变温条件下深部煤层瓦斯分布规律的数值模拟

深部煤层瓦斯运移过程及分布规律与温度场、瓦斯渗流场及应力场耦合密切相关.基于深部煤层瓦斯运移的热流固耦合模型,结合实际的煤层条件和实测数据,开展了煤层瓦斯赋存规律的数值模拟,研究了瓦斯压力和瓦斯含量分布规律的影响因素.结果表明:煤层渗透率是影响瓦斯压力分布的主要因素,其中煤体的有效应力系数、初始孔隙率、弹性模量以及吸附应变系数均对渗透率有着重要的影响;煤层瓦斯含量受瓦斯压力和煤层温度的共同影响,不考虑煤层温度预测得到的瓦斯含量结果偏大.     

低透气性煤层的渗透率试验与瓦斯抽采技术

为揭示渗透率及孔隙率结构对低透气性煤层瓦斯抽采的影响,采用理论分析和试验研究方法,针对集贤煤矿9#煤层西二采区四片工作面瓦斯异常涌出与浓度超限的问题,在对工作面瓦斯的来源和向斜构造对瓦斯赋存的影响分析的基础上,实验室采用自压式三轴渗流测试装置测定了不同方向煤样试件的渗透率,应用低场核磁共振测试系统对孔隙结构分布规律进行研究,采用径向流量法对透气性系数进行测定.研究结果表明:煤层渗透率随瓦斯压力增大而降低,且表现出各向异性特征;煤层孔隙发育程度低,则渗透率降低,瓦斯渗透能力较差,吸附瓦斯含量较大,揭示了渗透率对低透气性煤层瓦斯抽采和抽采率影响较大.研究结论对低透气性煤层卸压增透措施和瓦斯抽采钻孔参数的选择具有理论指导意义.     

金能煤矿瓦斯赋存规律研究

矿井瓦斯的生成、运移、赋存及释放,同地质历史时期的各种变化紧密相关,煤体中赋存瓦斯的多少不仅对煤层瓦斯含量大小有影响,而且还直接影响到煤层中瓦斯流动及其发生灾害的危险性大小.如今煤层中所保存的瓦斯含量取决于瓦斯向地表运移的条件与煤层储存瓦斯的性能,瓦斯的赋存与该区域地质构造、埋藏深度、煤层厚度等都有很大关系,瓦斯治理工作是矿井安全工作的重点之一.研究清楚现阶段瓦斯的赋存规律,对于进行防治煤与瓦斯突出、预测下一开采水平的瓦斯分布规律及瓦斯突出危险性都有重要的指导意义.文中提出目前影响煤层储气的条件有区域地质构成、采矿工作、煤层顶底板泥岩厚度及煤层埋藏深度、上覆基岩厚度.为了能够超前防治矿井瓦斯灾害,通过讨论目前影响煤层瓦斯含量的主要因素和瓦斯赋存的地质因素,分析煤层瓦斯含量和瓦斯涌出量影响因素,研究了金能煤层瓦斯赋存和瓦斯涌出规律,根据这些影响因素再结合煤层瓦斯赋存状况以及煤层瓦斯的储量的概述对金能煤矿做出了瓦斯赋存规律的研究分析.     

鹤壁矿区二1煤层瓦斯赋存规律及其控制因素

煤层瓦斯赋存规律研究是矿井瓦斯灾害防治的基础。论文介绍了鹤壁矿区的地质构造特征,研究了瓦斯地质单元划分的准则,并对鹤壁矿区进行了瓦斯地质单元划分,现场收集整理并测试了大量的瓦斯含量数据,分析了鹤壁矿区不同瓦斯地质单元的瓦斯赋存规律,并研究了瓦斯赋存的控制因素。研究表明：鹤壁矿区瓦斯赋存随埋藏深度逐渐增加,受地质构造的影响非常明显。     

各向异性和非均质性对煤层抽采钻孔瓦斯渗流的影响作用机制

为提高深部煤层瓦斯抽采效率,研究抽采钻孔周围煤体的瓦斯渗流规律十分关键。文中基于煤体的各向异性和非均质性,考虑煤体应力变形场和瓦斯渗流场的交叉耦合作用,分析了煤层抽采中水力割缝钻孔周围瓦斯压力以及渗透率的时空演化规律。结果表明:煤体的各向异性和非均质性影响割缝钻孔周围的瓦斯渗流规律。对于瓦斯压力的变化,平行层理方向瓦斯压力降幅大于垂直层理方向,抽采影响范围分布呈现"椭圆形",煤体各向异性表征明显。对于渗透率的变化,平行层理方向的煤层渗透率高于垂直层理方向,抽采初期渗透率的增加幅度较快,随后逐渐减缓,渗透率变化曲线呈现不规则"锯齿形",煤体非均质性表征明显。将数值模拟结果与杨柳矿4~#钻场瓦斯抽采的实际监测情况相互对比,现场实测的瓦斯抽采情况与模拟得到情况基本吻合,从而验证了数值模拟的合理性及工程适用性。     

