Depleted petroleum reservoirs reinjection and storage technical thinking of highly-mineralized mine water in Ningdong Coalfield
-
摘要:
宁东煤田地处我国西北干旱−半干旱区,是我国批准建设的14个亿吨级大型煤炭基地之一,目前存在高矿化度矿井水量大、处理技术成熟但成本高、综合利用率低等问题。为实现宁东煤田高矿化度矿井水的低成本资源化回注存储和水文生态环境保护,结合宁东煤田13座煤矿矿井水矿化度高的典型特征,因地制宜地提出在煤油资源重叠区,利用枯竭油层回注存储高矿化度矿井水这种宝贵的非常规水资源的技术思路,即利用枯竭油层孔−裂隙双重结构中储水空间、油田关停初期地层压力亏空和废弃油井/注水井低成本处置高矿化度矿井水经资源化利用后的余量水;系统阐述枯竭油层选择、回注工艺、储水潜力、预处理水质要求和环境的可行性;凝练出基础理论、法律法规政策和实时监测监管的研究展望。结果表明,提出的枯竭油层回注存储技术具有可行性,可实现宁东煤田高矿化度矿井水的低成本资源化处置,“如何精细刻画注水渗流过程”是回注处置技术瓶颈问题,科学实质是高矿化度矿井水−砂岩耦合化学作用下孔裂隙介尺度的枯竭油层注水渗流演化机理。同时,相关法律法规政策和实时监测监管方面亟需完善,以保障枯竭油层回注存储技术的顺利实施。研究旨在为高矿化度矿井水资源化回注存储提供新思路,为煤油气资源开发中二次水资源保护提供参考。
Abstract:The Ningdong Coalfield is located in the arid and semi-arid region of northwest China, which is one of the 14 approved large-scale coal bases with a reserve of over 100 million tons in China. Currently, it faces challenges such as a large volume of highly-mineralized mine water, mature but costly treatment technology, and a low comprehensive utilization rate. To achieve the low-cost efficient reinjection and storage of highly-mineralized mine water in the Ningdong Coalfield and to protect the hydrological and ecological environment, this study, based on the typical characteristics of high mineralization in the mine water of 13 coal mines in the Ningdong coalfield, proposes a technical approach for the reinjection and storage of highly-mineralized mine water in depleted petroleum reservoirs in the coal and oil resources overlapping area. This approach utilizes the valuable unconventional water resource by making use of the pore-fracture dual structure and water storage space in the depleted petroleum reservoirs, the initial reservoir pressure vacuum during the shutdown of the oilfield, and the low-cost disposal of highly-mineralized mine water after resource utilization. The study systematically elaborates on the selection of depleted petroleum reservoirs, reinjection processes, water storage potential, pre-treatment water quality requirements, and the feasibility analysis of the environment. It also outlines prospects for fundamental theoretical research, legal regulations, policies, and real-time monitoring and control. The results indicate the feasibility of the proposed reinjection and storage technology in depleted petroleum reservoirs, which can achieve the low-cost efficient treatment of highly-mineralized mine water in the Ningdong Coalfield. “How to finely characterize the water injection seepage process” is identified as a bottleneck issue in the reinjection treatment technology. In essence, it involves the evolution mechanism of water injection and seepage in the pore-fracture scale of the depleted petroleum reservoir under the coupled chemical action of highly-mineralized mine water and sandstone. Furthermore, there is an urgent need for improvement in related legal regulations, policies, and real-time monitoring and control to ensure the smooth implementation of the reinjection and storage technology in depleted petroleum reservoirs. This study aims to provide new insights into efficiently reinjecting and storing highly-mineralized mine water and to offer references for the protection of secondary water resources in the development of coal, oil, and gas resources.
