragments in a Western Canadian subbituminous coal，Fuel，No. 5.

Stach，E. et. al，1982，Stach’s textbook of coal petrology，Gebrüder Borntraeger，Berlin，Stuttgart.

Teichmüller，M. et al. ，1979，lnkohlung and Erdgas in Nordwestdeutschland，Fortschr. Geol. Rheinland u. Westf. ，27，137 ～170.

Бorдaнова，Л. . А. ，1985，Пребразование угле в зонах Tермального возействия интрузий. вк. : А. И . Г инзбург，иН. B. Иванов( peд) ，Углеосные Формации и петрологии углей，115 ～ 112，Недра，Ленинград.

( 本文由任德贻、钟宁宁、肖贤明合著，原载《中国石炭二叠纪含煤地层及地质学术讨论会》论文集，科学出版社，1987)

文章题名：“从煤焦油研制耐热性沥青树脂”

作者：魏兴海,查庆芳,陈荣耀,王红艳,崔桂忱,卫有存

摘要：煤焦油同交联剂苯甲醛在以对甲苯磺酸为催化剂作用下 ,按质子催化阳离子型缩聚反应机理 ,生成具有三芳基甲烷型结构特征 B阶沥青树脂。硬化后得到的 C阶树脂具有优异的耐热性能 ,可与合成树脂中最耐热的聚酰亚胺树脂相媲美 ,且成本低廉 ,并在高温耐热方面优于聚酰亚胺树脂 ,是一种有发展前景的耐高温廉价沥青树脂。

【作者单位】：中国科学院山西煤炭化学研究所!山西太原030001(魏兴海查庆芳陈荣耀王红艳)太原煤炭气化集团有限公司!山西太原030024(崔桂忱卫有存)

【关键词】：煤焦油耐热性沥青树脂

【基金】：中科院山西煤化所与太原煤炭化集团有限公司合作项目

【分类号】：TQ326.8

【DOI】：cnki:SCN:14-1116.0.2000-01-007

【正文快照】：

原料煤焦油是焦化厂的大宗副产物 ,其中沥青占一半以上 ,其它各组分的含量均很低 ,含量在 1 %以上的仅 1 3种 [1 ] ,对各个纯组分的精制分离需复杂的工艺路线 ,并且成本高昂。本工作试图利用煤焦油本身的化学反应性 ,通过外加合适的交联剂和催化剂 ,开辟出一条直接利用煤焦油的新的途径——煤焦油沥青树脂的制备。沥青树脂是一种缩合多环多核芳香族化合物树脂 ,因缩合程度的不同 ,分为 A、B、C三阶 ,A阶室温下为粘稠液体 B阶为脆性固体 ,易溶于有机溶剂 ,加热可融 ,是一种热塑性树脂 B阶树脂进一步缩聚即 C阶树脂 ,成为一种热固性树脂…

全文内容可在cnki、VIP等上下载，或与期刊编辑部联系索要。

另有一篇网上报道，可参考：

题目：沥青树脂的研究开发；关键词：沥青树脂 石油 热固性树脂 渣油利用 合成 所属年份：2003成果类型：应用技术所处阶段：成果体现形式：知识产权形式：项目合作方式：成果完成单位：石油大学（华东）重质油研究所成果摘要：