-
0. 引 言
煤体结构对钻井工程质量、储层物性评价、储层压裂改造、煤层气的赋存和产出等都有重要的影响[1-4],加之中国煤盆地复杂的构造运动背景为不同煤体结构的发育奠定了基础,因此,煤体结构的精准判识、分布预测、影响因素分析一直是煤储层研究领域的热点。
煤体结构的准确判识是煤体结构分布预测的基础,逐渐由定性向半定量到定量发展[5-6]。目前,煤体结构的定量表征主要借助地球物理方法(地震和测井)[7-8],地震法由于高成本和低判识精度而应用受限。测井方法能够不间断记录岩石的地球物理响应,具有较好的纵向连续性,且具有一定的径向探测深度,能够很好地反映井周岩石的地质和地球物理属性,加之测井成本低,又是钻、完井以后的必然工序,数据丰富且获取容易[9]。因此,利用测井曲线判识煤体结构被广泛接受。基于测井曲线识别煤体结构的方法很多,有通过测井曲线的形态和幅度进行煤体结构的半定量识别[10-11],但是受其他因素的影响较大,其实用性受到影响。也有借助支持向量机、BP神经网络、XGBoost等机器学习方法划分煤体结构[12-14],但是该类方法的操作过程复杂且判识精度与训练样本有关,影响了其推广应用。还有利用地质强度因子(Geological Strength Index,GSI)量化表征煤体结构,然后建立与测井曲线的关系,进而定量识别煤体结构[15-17]。此类方法基于煤岩宏观观测,并将观测结果关联测井数值统计,操作简单、易行,且判识结果可以参与其他数学表达,大大提高了煤体结构定量化的应用价值。该方法应注意GSI值与多条测井曲线的综合响应,以提高煤体结构的判识精度。
煤体结构是煤岩自身力学强度对外力作用的自适应结果,即煤体结构不仅受自身物质组成、结构的影响,同时受控于构造作用强度及外部应力环境的影响。张俊杰[18]认为煤体结构变化与构造发育程度相关,原生结构煤发育在构造简单的区域,而构造煤则发育在构造复杂的区域。刘博远[19]深入分析了褶皱、断层对煤体结构的影响,认为褶皱是控制煤体结构的主要因素,大断层或密集的小断层与褶皱构造叠加煤体则较为破碎。吴伟等[20]探讨了煤岩成分、褶皱、断层、层滑构造对煤体结构的影响,认为均质镜质体含量越高、褶皱、断层越发育、距离层滑越近,煤体结构越破碎。张珺晔[21]通过对新疆阜康地区八道湾组下段煤层煤体结构的研究,认为煤体结构展布主要受控于沉积特征和构造运动,但以构造控制为主。显然,煤体结构是煤岩成分、沉积、构造等多因素综合作用的结果,而以往的研究侧重于构造类型、构造作用强度对煤体结构的影响,缺乏多因素的系统分析,侧重于宏观地质条件对煤体结构的影响,而储层微观属性的影响没有得到重视,且鲜有报道原位应力对煤体结构的影响。
此次研究在煤体结构GSI表征的基础上,构建基于测井多元回归的煤体结构GSI量化模型,预测煤体结构的空间分布,探讨沉积、构造、地应力、微观力学性能对煤体结构空间差异分布的影响机制,旨在为研究区煤层气施工工程和储层评价提供可靠的地质依据。
1. 区域地质概况
鄂尔多斯盆地位于华北地台西部,根据其构造特征,可细分为六个次级构造单元,其中,伊陕斜坡构成了盆地的主体[22](图1a)。临兴区块位于晋西挠褶带北部偏西位置,整体呈一个西倾的单斜构造,地层倾角小,中部受紫金山隆起的影响,地层倾角较大,构造也相对复杂。紫金山隆起区外的构造主要是大型的宽缓褶皱,发育一些小型逆断层[23](图1b)。研究区石炭−二叠系为主要含煤地层,其中本溪组的8+9号煤层为该区深部煤层气勘探开发的主力,煤层埋深为
1090.4 ~2163.5 m,平均为1910.4 m。煤层厚度为1.52~15.54 m,平均为5.69 m,主要发育在潮坪−潟湖沉积体系[24]。2. 煤体结构的定量表征及空间分布
2.1 煤体结构的定量表征
2.1.1 煤体结构的测井响应
为了详细刻画煤体结构的空间分布(纵向和平面)特征,将煤体结构与测井曲线关联,通过测井曲线的变化来反映煤体结构差异。具体做法是在样品归位校正以后,统计不同煤体结构的测井曲线值,总结煤体结构的测井响应规律。该方法实施过程中特别重要的一个步骤是样品的归位校正,只有煤样准确归位后才能获得真实的测井响应,归位校正主要借助灰分与自然伽马的相关关系。煤体结构的测井响应统计工作如图2所示。
煤体结构的测井响应结果如图3所示,由原生结构向糜棱结构演变,煤体结构破碎程度逐渐增加,声波时差和井径测井值逐渐增大,密度和自然伽马测井值逐渐减小。这是因为随着煤体结构破碎程度的增加,煤中的空隙(宏观、显微裂隙)增多,单位体积内的物质(包括反射物质)减少,井壁稳定性降低,导致声波的传播速度降低,体积密度减小,放射强度变弱,扩径现象出现。此外,同一测井曲线对不同煤体结构的响应值是交叉的,因此,利用单一测井曲线是无法准确判识煤体结构类型的,利用多条响应较好的测井曲线去联合判识煤体结构是必要的。
2.1.2 煤体结构的GSI量化
GSI是HOKE等[25]根据岩石的完整程度、表面粗糙程度、裂缝发育情况等提出的岩石强度量化方法。由于GSI的内涵与煤体结构的本质内容高度吻合,因此,该方法已经被众多学者用于煤体结构的定量表征[26-28],其基本量化准则参考文献[27],即根据煤岩破碎的块体大小和裂隙的发育程度、结构面的质量状况等对煤体结构进行GSI赋值,GSI值越大,煤体结构越完整。GSI不仅可以刻画煤体结构的微小差异,也使得煤体结构可以参与数学表达与运算,这是该方法得到广泛应用的重要原因。依据GSI量化准则,对研究区的典型样品进行GSI赋值,也作为研究区煤体结构GSI表征的直观体现和应用参考。值得一提的是,由煤体结构的宏观观测和描述可知,研究区煤体结构主要为原生结构,其次为碎裂结构,其他类型的煤体结构发育较少,一般以薄夹层出现,煤体结构类型比较简单。为了更加精细表征煤体结构差异,此次研究特引入过渡组分原生−碎裂结构、碎裂−碎粒结构。研究区不同煤体结构宏观特征及GSI赋值如图4所示,L-42-8+9-2为样品编号,(20)~(70)为GSI赋值。
2.1.3 基于测井曲线的煤体结构量化模型
在取心样品GSI量化的基础上,进行GSI与测井曲线的相关性分析,统计结果表明,声波时差、自然伽马、密度和井径测井与GSI的相关性较高,具体如图5所示。交会结果显示,煤体结构量化表征值GSI与密度、自然伽马测井值呈线性正相关(图5a,图5b),与声波时差、井径测井值呈线性负相关(图5c,图5d),这与煤体结构测井响应结果一致。由交会图分析可知,声波时差、井径测井对煤体结构的响应更灵敏,密度和自然伽马略差。由于单一测井曲线值与GSI的相关性较低,为了更加准确地开展煤体结构的量化表征,通过GSI与测井值的多元线性回归,建立基于测井曲线的煤体结构定量表征模型如公式(1)所示:
$$ {I}_{{\mathrm{GS}}}\text{= 11.438}D\text{+0.033}G{- 0.253}D_{{\mathrm{T}},24}{- 0.767}C +90.548$$ (1) 式中:IGS为煤体结构量化值,无量纲;D为密度测井值,g/cm3;G为自然伽马测井值,API;DT, 24为声波时差测井值,μs/ft;C为井径测井值,cm。
GSI与测井曲线多元回归的拟合系数R2为0.88,与单一测井拟合值相比,相关性得到很大的提高,表明多条测井曲线配合评价煤体结构的效果更好。
2.2 煤体结构空间展布
利用上述煤体结构测井量化模型,开展研究区煤体结构空间分布预测,并对不同煤体结构进行厚度统计,如此可以直观地看到不同煤体结构在煤层中的占比,得到的煤体结构空间分布如图6所示。由煤体结构的发育特征可知,研究区深8煤的煤体结构以原生−碎裂结构为主,其次为碎裂结构,发育少量的原生结构和碎裂−碎粒结构。研究区煤体结构的区域分布可以分为四种类型,类型Ⅰ以原生−碎裂结构为主,其次为原生结构,主要分布在区块的东北角;类型Ⅱ以原生−碎裂结构为主,其次为碎裂结构,是研究区的主要煤体结构类型,因此分布面积也最广;类型Ⅲ以碎裂结构为主,其次为原生−碎裂结构,主要分布在断层发育区和紫金山隆起区周围;类型Ⅳ与类型Ⅲ的区别在于出现了一定比例的碎裂−碎粒结构,主要环紫金山隆起区分布。从类型Ⅰ到类型Ⅳ,煤体结构的破碎程度在增加。如此,研究区按照煤体结构类型可以分为7个小分区,这对储层评价和改造具有重要的参考意义。
3. 煤体结构影响因素分析
3.1 沉积环境
研究区8+9号煤主要发育在潮坪−潟湖沉积体系,少量发育在三角洲平原亚相(研究区西北角)(图7a)。不同沉积环境下的聚煤厚度不同。潮道由于水动力条件较强,不利于泥炭堆积,导致该环境下煤层发育厚度较薄,煤层厚度为1.5~4.7 m,平均为3.1 m。砂坪水动力条件比潮道弱,但比泥坪强,也不是有利的泥炭堆积场所,煤层厚度一般是4.1~5.0 m,平均为4.5 m。泥坪是潮坪环境中水动力条件最弱的,比较适合泥炭堆积,煤层厚度一般为4.1~7.4 m,平均为5.6 m。潟湖环境是最适于泥炭堆积的场所,相对静水的环境及其在后期淤浅过程中连续的泥炭堆积最终形成了厚煤层。该环境中沉积的煤层厚度为8.9~15.5 m,平均为11.4 m。由于晚石炭—早二叠海水由东南方向侵入,西北方向则是陆相一侧,因此研究区西北角发育三角洲平原亚相,该环境中聚煤厚度为6.4~7.2 m,平均为6.8 m,该环境聚煤条件仅次于潟湖环境(图7b)。
由煤层厚度与GSI的相关性分析可知,两者没有明显的关系,即使在相同的沉积环境中煤体结构的变化也比较大(图8a)。然而,GSI与灰分呈明显的正相关关系,即灰分越高,GSI越大,煤体结构越完整(图8b)。这是因为灰分含量越大,煤岩力学强度越高,抵抗外力破坏的能力越大,煤体结构也相对完整。由于灰分的变化受控于沉积环境的变动,因此,未来系统研究不同沉积环境中灰分的变化规律是揭示沉积环境对煤体结构影响特征的关键所在。
3.2 构造变形程度
研究区煤储层构造相对简单,以单斜构造为主,发育小型的褶皱构造和逆冲断层。其中,褶皱构造可以通过构造曲率来量化,反映煤层的弯曲变形程度。构造曲率的计算参考他人研究方法[26],先对研究区网格化,在网格化后的小单元中,利用式(2)、式(3)进行计算,计算示意如图9所示。
某一方向的构造曲率表达如下:
$$ {{r}}_{{i}}=\frac{{2}{\Delta }{h}}{{{\Delta }{h}}^{{2}}+\dfrac{{({{H}}_{{i}{+1}}-{}{{H}}_{{i}{}-{1}})}^{{2}}}{{4}}+{{a}}^{{2}}} $$ (2) 小网格内的构造曲率则表达如下:
$$ \mathit{r}\mathrm{=\max\left(\mathit{r}_{\mathrm{i}}\right)} $$ (3) 式中:Hi +1、Hi-1为小网格的节点标高,m;Hi为小网格中心点的标高,m;a为小网格边长的一半(a=