沥青树脂的研制是炭素技术研究与石油重油加工技术研究相结合的多学科的技术开发。沥青树脂是以FCC油浆、石油渣油等富含芳烃物质为原料，在催化剂作用下，由交联剂分子复杂的连接起来而构成的以多环多核芳香烃分子为基本结构单元的大分子物质。沥青树脂是新型的、具有多种用途的热固型、功能性材料。它在炭素材料、耐热性树脂材料、抗摩擦材料、密封材料、高分子磁性材料以及航空、航天材料等领域都有广泛的用途。80年代末日本的大谷衫郎教授为解决沥青纤维加热时容易熔化的问题，开始探索用容易控制的化学过程来代替不容易控制的热反应，着手开展了沥青树脂的开发工作。沥青树脂的类似产品国外仅有日本生产的SK树脂，SK树脂价格昂贵，生产原料要求苛刻。国内对沥青树脂的研究尚处于起步阶段，仅有少数研究机构进行了实验室研究，而已报道的工作都以纯理论研究为主要内容，多数是以纯芳烃化合物为原料的沥青树脂的合成及性能研究。沥青树脂具有多种用途，生产成本低，工业生产原料丰富，性能优越，具有市场竞争力。沥青树脂在耐热性材料、炭素材料粘结剂、防腐涂料改质剂等方面都有广泛的应用，因此，极有必要开展以实际工业生产为目的的合成沥青树脂的开发。沥青树脂的基本分子结构单元是缩合多环多核芳香烃大分子。石油系原料含有大量的稠环芳烃，利用它们合成沥青树脂，原料充足，工艺灵活，具有行业优势。但直接利用石油系原料合成沥青树脂，反应复杂、影响因素多，产品性能不确定。所以，沥青树脂的开发需要深入、系统、细致的研究。通过对原料进行予处理、筛选适宜的交联剂、工艺过程优化等手段，可以制得所需特殊性能的沥青树脂产品，这正是沥青树脂研究开发的原因所在。总体思路以分子模拟科学为基础结合炭材料科学研究的新进展，通过反应途径设计、优化合成工艺条件，选用不同的原料研制出性能优良的沥青树脂产品，并进行后继工业应用的探索。拟从基础理论研究、实验研究技术以及工业实际应用等方面，加以突破。研究过程为以典型纯芳烃化合物为原料合成沥青树脂，探索反应步骤、机理，建立反应模型及理论。并在此研究基础上，探索利用FCC油浆、石油渣油为原料合成沥青树脂工业产品的可行性，对产品的性能进行测试，考察作为各种功能材料的应用效果等。技术方案如下：(1)以典型纯芳烃原料和交联剂、催化剂合成反应，探讨反应步骤、机理，确定工艺条件合成沥青树脂的原料组成复杂，其中除含有芳烃以外，还含有脂肪烃等不利合成反应的物质，且它们的分子结构各异，很难确定。因此，对反应的干扰因素多，直接考察合成沥青树脂的反应机理并不容易。需要先从简单、典型的分子结构的纯芳烃为原料的合成沥青树脂入手，对原料、中间产物及最终产物的分子结构进行剖析，确定简单芳烃合成沥青树脂的机理、反应模型等为下一步研究工作打下基础。采用的主要研究芳烃原料有萘、菲、蒽、芘等，主要考察分子中电子云密度、芳环位阻、分子量分布、组成均匀性等对合成反应和最终产物结构、性能的影响。(2)采用FCC油浆、石油渣油等合成沥青树脂产品在确定简单芳烃合成沥青树脂的机理后，考察实际工业原料合成沥青树脂成为首要研究任务，只有实现了利用实际工业原料合成工业产品，该工作才体现出实际意义。利用FCC油浆合成沥青树脂是此阶段工作的第一步，由于FCC油浆的组成与重质渣油相比，相对简单，且其中含有大量2-3环芳烃，化学反应性较高。因此，合成沥青树脂较容易。第二步工作是利用石油渣油合成沥青树脂。该阶段工作包括原料的筛选、预处理、工艺路线的确定以及合成工艺条件的优化等。(3)合成易石墨化的沥青树脂作为活性炭成型用粘结剂，探索最佳沥青树脂粘结剂的分子构型沥青树脂作为粘结剂是具有实际意义的研究工作，如在活性炭的成型中，需要特殊的粘结剂，而此类粘结剂开发国内并无报道。为满足粘结剂的要求，沥青树脂的分子结构需在合成工艺过程中，加以调整控制，使之将来在炭化过程中既要满足粘结成型的需要而又不会影响活性炭的质量。主要手段为对原料进行溶剂萃取，提高合成反应温度，使沥青树脂在具有良好的流变性、粘结性同时还具有高残炭率。(4)沥青树脂的耐热性研究沥青树脂的优异性能之一是其耐热性，......。