1000 ),m;R为小网格曲面半径,m;ri为小网格某一方向上的构造曲率,m−1;r为小网格构造曲率,m−1;$ \Delta h $、$ \Delta h' $、b为中间变量,m。依据上述方法计算的构造曲率分布如图10所示。由构造曲率区域分布可知,环紫金山隆起区,构造曲率普遍较大,代表煤储层变形程度高,远离紫金山隆起区,煤储层变形程度相对较小。由GSI和构造曲率的相关性分析可知,两者呈负相关(图11),构造曲率越大,GSI越小,即煤储层变形程度越大,煤体结构越破碎。依据不同井位的数据统计可知,原生结构煤的构造曲率平均为8.4×10−6 m−1,原生−碎裂结构煤的构造曲率平均为18.7×10−6 m−1,碎裂煤构造曲率平均为25.7×10−6 m−1,这为研究区利用构造曲率预测煤体结构提供了依据。另外,GSI的分布由低曲率向高曲率逐渐集中,表明当煤储层变形程度较低时,煤体结构类型多样,即受多因素控制,如断层的存在使得低变形区域的煤体结构相对破碎,这是煤体结构分区Ⅲ1形成的主要原因。当构造曲率较大时,煤储层高变形程度促使煤体结构破碎,所以GSI在高构造曲率时分布比较集中。煤体结构分区Ⅲ2和Ⅳ主要受控于高储层变形程度。
3.3 原位地应力
煤储层地应力是煤岩原位条件下受力情况的综合体现,其组合特征反映了煤储层所处的应力状态。研究区煤储层地应力随埋深的增加而线性增大(图12a)。侧压系数作为水平主应力和垂直主应力相对强弱的指标,在研究区呈现先增大后减小的趋势,变化范围为0.6~1.1,最大值出现在
1600 m附近(图12b)。综合地应力、侧压系数随埋深的变化特征可知,地应力的垂向分布呈现分带性。具体为:当埋深为700~1100 m时,σV≈σh, max>σh, min,地应力由伸张态向压缩态过渡;当埋深为1100 ~1600 m,σh, max>σV≥σh, min,以水平主应力为主,地应力为压缩状态,表现为大地动力场类型;当煤层埋深为1600 ~2000 m时,σh, max>σV>σh, min,仍以水平主应力为主,但垂直主应力逐渐增强;当埋深大于2000 m时,σh, max≈σV>σh, min,地应力由压缩态向伸张态过渡,侧压系数显示垂直主应力进一步增强。由煤体结构与地应力的关系可以,在浅部伸张−压缩过渡带,煤体结构以碎裂−碎粒结构为主,碎裂结构次之;在以水平主应力主导的压缩带煤体结构以原生−碎裂结构为主,碎裂结构次之;在压缩−伸张过渡带,碎裂结构的比例增大。随着埋深的增加,煤储层原位条件下温度和应力增大。根据前人研究成果,在温度和应力的耦合作用下,煤岩力学强度呈增大趋势[27],则随着埋深的增大,煤岩抵抗变形的能力增强,煤体结构趋于完整。在此基础上,地应力状态将进一步分化煤体结构的完整程度。3.4 微观力学性能
煤体结构类型与煤岩本身的力学性能密切相关,探讨不同煤体结构煤的力学性质,有助于理解煤体结构的差异分布[28-29]。一般煤岩力学性质常用柱塞样品的力学实验来揭示,然而构造煤由于裂隙发育而难以制成柱样,因而无法开展常规力学实验研究,影响了不同煤体结构煤的力学性能评价。鉴于此,本研究借助原子力显微镜揭示不同煤体结构煤的微观力学性质。
3.4.1 实验设计、样品制备及基本信息
研究区深8煤的煤体结构以原生结构、原生−碎裂结构和碎裂结构为主,基于控制变量的原则,此次实验所用样品采自同一口井的不同深度,但具有相似的组分和构造背景(样品的基本信息见表1),样品先后经过切割、抛光处理后,制成10 m×10 m×7 mm的小长方体。观测过程中分别对样品进行二维、三维以及杨氏模量成像。
表 1 AFM实验样品信息及测试结果Table 1. Sample information and test results of AFM样品编号 密度/
(g·cm−3)Ro/% Mad/% Ad/% Vdaf/% 煤体结构 M-1 1.50 1.01 1.34 19.26 21.79 原生结构 M-2 1.47 0.98 0.96 14.53 21.39 原生−碎裂结构 M-3 1.45 1.03 0.80 15.22 20.65 碎裂结构 3.4.2 实验结果分析
样品的测试结果如图13所示。M-1、M-2、M-3三个样品的杨氏模量平均为15.1、13.6、9.9 GPa。随着煤岩杨氏模量减小,煤体结构破碎程度增加。在构造背景相同的情况下,煤岩力学性能取决于煤岩物质组成和显微孔隙结构。对比三个样品的灰分含量可知,M-1的最高,M-3的最低,M-2介于两者之间。这与原子力显微镜观测结果一致,原子力显微镜下的紫色部分代表煤中的无机组分(图13的A3、B3、C3),M-1的无机组分最高,M-3的最低。另外,M-3、M-2、M-1的孔径依次减小(图13的A1、B1、C1),这是因为有机孔的孔径一般大于无机孔的孔径,对于有机质含量高的煤样,孔径较大的有机孔就相对发育。分析认为,有机质力学强度低,抵抗变形能力差,而矿物的力学强度高,煤中矿物成分的增加会提高煤的力学性能。另外,煤中孔隙孔径越大,煤的力学强度也越低。煤岩力学强度的差异将影响煤体结构类型。从测试数值来看,利用该方法获取的煤的杨氏模量要大于力学实验测试结果,这是因为该方法无法反映宏观结构面,导致了宏观和微观力学性能的差异。