煤的物理性质是煤的一定化学组成和分子结构的外部表现。它是由成煤的原始物质及其聚积条件、转化过程、煤化

程度和风、氧化程度等因素所决定。包括颜色、光泽、粉色、比重和容重、硬度、脆度、断口及导电性等。其中，除了比重

和导电性需要在实验室测定外，其他根据肉眼观察就可以确定。煤的物理性质可以作为初步评价煤质的依据，并用以研究煤

的成因、变质机理和解决煤层对比等地质问题。

1.颜色

是指新鲜煤表面的自然色彩，是煤对不同波长的光波吸收的结果。呈褐色—黑色，一般随煤化程度的提高而逐渐加深。

2.光泽

是指煤的表面在普通光下的反光能力。一般呈沥青、玻璃和金刚光泽。煤化程度越高，光泽越强；矿物质含量越多，光

泽越暗；风、氧化程度越深，光泽越暗，直到完全消失。

3.粉色

指将煤砚成粉末的颜色或煤在抹上釉的瓷板上刻划时留下的痕迹，所以又称为条痕色。呈浅棕色—黑色。一般是煤化程

度越高，粉色越深。

4.比重和容重

煤的比重又称煤的密度，它是不包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重又称

煤的体重或假比重，它是包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重是计算煤层储量

的重要指标。褐煤的容重一般为1.05～1.2，烟煤为1.2～1.4，无烟煤变化范围较大，可由1.35～1.8。煤岩组成、煤化程

度、煤中矿物质的成分和含量是影响比重和容重的主要因素。在矿物质含量相同的情况下，煤的比重随煤化程度的加深而增

大。

5.硬度

是指煤抵抗外来机械作用的能力。根据外来机械力作用方式的不同，可进一步将煤的硬度分为刻划硬度、压痕硬度和抗

磨硬度三类。煤的硬度与煤化程度有关，褐煤和焦煤的硬度最小，约2～2.5；无烟煤的硬度最大，接近4。

6.脆度

是煤受外力作用而破碎的程度。成煤的原始物质、煤岩成分、煤化程度等都对煤的脆度有影响。在不同变质程度的煤

中，长焰煤和气煤的脆度较小，肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大，无烟煤的脆度最小。

7.断口

是指煤受外力打击后形成的断面的形状。在煤中常见的断口有贝壳状断口、参差状断口等。煤的原始物质组成和煤化程

度不同，断口形状各异。

8.导电性

指煤传导电流的能力，通常以电阻率表示。煤的导电性与煤化程度密切相关。褐煤由于孔隙度大而电阻率低；烟煤是不

良导体，由褐煤向烟煤过渡时，电阻率剧增；但瘦煤阶段电阻率又开始降低，无烟煤阶段急剧降低，因而无烟煤具有良好的

导电性。一般烟煤的电阻率随灰分的增高而降低，而无烟煤则相反，随灰分增高而增高，若煤层中含有大量黄铁矿时，也会

使无烟煤电阻率降低。各种煤岩组分中，镜煤的电阻率比丝煤高。氧化煤的电阻率明显下降。

影响的因素有：

煤炭是千百万年来植物的枝叶和根茎，在地面上堆积而成的一层极厚的黑色的腐植质，由于地壳的变动不断地埋入地下，长期与空气隔绝，并在高温高压下，经过一系列复杂的物理化学变化等因素，形成的黑色可然化石，这就是煤炭的形成过程

一座煤矿的煤层厚薄与这地区的地壳下降速度及植物遗骸堆积的多少有关。地壳下降的速度快，植物遗骸堆积得厚，这座煤矿的煤层就厚，反之，地壳下降的速度缓慢，植物遗骸堆积的薄，这座煤矿的煤层就薄。又由于地壳的构造运动使原来水平的煤层发生褶皱和断裂，有一些煤层埋到地下更深的地方，有的又被排挤到地表，甚至露出地面，比较容易被人们发现。还有一些煤层相对比较薄，而且面积也不大，所以没有开采价值，有关煤炭的形成至今尚未找到更新的说法。

煤炭是这样形成的吗？有些论述是否应当进一步加以研究和探讨。一座大的煤矿，煤层很厚，煤质很优，但总的来说它的面积并不算很大。如果是千百万年植物的枝叶和根茎自然椎积而成的，它的面积应当是很大的。因为在远古时期地球上到处都是森林和草原，因此，地下也应当到处有储存煤炭的痕迹；煤层也不一定很厚，因为植物的枝叶、根茎腐烂变成腐植质，又会被植物吸收，如此反复，最终被埋入地下时也不会那么集中，土层与煤层的界限也不会划分得那么清楚。

但是，无可否认的事实和依据，煤炭千真万确是植物的残骸经过一系统的演变形成的，这是颠簸不破的真理，只要仔细观察一下煤块，就可以看到有植物的叶和根茎的痕迹；如果把煤切成薄片放到显微镜下观察，就能发现非常清楚的植物组织和构造，而且有时在煤层里还保存着像树干一类的东西，有的煤层里还包裹着完整的昆虫化石。值得探讨的是它为何形成得如此集中，而且又是那么如此的优质呢？

记得上小学的时候，我家住在离城不远的乡村，每当盛夏雨季来临时，一场暴雨过后，村子中央就会出现一条湍急的“小溪流”，我们许多小朋友就会跑到那里面去嬉戏，那小溪流也会因暴雨停止时间的延长，而变得越来越小，最后干涸。但在没有断流之前你会发现，很多水流处却被冲下来的木棍儿、杂草等漂浮物堵塞，形成一个个小的水坎儿。为了能让水流通畅，我们不时地把那些小水坎扒开，有的时候也会借此筑起一道小溪上的“堤坝”。既便是现在居住在城里，一场暴雨过后，街道上很多地方也会出现各种各样的漂浮物截住了水流，堵塞了下水道口，而且很多漂浮物又被集中地滞留在一个地方的现象。

小巫见大巫，由此我们便可以推断出煤炭的形成可能与洪水有直接关系。如果没有洪水那样强大的力量和搬运的功能，煤炭的形成绝对不会那么集中，也不会那么优质。

我们可以设想一下，在千百万年前的地质历史期间，由于气候条件非常适宜，地面上生长着繁茂高大的植物，在海滨和内陆沼泽地带，也生长着大量的植物，那时的雨量又是相当的充沛，当百年一遇的洪水或海啸等自然灾害降临时，就会淹没了草原、淹没了大片森林，那里的大小植物就会被连根拨起，漂浮在水面上，植物根须上的泥土也会随之被冲刷得干干净净，这些带着须根和枝杈的大小树木及草类植物也会相互攀缠在一起，顺流漂浮而下，一旦被冲到浅滩、湾叉就会搁浅，它们就会在那里安家落户，并且象筛子一样把所有的漂浮物筛选在那里，很快这里就会形成一道屏障，并且这个地方还会是下次洪水堆积植物残骸（也会有许多动物的残骸）的地方。当洪水消退后，这里就会形成一道逶迤的堆积植物残骸的丘岭，再经过长期的地质变化，这座植物残骸的丘岭就会逐渐地埋入地下，最后演变成今天的煤矿。

那么也许有人会问，1998年中国遭受的一场罕见的水灾，为何没有出现这样的情况呢？我认为，那是因为中国目前的森林覆盖率很低，而且有森林的地方多在高海拔地区，在平原到处是粮田，几乎到了没有什么森林可淹的境地，只不过是淹没了一些农田的防护林，并且农田防护林的树木很稀少，而且树木的根须又十分的发达，抓地抓得十分牢固，短时间的浸泡、冲击不会造成多大危害。而森林中的树木就不同了，很多树木都挤在一起生活，它们为了吸食太阳的能量，拼命地往上长，根须并不发达，一旦一处树木被洪水连根拨起，就会连带成片的树木被洪水毁掉，就如同放木排一样，顺流漂浮而下，势不可挡，最后全部堆积在一个地方。

另外，由于人类对大自然认识的增强，抵御突发性自然灾害的能力不断提高，兴修水利，筑起坚固的堤坝，加固江堤、河堤，大大地减缓了凶猛洪水的冲击力，泛滥的现象少了，甚至乖乖地听从人类的召唤，并把凶猛的洪水变成了电能、动能、热能，造福于人类，服务于人类社会。

不仅洪水有搬运动植物这样的能力，而且潮汐、台风、海啸也具备这样的能力。由于地震、火山喷发等因素引起的海啸，可以使海浪掀起三、四十米还高，并且在顷刻之间把一个岛屿上的动植物扫荡一空；把海岸线附近的一切生物全部洗劫。

再者，地球表面上的物质不可能永久的一成不变地等待着地球进行沉降运动的，而且地球表面上的物质是在不断地循环流动着的。因此，“水灾说”是使煤炭形成得如此集中、优质，还是有一定的道理的，是有说服力的，也是能够令人信服的。

发展煤的意义：

我国一次能源中石油、天然气的供需矛盾日益突出。10 年前中国进口石油占整体石油需求的比例才6%，现在已经提高到1/3，到2020 年预期将有60%的石油都必须来自进口，预计未来十几年，中国天然气需求将呈高速增长，平均增速将达11%～13%,2010 年需求缺口在20%左右,到2020 年，天然气需求缺口在50%左右。石油、天然气如此依赖进口势必影响我国经济的持续发展和国家的经济安全,由于石油资源的短缺和石油进口量的增加,以煤为原料发展化学工业,以及由煤制取燃料油工业必须作为重要的课题对待。因此21 世纪的煤炭利用必将以洁净煤技术为先导,充分利用化学这一物质相互交换的手段来建立起既环境友好又综合发展、高效益的新一代煤炭、能源、化工为一体的综合型企业。

针对煤炭地质勘查研究存在的问题，可以看出，我国煤炭地质勘查虽然研究成果较多，但是由于手段多样化、技术的差异性、区域地质条件不均性以及实际操作的差别造成了以上存在的几个问题，综合分析来看，我国煤炭地质勘查技术与方法仍需加强以下几个研究方向：

1.煤炭地质勘查阶段划分研究需要重新厘定

我国现行的勘查阶段划分仍然沿袭前苏联的四分法。但是，从目前情况看，勘探阶段对矿井地质条件的查明程度与安全高效矿井建设的需求依然有很大差距，难以满足市场经济条件下煤炭工业建设规划需要。实际上，煤炭地质勘查是为矿井建设和生产服务的，勘查技术主要进展、矿井开采地质条件综合勘探效果更多的体现在矿井生产实践验证中。因此，包括建井和生产阶段的补充勘探是勘查工作的继续，无疑属于煤炭地质勘查范畴。建议将煤炭地质勘查工作划分为5个阶段，制定补充勘探阶段的工作程度、技术标准，并将其纳入重新修订的煤炭地质勘查规范中去。

《煤、泥炭地质勘查规范》中，要求煤炭地质勘查遵循以煤为主、综合勘查、综合评价的原则。但是，在煤炭资源地质勘查手段、工程量布置和控制程度等方面上，均是以钻探手段为主要依据，按照几类（针对构造复杂程度）几型（指煤层稳定程度）确定勘探类型，对最终阶段即勘探（精查）阶段的要求也仅是“详细查明先期开采地段内落差等于和大于30m的断层、详细查明初期采区内落差等于和大于20m（地层倾角平缓、构造简单、地震地质条件好的地区为15～10m）的断层”。

深部煤炭资源的赋存条件，一般情况下要比浅部复杂；新建矿井多为高产、高效矿井，综合机械化生产对煤矿地质工作提出了更高要求，包括查明断距3～5m的断层、幅度5m左右的褶曲、陷落柱和采空区的空间分布等。因此，现行规范对于深部煤炭资源地质勘查的手段比较单一、勘查精度要求整体偏低。

如何提高勘查精度，从规范上提高精度要求，成为当代煤炭勘查工作解决的前沿问题。

2.加快煤炭空白区勘查，满足优质煤炭基地建设和矿井生产接替需要

我国西部煤炭地质勘查空白区相对于东部较多，其勘查程度低，开发工作滞后，经济可采储量严重不足，具有重要的勘查潜力。因此，煤炭地质勘查要以新的成矿理论为指导，采用先进的勘查技术手段和设备，对该类型地区进行研究，及时准确地发现新的煤炭资源，为国家经济安全发展提供新型能源基地。