4. 结 论
1)研究区煤体结构以原生−碎裂结构为主,其次为碎裂结构,发育少量的原生结构和碎裂−碎粒结构。煤体结构分布可以归纳为四大类,据此将研究区划分为七个小分区,该分区对于储层评价和压裂改造的意义值得重视。
2)灰分与煤体结构的完整性呈正相关,研究不同沉积环境中灰分的变化规律是揭示沉积对煤体结构影响特征的关键。
3)原生结构、原生−碎裂结构、碎裂结构煤发育的平均构造曲率分别为8.4×10−6、18.7×10−6、25.7×10−6 m−1。断层发育的地方,煤体结构以碎裂煤为主。
4)煤岩微观力学性能取决于煤基质组分和显微孔隙结构,煤岩无机组分含量越高,力学强度越高,煤体结构越完整。
-
-
[1] 武 强. 我国矿井水防控与资源化利用的研究进展、问题和展望[J]. 煤炭学报,2014,39(5):795−805. WU Qiang. Progress,problems and prospects of prevention and control technology of mine water and reutilization in China[J]. Journal of China Coal Society,2014,39(5):795−805.
[2] 董书宁,姬亚东,王 皓,等. 鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田典型顶板水害防控技术与应用[J]. 煤炭学报,2020,45(7):2367−2375. DONG Shuning,JI Yadong,WANG Hao, et al. Prevention and control technology and application of roof water disaster in Jurassic coal field of Ordos Basin[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(7):2367−2375.
[3] 尹尚先,王玉国,李文生. 矿井水灾害:原因· 对策· 出路[J]. 煤田地质与勘探,2023,51(1):214−221. YIN Shangxian,WANG Yuguo,LI Wensheng. Cause,countermeasures and solutions of water hazards in coal mines in China[J]. Coal Geology & Exploration,2023,51(1):214−221.
[4] 曾一凡,刘晓秀,武 强,等. 双碳背景下“煤-水-热”正效协同共采理论与技术构想[J]. 煤炭学报,2023,48(2):538−550. ZENG Yifan,LIU Xiaoxiu,WU Qiang,et al. Theory and technical conception of coal-water-thermal positive synergistic co-extraction under the dual carbon background[J]. Journal of China Coal Society,2023,48(2):538−550.
[5] 刘 峰,曹文君,张建明,等. 我国煤炭工业科技创新进展及“十四五”发展方向[J]. 煤炭学报,2021,46(1):1−15. LIU Feng,CAO Wenjun,ZHANG Jianming, et al. Current technological innovation and development direction of the 14th Five-Year Plan period in China coal industry[J]. Journal of China Coal Society,2021,46(1):1−15.
[6] 靳德武,王甜甜,赵宝峰,等. 宁东煤田东北部高矿化度地下水分布特征及形成机制[J]. 煤田地质与勘探,2022,50(7):118−127. JIN Dewu,WANG Tiantian,ZHAO Baofeng, et al. Distribution characteristics and formation mechanism of high salinity groundwater in northeast Ningdong Coalfield[J]. Coal Geology & Exploration,2022,50(7):118−127.
[7] 彭苏萍,毕银丽. 黄河流域煤矿区生态环境修复关键技术与战略思考[J]. 煤炭学报,2020,45(4):1211−1221. PENG Suping,BI Yinli. Strategic consideration and core technology about environmental ecological restoration in coal mine areas in the Yellow River basin of China[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(4):1211−1221.