3.加大深部煤矿床精细勘探技术研究

由于勘查程度低，对深部煤炭资源赋存状况和地质条件掌握程度差。从已进入深部生产的矿井看，随着采煤深度增加，高水压、高地温、高地压、高瓦斯问题日趋严重，地质构造愈来愈复杂。未来深部矿井均是高产高效矿井，为开发利用深部煤炭资源，将开发风险降低到最低限度，必须掌握煤矿区、矿井、尤其是采区、工作面的地质条件。为此，以物探方法为先导，配合基础地质勘查手段，结合其他勘探手段，提高深部煤岩层精细构造和灾害源探测能力与精度。

4.加快资源勘查、矿井建设、煤气安全开采一体化和环境保护四位一体化研究步伐

煤炭地质勘查是煤气共采的基础。煤田勘查坚持统筹规划、协调开发的原则，从普查阶段开始就将煤层气勘查评价与煤勘查有机结合起来，统一部署、同时设计、同时组织施工，进行一体化勘探、综合评价。对煤层气有利区块开展试井和小井网勘探。煤炭科学研究总院西安研究院研发的地面钻孔煤层绳索取心装备和煤层气含量快速测定技术，大大降低了逸散气的体积，通过实验室适当加温和连续解吸，以提高煤层气解吸速率，在几小时至几天内可以获得煤层气含量。与自然解吸法相比，其结果准确率超过90％。同时，煤炭科学研究总院西安研究院根据我国煤田地质条件和储层物性特征，对从美国引进的煤层气注入/降压试井设备进行改进，配合无污染钻井液，减少了试井工程对储层的伤害，提高了煤层原位瓦斯含量、成分、储层压力、渗透率和原地应力的测试精度。借助自主研发的开放式煤层气试井软件，实现了煤层气工程设计、数据处理、结果分析、报告生成的自动化。

5.与煤伴生的微量元素勘查研究

20世纪50～70年代，煤地质工作者对与煤伴生的U、Ge、Ga等有用元素进行过调查。80年代以来，随着人们对资源开发中环境保护问题的日益重视，查明煤中有害元素种类、含量及分布特点，研究它们的地球化学特性等成为煤炭地质勘查的重要任务之一。赵峰华根据环境质量标准确定了22种与环境密切相关的、需要特别关注的元素，并通过燃煤产物淋滤实验研究了它们的赋存机制。煤炭科学研究总院煤化工研究院对我国不同时代、不同地区的441个煤矿1018个煤样进行了31种微量元素抽样调查，全面地展示了大中型煤矿高硫煤中微量元素分布的基本特征。窦廷焕等研究了东胜－神府煤田16个精查矿井中有害微量元素时空分布，并评价了其环境意义。中国煤田地质总局、原地矿部等一些单位相继完成了全国主要煤矿区煤的物质组成、元素组成、微量元素时空分布规律、赋存状态、富集因素和成因类型调研工作。2000～2003年，中国煤田地质总局与中国矿业大学合作，将煤岩学、煤化学和微量元素地球化学理论与洁净煤技术有机结合起来，开展了中国洁净煤地质研究。通过煤矿开采和煤加工、洗选、燃烧试验，筛分出煤中11种潜在有毒有害元素作为环境评价指标，得出了它们在煤中的危险丰度；研究了潜在有害元素，特别是As和Hg在煤炭资源开发利用全过程中的迁移、富集、转化、再分配，及其对环境与人类健康的影响，为优化洁净煤技术，改善环境质量提供了科学依据。同时，与煤伴生的有益元素成因与成矿机理研究取得较大进展。代世峰等总结了华北和黔西若干煤中微量元素地球化学特征，研究了铂族元素丰度、配分模式及来源。代世峰还研究了内蒙古乌干达煤矿9＃煤层黄铁矿杆状菌落，指出菌藻类等低等生物对Cu、Ni、Zn元素富集有重要贡献。李宏涛等采用多种分析方法，发现东胜煤田砂岩型铀矿床中磁铁矿－黄铁矿－方解石间具有成因联系，认为球状次生磁铁矿是烃类和微生物共同作用的结果，对本区铀矿和油气勘探具有重要的启发作用。樊爱萍等将煤盆地演化与成矿作用结合起来，指出东胜煤田砂岩物性受成岩过程和成岩环境控制，氧化－还原、酸性－碱性过渡带有利于铀元素在直罗组砂岩中富集成矿，这与周巧生等、杨殿忠等对吐哈盆地与侏罗纪煤有关的砂岩型铀矿床成矿作用的研究结论相似。

6.物探手段探测能力和精度急待提高

高产高效矿井建设是以丰富的资源优势、可靠的开采地质条件和先进的采煤设备为前提。随着煤矿生产机械化、集中化水平的提高，生产能力与规模的不断扩大，矿井生产对地质条件的查明程度提出了更新更高的要求。因此，无论是深部资源勘查还是浅部生产矿井补充勘探，精细查明影响矿井生产的主要地质因素是解决采掘方式与地质条件之间彼此适应的问题。据不完全统计，浅部勘探即使地震地质条件适合，三维地震勘探解释H（落差）>10m脆性断层的验证准确率达90％以上，H＝5～10m脆性断层的验证准确率为75％～80％，H＝3～5m断层的验证准确率仅30％～40％。对于地震条件复杂的地区，探采对比准确率更低。层滑断层和H≤3m的脆性断层基本上属于三维地震勘探的盲区。因此，三维地震技术对构造的探测精度和可靠性不能完全满足现代化矿井生产的要求。

杨焦生 王一兵 王宪花 陈艳鹏 王 勃

( 中石油廊坊分院 河北廊坊 065007)

摘 要: 长期导流能力评价实验可以反映油气藏条件下裂缝真实的导流能力，为压裂设计和施工提供可靠参考。运用 FCES －100 长期裂缝导流仪，测试了不同条件下煤岩水力裂缝的长期导流能力，并分析了嵌入、煤粉、胍胶液残渣及复杂裂缝等因素对导流能力的影响。测试结果表明，煤岩强度低，嵌入伤害严重，在较低的闭合应力 ( 15 MPa) 下就表现明显的伤害，而砂岩当闭合压力大于 25 MPa 时，嵌入伤害才比较明显煤粉为疏水性，易聚集堵塞裂缝，大大降低导流能力。为克服嵌入和煤粉的伤害，施工中可采取增加铺砂浓度、加大支撑剂粒径、加入分散剂悬浮煤粉等方法。胍胶压裂液由于破胶难，残渣对裂缝渗透率伤害高达70% ～80%，可使导流能力下降30% ～50%，应加强对超低温破胶技术的研究裂缝形态对导流能力也有很大的影响，复杂裂缝与单一裂缝相比，等效导流能力降低。研究成果对煤层压裂材料优选、现场施工控制及压后产能评价具有积极的指导意义。

关键词: 长期导流能力 煤粉 支撑剂 裂缝形态 压裂液残渣

基金项目: 国家 973 课题 “提高煤层气开采效率的储层改造基础研究”( 2009CB219607) 资助。

作者简介: 杨焦生，男，工程师，中国石油勘探开发研究院廊坊分院工作，从事煤层气开发及增产措施研究。地址: 河北省廊坊市万庄石油分院 44#信箱煤层气所，邮编: 065007电话: 13513014216。E mail: yangjiaosheng@ 126. com

Experimental Study and Influence Factors Analysis on Long- term Conductivity of Hydraulic Fractures in Coal Seams

YANG Jiaosheng WANG Yibing WANG Xianhua CHEN Yanpeng WANG Bo

( Langfang Branch，Research Institute of Petroleum Exploration and Development， PetroChina，Langfang 065007，China)

Abstract: The long-term conductivity of hydraulic fractures under different situation in medium-and high-rank coal bed are tested by using FCES-100 fracture long-term flow conductometer. The influence of proppant embed- ment，coal powder，guar gum residue and complex fractures to conductivity are also analyzed. Experiment results show that proppant embedment can cause seriously damage to conductivity for low-intensity of coalbed. Under low closure stress ( <15 MPa) ，the damage in coal seam displays obviously，however，for sand only when closure stress was higher than 25 MPa，the damage can be observed. Moreover，coal powder is hydrophobic and is in- clined to gather to chink fracture，decreasing conductivity sharply. Increasing the sand concentration，enlarging the proppant diameter and adding dispersant into the fracturing fluid appropriately can decrease the damage caused by proppant embedment and coal powder. According to test results，for gelout's difficulty，mass guar gum residue in hydraulic fracture can reduce permeability by 70-80% ，and conductivity decrease by 30-50% . So it is necessa- ry to strengthen the research on gelout technology under ultra-low temperature. Fracture morphology also plays an important role on the conductivity. Related to single fractures，complex fractures’equivalent conductivity is lower usually. This paper’ s outcomes are beneficial to fracturing materials optimization，field treatment controlling and productivity evaluation post fracturing.

Keywords: long-term conductivitycoal powderproppantfracture morphologyguar gum residue

煤储层渗透率很低，一般都小于1mD，压裂裂缝导流能力对压后产气效果影响很大，是实现压后高产的基础。与常规砂岩地层相比，煤储层埋藏浅、弹性模量低、强度低、天然割理及裂缝发育(琚宜文等，2005申卫兵等，2000)，压裂过程中多形成复杂裂缝，支撑剂嵌入严重，产生大量煤粉堵塞裂缝，裂缝长期导流能力变化具有自身特点(邹雨时等，2011郭建春等，2008王春鹏等，2006)，其评价方法和内容不能简单照搬砂岩地层中裂缝导流能力的评价，而应该具有特殊性。本文针对这些问题采用实验室长期导流能力评价方法，系统研究了煤岩压裂裂缝导流能力的影响因素及其作用机理，并形成了一套适合煤储层的裂缝导流能力评价方法。

1 实验原理和设备

实验使用的是美国Core.Lab公司生产的FCES.100裂缝导流仪，使用API标准导流室，并严格按照API的程序操作，实验原理主要是达西定律，支撑剂导流能力计算公式可以表达为下面形式:

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

式中:kWf为充填裂缝导流能力，dc·cmQ为裂缝内流量，cm3/minμ为流体粘度，mPa·sΔp为测试段两端的压力差，atm。

因此，实验中只需测得压差及流量即可求得支撑剂的导流能力。图1为API支撑剂导流室解剖图，可以模拟地层条件，对不同类型支撑剂进行短期或长期导流能力评价。

2 实验条件和煤样制备

为了真实地反映支撑剂在地下裂缝的实际情况，模拟温度取40℃，选用长期导流能力测试，每个测试压力点都测量50小时，闭合压力分别为10，15，20，25和30MPa。支撑剂选用现在普遍采用的石英砂(兰州砂)，选择20/40目和10/20目两种进行试验。实验中的流体选择为2%KCl水溶液和胍胶液，流体速度2～5ml/min。实验使用晋城(高煤阶)和韩城(中煤阶)两地的天然煤岩，实验试件的尺寸为长17.7cm，宽3.8cm，厚1～2cm，端部成半圆形(图2)。

3 实验方法

在导流室中夹持煤片模拟煤层裂缝，将实验流体以稳定的流速通过两片煤板之间的支撑剂填充层，逐渐增大闭合压力得到裂缝导流能力随闭合压力变化的曲线。通过改变煤岩类型、煤粉浓度、铺砂浓度、胍胶液浓度和用量、支撑剂粒径及组合、裂缝形态等实验条件得出不同闭合压力与导流能力的关系曲线，然后将不同的曲线进行比较分析，评价不同因素对煤岩裂缝导流能力的影响。

图1 API支撑剂导流室解剖图

图2 不同煤阶煤岩板

4 实验结果与分析

4.1 支撑剂嵌入及煤粉对导流能力的影响

(1)支撑剂嵌入影响

实验选用20/40目兰州砂，铺砂浓度分别为5kg/m2和10kg/m2，用钢板、砂岩和煤岩板(高、中煤阶两种)分别进行实验，实验结果见图3，4。

图3 钢板、砂岩、煤岩导流能力对比图(铺砂浓度5kg/m2)

图4 钢板与煤岩导流能力对比图(铺砂浓度10kg/m2)

可以看出，使用钢板(无嵌入)测得的导流能力明显大于使用煤岩测得的导流能力，说明支撑剂在煤岩中的嵌入伤害程度很大。实验证实煤层嵌入比砂岩严重，在闭合压力大于10～15MPa时，导流能力就急剧降低，而砂岩闭合压力大于20～25MPa时才下降较快。

由于中煤阶煤岩的强度更低，同样条件下，中煤阶嵌入伤害更严重，中煤阶明显嵌入时的闭合压力比高煤阶更低，嵌入程度约为高煤阶的1.5倍，造成导流能力下降幅度更大。嵌入伤害越严重，裂缝壁面嵌入部分产生的煤粉碎屑越多，对支撑裂缝内的流体流动阻碍更大，使得导流能力进一步下降。

(2)煤粉产出对导流能力的影响

实验选用20/40目石英砂，采用10kg/m2铺砂浓度，分别混入2%和5%的煤粉(100目)，采用高阶煤煤岩片进行实验，实验结果见图5。

由图5可以看出，煤粉对裂缝导流能力伤害很大，随着闭合压力的增大，煤粉浓度的增高，导流能力迅速下降。闭合压力10～30MPa，2%煤粉可以使导流能力下降10%～35%，5%煤粉可使导流下降20%～60%。煤粉是疏水性的，不易分散于水或水基压裂液，从而极易聚集起来阻塞裂缝孔隙喉道，随着时间的延长，煤粉微粒不断运移，可以使得堵塞更为严重。如在压裂液中加入润湿剂和分散剂则能使煤粉由疏水性转为亲水性，有助于分散与悬浮煤粉于压裂液中，阻止煤粉的聚集，有利于煤粉的返排。如图6显示，加入两种不同分散剂FSJ01，FSJ02后裂缝导流能力有所改善。

图5 不同煤粉浓度下导流能力对比图

图6 加入分散剂对导流能力的影响结果(铺砂浓度5kg/m2)

4.2 支撑剂粒径对导流能力的影响

实验应用晋城高阶煤岩，选择10/20目和20/40目两种粒径支撑剂按照不同比例(1∶1，1∶2，1∶3)混合，测试其导流能力变化，铺砂浓度为10kg/m2。

由图7可以看出，当闭合压力低于20MPa时，单一粒径10/20目的石英砂的导流能力比20/40目的大30～50%，且大粒径支撑剂所占比例越大，其导流能力也越大。而当闭合压力高于20MPa时，各比例组合导流能力相差不大。因此，压裂施工过程中，考虑造缝和携砂效果，前期应用较小粒径支撑剂(20/40目)，低排量施工，可较好支撑多裂缝的支缝系统，使裂缝延伸更长后期尾追较大粒径支撑剂(10/20目)提高近井地带的导流能力。