[8] 国家发展和改革委员会,国家能源局. 矿井水利用规划[R]. 北京:国家发展和改革委员会,2013. [9] 生态环境部,国家发展和改革委员会,国家能源局. 关于进一步加强煤炭资源开发环境影响评价管理的通知[EB/OL]. (2020-10-30) [2023-07-13]. https://www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk03/202012/t20201202_811127.html. [10] 中共中央、国务院. 黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要[EB/OL]. (2021-10-08)[2023-07-13]. https://www.gov.cn/zhengce/2021-10/08/content_5641438.htm. [11] 曾一凡,武 强,赵苏启,等. 我国煤矿水害事故特征、致因与防治对策[J]. 煤炭科学技术,2023,51(7):1−14. doi: 10.13199/j.cnki.cst.2023-0500 ZENG Yifan,WU Qiang,ZHAO Suqi, et al. Characteristics, causes, and prevention measures of coal mine water hazard accidents in China[J]. Coal Science and Technology,2023,51(7):1−14. doi: 10.13199/j.cnki.cst.2023-0500
[12] 孙亚军,陈 歌,徐智敏,等. 我国煤矿区水环境现状及矿井水处理利用研究进展[J]. 煤炭学报,2020,45(1):304−316. SUN Yajun,CHEN Ge,XU Zhimin, et al. Research progress of water environment,treatment and utilization in coal mining areas of China[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(1):304−316.
[13] 孙文洁,任顺利,武 强,等. 新常态下我国煤矿废弃矿井水污染防治与资源化综合利用[J]. 煤炭学报,2022,47(6):2161−2169. SUN Wenjie,REN Shunli,WU Qiang, et al. Waterpollution’s prevention and comprehensive utilization of abandoned coal mines in China under the new normal life[J]. Journal of China Coal Society,2022,47(6):2161−2169.
[14] 王 皓,董书宁,尚宏波,等. 国内外矿井水处理及资源化利用研究进展[J]. 煤田地质与勘探,2023,51(1):222−236. WANG Hao,DONG Shuning,SHANG Hongbo, et al. Domestic and foreign progress of mine water treatment and resource utilization[J]. Coal Geology & Exploration,2023,51(1):222−236.
[15] 顾大钊. 煤矿地下水库理论框架与技术体系[J]. 煤炭学报,2015,40(2):239−246. GU Dazhao. Theory framework and technological system of coal mine underground reservoir[J]. Journal of China Coal Society,2015,40(2):239−246.
[16] 顾大钊,张 勇,曹志国. 我国煤炭开采水资源保护利用技术研究进展[J]. 煤炭科学技术,2016,44(1):1−7. GU Dazhao,ZHANG Yong,CAO Zhiguo. Technical progress of water resource protection and utilization by coal mining in China[J]. Coal Science and Technology,2016,44(1):1−7.
[17] 顾大钊,李 庭,李井峰,等. 我国煤矿矿井水处理技术现状与展望[J]. 煤炭科学技术,2021,49(1):11−18. GU Dazhao,LI Ting,LI Jingfeng, et al. Current status and prospects of coal mine water treatment technology in China[J]. Coal Science and Technology,2021,49(1):11−18.
[18] CHIM,LI Q,CAO Z, et al. Evaluation of water resources carrying capacity in ecologically fragile mining areas under the influence of underground reservoirs in coal mines[J]. Journal of Cleaner Production,2022,379:134449. doi: 10.1016/j.jclepro.2022.134449
[19] ZHANG C,WANG F ,BAI Q . Underground space utilization of coalmines in China:a review of underground water reservoir construction[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2021,107:103657.
[20] 吴宝杨,李全生,曹志国,等. 煤矿地下水库高盐矿井水封存对地下水的影响[J]. 煤炭学报,2021,46(7):2360−2369. WU Baoyang,LI Quansheng,CAO Zhiguo, et al. Influence of high salt mine water storaged in underground reservoir of coal mine on groundwater[J]. Journal of China Coal Society,2021,46(7):2360−2369.
[21] 陈苏社,黄庆享,薛 刚,等. 大柳塔煤矿地下水库建设与水资源利用技术[J]. 煤炭科学技术,2016,44(8):21−28. CHEN Sushe,HUANG Qingxiang,XUE Gang, et al. Technology of underground reservoir construction and water resource utilization in Daliuta Coal Mine[J]. Coal Science and Technology,2016,44(8):21−28.
[22] 梁 冰,张 柴,刘 磊,等. 垃圾土现场渗透性测定与土水特性反演[J]. 岩土力学,2021,42(6):1493−1500,1511. LIANG Bing,ZHANG Chai,LIU Lei, et al. Field permeability measurement of waste and inversion of soil-water characteristics[J]. Rock and Soil Mechanics,2021,42(6):1493−1500,1511.
[23] 汪北方,武 力,张 晶,等. 煤矿地下水库煤岩变形特性的尺寸效应试验[J]. 采矿与安全工程学报,2021,38(4):810−818. WANG Beifang,WU Li,ZHANG Jing, et al. Experiment on size effect of coal and rock deformation characteristics in coalmine underground reservoir[J]. Journal of Mining & Safety Engineering,2021,38(4):810−818.
[24] 梁 冰,尉 达,汪北方,等. 煤矿地下水库岩石承载变形与时效特性实验研究[J]. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2021,40(6):479−485. LIANG Bing,YU Da,WANG Beifang, et al. Experimental study on rock bearing deformation and time-effect characteristics of underground reservoir in coal mine[J]. Journal of Liaoning Technical University (Natural Science),2021,40(6):479−485.
[25] 刘 驰,刘晓丽,张 东,等. 软岩软化的水岩界面动力学模型及其演化规律[J]. 岩土工程学报,2022,44(12):2280−2289. LIU Chi,LIU Xiaoli,ZHANG Dong, et al. Dynamic model for water-rock interface of softening of soft rock and its evolution law[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2022,44(12):2280−2289.
[26] 王恩志,张 东,刘晓丽,等. 裂隙岩体多结构多流态渗流模型与模拟[J]. 地球科学与环境学报,2022,44(6):894−902. WANG Enzhi,ZHANG Dong,LIU Xiaoli, et al. Seepage model and simulation of multi-structure and multi-flow in fractured rock mass[J]. Journal of Earth Sciences and Environment,2022,44(6):894−902.
[27] 智国军,鞠金峰,刘 润,等. 水岩相互作用对煤矿地下水库水质影响机理研究[J]. 采矿与安全工程学报,2022,39(4):779−785. ZHI Guojun,JU Jinfeng,LIU Run, et al. Water-rock interaction and its influence on water quality in the underground reservoir[J]. Journal of Mining & Safety Engineering,2022,39(4):779−785.
[28] 智国军,刘 润,杨瑞刚,等. 煤矿地下水库相邻采空区水力联系及渗流规律研究[J]. 矿业安全与环保,2022,49(2):9−15. ZHI Guojun,LIU Run,YANG Ruigang, et al. Study on hydraulic connection and seepage law of adjacent goaf of underground reservoir in coal mine[J]. Mining Safety & Environmental Protection,2022,49(2):9−15.
[29] 孙亚军,李 鑫,冯 琳,等. 鄂尔多斯盆地煤−水资源协调开采下矿区水资源异位回灌−存储技术思路[J]. 煤炭学报,2022,47(10):3547−3560. SUN Yajun,LI Xin,FENG Lin, et al. Technical thinking on ectopic injection and storage of mine area water resources under the coordinated exploitation of coal and water background in Ordos Basin[J]. Journal of China Coal Society,2022,47(10):3547−3560.
[30] 孙亚军,徐智敏,李 鑫,等. 我国煤矿矿井水污染问题及防控技术体系构建[J]. 煤田地质与勘探,2021,49(5):1−16. SUN Yajun,XU Zhimin,LI Xin, et al. Mine water drainage pollution in China’s coal mining areas and the construction of prevention and control technical system[J]. Coal Geology & Exploration,2021,49(5):1−16.
[31] 孙亚军,张 莉,徐智敏,等. 煤矿区矿井水水质形成与演化的多场作用机制及研究进展[J]. 煤炭学报,2022,47(1):423−437. SUN Yajun,ZHANG Li,XU Zhimin, et al. Multi-field action mechanism and research progress of coal minewater quality formation and evolution[J]. Journal of China Coal Society,2022,47(1):423−437.
[32] 赵春虎,杨 建,王世东,等. 矿井水深层回灌过程量质耦合模拟分析[J]. 煤田地质与勘探,2021,49(5):36−44. ZHAO Chunhu,YANG Jian,WANG Shidong, et al. Coupling simulation of groundwater dynamics and solute transfer in the process of deep reinjection of mine water[J]. Coal Geology & Exploration,2021,49(5):36−44.
[33] 刘 琪,汪韦峻,罗 斌,等. 高盐矿井水深部转移存储介质特征与水动力演化规律[J]. 煤田地质与勘探,2021,49(5):29−35. LIU Qi,WANG Weijun,LUO Bin, et al. Medium characteristics and hydrodynamic evolution law of high salinity mine water recharge in deep well[J]. Coal Geology & Exploration,2021,49(5):29−35.
[34] 曾繁富,左明星,宋洪柱,等. 乌审旗一带刘家沟组作为高矿化度矿井水回灌目的层的可行性分析[J]. 煤炭与化工,2020,43(11):59−62,66. ZENG Fanfu,ZUO Mingxing,SONG Hongzhu, et al. Feasibility analysis of the Liujiagou Group in the Wushen Banner area as a target layer for water recharge in highly mineralized mines[J]. Coal and Chemical Industry,2020,43(11):59−62,66.
[35] 孙亚军,张梦飞,高 尚,等. 典型高强度开采矿区保水采煤关键技术与实践[J]. 煤炭学报,2017,42(1):56−65. SUN Yajun ZHANG Mengfei GAO Shang, et al. Water-preserved mining technology and practice in typical high intensity mining area of China[J]. Journal of China Coal Society,2017,42(1):56−65.
[36] 姚宏鑫,施立虎,杜金龙,等. 纳林河二号矿井高矿化度水深井回灌环境影响分析[J]. 内蒙古煤炭经济,2021(11):41−42. YAO Hongxin,SHI Lihu,DU Jinlong, et al. Environmental impact analysis of deep well reinjection of high salinity water in Nalinhe No.2 mine[J]. Inner Mongolia Coal Economy,2021(11):41−42.