图7 不同粒径支撑剂组合导流能力对比图

4.3 铺砂浓度对导流能力的影响

实验选用20/40目兰州砂，分别选取5kg/m2和10kg/m2两种铺砂浓度进行实验，实验结果见图8。

图8 不同煤岩、不同铺砂浓度导流能力对比图

由图8可知，无论何种煤阶煤岩，提高支撑剂的铺砂浓度导流能力都有明显的提高，铺砂浓度从5kg/m2提高到10kg/m2，支撑剂的导流能力可以提高50%～100%。而低铺砂浓度下一旦发生嵌入现象，其影响要比高铺砂浓度大。闭合压力越大，铺砂浓度越低，地层岩石越软，嵌入越严重。因此，较软的中阶煤层中为了降低嵌入和煤粉对导流能力的伤害，施工过程中应该增大砂比，提高填充裂缝的铺砂浓度显得更为必要。因此为了提高支撑裂缝的导流能力可在施工条件许可的条件内适当增加支撑剂的铺砂浓度。

4.4 压裂液残渣对导流能力的影响

煤层温度低，胍胶压裂液破胶难，造成残渣吸附在煤基质或堵赛支撑剂孔隙，导致基质、裂缝内渗透率下降，导流能力减小，因此这一部分主要考察压裂残渣对支撑剂导流能力的影响。在这里选用20/40目石英砂，10kg/m2铺砂浓度，煤样为晋城高煤阶，分别做了不加压裂液、加入浓度0.4%的150ml胍胶液、加入浓度0.5%的150ml胍胶液和浓度0.5%的100ml胍胶液情况下的导流能力测试，评价胍胶压裂液导流能力的伤害，并进行对比分析，如图9。

图9 压裂液残渣伤害综合对比图

压裂液残渣的伤害，导致了支撑剂导流能力明显的降低，不同的闭合压力下及伤害程度平均在30%以上。相同闭合压力下，同一样品注入瓜胶压裂液越多，浓度越高，导流能力伤害越大，0.5%的瓜胶液比相同量的0.4%瓜胶压裂液导流能力下降10%以上，0.5%的150ml胍胶量比0.5%的100ml量导流能力降低20%。

因此煤层压裂液体系在选用冻胶时，需要充分研究其在煤层低温条件下的高效破胶技术，同时也可以尝试加入化学物质来降解、氧化冻胶残渣，减少残渣对水力裂缝的堵塞，从而达到增加裂缝渗透性，提高单井产量的目的。

4.5 复杂裂缝对导流能力的影响

为了描述煤层水力压裂中形成的“T”形、“I”形等复杂裂缝对导流能力的影响，本次实验中模拟研究多条裂缝(两条)导流能力的变化情况。实验选用20/40目兰州砂，将一定量的石英砂平均分成两份，分别充填于两条相邻裂缝内(铺砂浓度5kg/m2)，测试其综合导流能力，并与单一支撑裂缝(铺砂量与两条裂缝相同，铺砂浓度10kg/m2)的导流能力进行对比，如图10所示。

图11实验结果显示，等量的支撑剂，多条(两条)裂缝的导流能力小于单一裂缝的导流能力，平均可以降低14.6%。主要是由于裂缝条数的增多，造成支撑剂较为分散，铺砂浓度降低，增加支撑剂嵌入和煤粉堵塞另一方面，缝间流体流动发生转向，产生附加渗流阻力，压裂后的煤岩裂缝形态和表面极其不规则，这种渗流阻力会更大，致使导流能力进一步降低。由于煤岩强度差异，裂缝形态对中阶煤岩的导流能力影响程度更大，闭合压力为20MPa时，中煤阶煤岩导流能力降低17.6%，高煤阶煤岩降低12.8%。

图10 复杂支撑裂缝(浓度5kg/m2)和单一支撑裂缝(浓度10kg/m2)示意图

图11 不同裂缝形态下的导流能力对比图

5 结论

(1)煤岩强度低，支撑剂嵌入造成的导流能力伤害非常严重(伤害率50%以上)。煤层嵌入比砂岩严重，在闭合压力大于10～15MPa时，导流能力就急剧降低，而砂岩闭合压力大于20～25MPa时导流能力明显下降。中煤阶嵌入伤害更严重，中煤阶明显嵌入时的闭合压力比高煤阶更低，嵌入程度约为高煤阶的1.5倍，

(2)闭合压力10～30MPa，2%的煤粉可以使导流能力下降13.1%～34.9%，5%煤粉可下降19.7%～53.2%，在压裂液中加入分散剂可以使煤粉不易聚集，有利于返排，降低伤害。

(3)提高支撑剂的铺砂浓度和增大支撑剂的粒径可以明显提高裂缝的导流能力，地层闭合压力增大时应相应增加铺砂浓度，在软煤层中显得尤为必要。

(4)压裂液残渣伤害对支撑剂导流能力有很大影响，由于压裂液残渣的伤害，导致了支撑剂导流能力下降了30%左右，而降低压裂液的用量或减小压裂液的胍胶浓度都可以减小残渣伤害的影响，提高支撑剂的导流能力。

(5)同等量的支撑剂，复杂裂缝的导流能力小于单一裂缝的导流能力。与高阶煤岩相比，裂缝形态对中阶煤岩的导流能力影响程度更大。闭合压力为20MPa时，中煤阶煤岩导流能力降低17.6%，高煤阶煤岩降低12.8%。

参考文献

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