[37] 陈 歌. 鄂尔多斯盆地东缘矿井水深部转移存储机理研究[D]. 徐州:中国矿业大学,2020. CHEN Ge. Study on the deep transfer and storage mechanismof mine water in the Eastern Margin of Ordos Basin[D]. Xuzhou:China University of Mining and Technology,2020.
[38] CHEN G,XU Z,SUN Y, et al. Minewater deep transfer and storage[J]. Journal of Cleaner Production,2022,332:129848. doi: 10.1016/j.jclepro.2021.129848
[39] 顾大钊,李井峰,曹志国,等. 我国煤矿矿井水保护利用发展战略与工程科技[J]. 煤炭学报,2021,46(10):3079−3089. GU Dazhao,LI Jingfeng,CAO Zhiguo, et al. Technology and engineering development strategy of water protection and utilization of coal mine in China[J]. Journal of China Coal Society,2021,46(10):3079−3089.
[40] 李 鑫,孙亚军,陈 歌,等. 高矿化度矿井水深部转移存储介质条件及影响机制[J]. 煤田地质与勘探,2021,49(5):17−28. LI Xin,SUN Yajun,CHEN Ge, et al. Medium conditons and influence mechanism of high salinity mine water transfer and storage by deep well recharge[J]. Coal Geology & Exploration,2021,49(5):17−28.
[41] 葛光荣,吴一平,张 全. 高矿化度矿井水纳滤膜适度脱盐技术研究[J]. 煤炭科学技术,2021,49(3):208−214. GE Guangrong,WU Yiping,ZHANG Quan. Research on technology and process for moderate desalination of high-salinity mine water by nanofiltration[J]. Coal Science and Technology,2021,49(3):208−214.
[42] 靳德武,葛光荣,张 全,等. 高矿化度矿井水节能脱盐新技术[J]. 煤炭科学技术,2018,46(9):12−18. JIN Dewu,GE Guangrong,ZHANG Quan, et al. New energy-saving desalination technology of highly-mineralized mine water[J]. Coal Science and Technology,2018,46(9):12−18.
[43] 卞 伟,李井峰,顾大钊,等. 西部矿区高矿化度矿井水膜蒸馏处理技术[J]. 煤炭科学技术,2022,50 (3) :295−300. BIAN Wei,LI Jingfeng,GU Dazhao,et al. Technology of membrane distillation treatment for highly-mineralized mine water in western mining area[J]. Coal Science and Technology,2022,50 (3) :295−300.
[44] 李福勤,赵桂峰,朱云浩,等. 高矿化度矿井水零排放工艺研究[J]. 煤炭科学技术,2018,46(9):81−86. LI Fuqin,ZHAO Guifeng,ZHU Yunhao, et al. Research on zero discharge process of highly-mineralized mine water[J]. Coal Science and Technology,2018,46(9):81−86.
[45] KARPENKO T,KOVALEV N,SHRAMENKO V, et al. Investigation of transport processes through ion–exchange membranes used in the production of amines from their salts using bipolar electrodialysis[J]. Membranes,2022,12(11):1126. doi: 10.3390/membranes12111126
[46] GONG Dian,YIN Yichen,CHEN Huiling, et al. Interfacial ions sieving for ultrafast and complete desalination through 2D Na nochannel defined graphene composite membranes[J]. ACS Nano,2021,15:9871−9881. doi: 10.1021/acsnano.1c00987
[47] LIU Yong,GAO Xin,WANG Ziping, et al. Controlled synthesis of bismuth oxychloride-carbon nanofiber hybrid materials as highly efficient electrodes for rocking-chair capacitive deionization[J]. Chemical Engineering Journal,2021,403:126326. doi: 10.1016/j.cej.2020.126326
[48] 李 莉,李海霞,马 兰. 宁东煤田矿井水资源及其利用现状分析[J]. 干旱区资源与环境,2021,35(8):108−113. LI Li,LI Haixia,MA Lan. The mine water resources and its utilization status in Ningdong coalfield[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment,2021,35(8):108−113.
[49] 杜 松,张 超,吴唯民,等. 深井灌注技术用于处理煤矿高盐废水的展望[J]. 中国给水排水,2020,36(16):40−48. DU Song,ZHANG Chao,WU Weimin, et al. Prospect of deep well injection for treatment of coal mine Drainage Brine Wastewater[J]. China Water & Wastewater,2020,36(16):40−48.
[50] JAVADI A H,ENVELOPE M. Impact of salinity on fluid/fluid and rock/fluid interactions in enhanced oil recovery by hybrid low salinity water and surfactant flooding from fractured porous media[J]. Fuel,2022,329:125426. doi: 10.1016/j.fuel.2022.125426
[51] YANG K,GAO D. Numerical simulation of hydraulic fracturing process with consideration of fluid–solid interaction in shale rock[J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering,2022,102:104580. doi: 10.1016/j.jngse.2022.104580