温度变化对煤体瓦斯吸附量影响规律的实验研究

通过对含瓦斯煤层瓦斯气体温度场分布规律研究,提出了煤层中总的瓦斯含量方程中α值的假设与猜想。经过实验,分别研究了定压条件与升压条件下温度改变对煤与瓦斯吸附的影响规律,得到煤体在不同温度下瓦斯的吸附以及渗流规律。实验应用WY98-A型瓦斯吸附解吸仪器,通过研究煤与瓦斯吸附在温度改变的环境下的规律,以及所选煤样在吸附饱和后随温度变化的函数关系,并对瓦斯吸附的饱和吸附量进行了数学拟合,得到其函数关系式。为煤层瓦斯储量计算,及不同阶段瓦斯抽采量计算提供了科学依据。     

结构异性煤体渗透率特性

煤渗透率是研究瓦斯渗流特性及运移规律的关键参数,而煤体结构各向异性导致渗透率具有明显的方向性。利用煤岩瓦斯渗流试验系统,对不同变质程度煤样试件在面割理和端割理方向上,进行不同瓦斯压力下的渗透率测试,并根据等效驱替原理,建立各向异性煤体渗透率的计算模型,数值分析了煤体渗流的定向性特征。结果表明:在煤体面割理和端割理方向,渗透率均随瓦斯压力增大成负指数减小;面割理方向的瓦斯渗透率与端割理方向相差可超过1个量级,且煤的变质程度越高,差别越明显。随瓦斯压力增大,煤的瓦斯渗流定向性系数峰值增大,煤层瓦斯渗透定向性增强。在相同瓦斯压力下,煤的变质程度越低,煤层瓦斯渗透定向性越弱。     

山西永聚煤矿煤层特征对瓦斯的控制作用

矿井瓦斯是影响煤矿安全生产的主要灾害之一,研究其分布特征及控制因素是解决矿井瓦斯灾害问题的关键。本文测试了山西永聚煤矿的10号微风化煤的瓦斯含量、煤岩成分、埋深、煤孔隙特征和等温吸附参数。通过SPSS软件分析了煤层瓦斯含量与煤层组分、埋藏深度等进行了Person线性相关性分析,从而确定煤层瓦斯含量的主要控制因素和瓦斯分布规律。结果表明,10号微风化煤的孔隙主要为微孔和过渡孔,孔径介于10~800 nm,具有原生孔隙特征,表明其未收到风化作用的影响。其对瓦斯吸附具有随着压力增大而吸附量显著增加的特征,但压力大于6 MPa时,瓦斯的吸附不在随着压力增加。瓦斯含量与煤层的埋藏深度且具有良好的正相关线性关系,从而根据二者线性关系和煤层埋深,预测了瓦斯分布规律。     

水射流卸压增渗及抽采瓦斯效果的渗流力学数值解

为提高低渗煤体的瓦斯抽采性能,以重庆天府三矿为研究目标区,采用低温液氮吸附法和压汞法测定了煤层孔隙结构,分析了重庆天府矿区煤体低渗的原因,结果表明,煤体孔隙多为两端开口的平板状、管状孔,孔隙的连通性好,压汞渗透率是原位煤体渗透率的2×105倍,煤体孔隙本身的渗透性较好,煤层低渗为高地应力所致。进行了底板穿层钻孔高压水射流卸压增渗试验,试验表明,卸压后煤层渗透率增加了90倍,抽采率从17%提高到了58%,抽采量增加了4.8倍。建立了瓦斯抽采的渗流力学方程,解算了卸压增渗透前后的不同抽采时间条件下的抽采半径,优化了合理布孔间距、抽采时间,为水射流卸压抽采瓦斯效果评价提供了理论指导。     

窑街矿区瓦斯与二氧化碳涌出规律预测

通过整理分析可研报告及对已采煤层采掘面各类数据的收集,进一步明晰了井田内原始煤层中瓦斯与二氧化碳赋存规律,为科学合理地划分出井田内各煤层瓦斯与二氧化碳赋存分布区域,明确区内含量,从而确定出窑街矿区属低瓦斯煤与高二氧化碳突出矿井,是国家监控的45对突出矿井之一,为矿区各矿井今后的灾害预防和利用煤层气资源提供基本依据.     

低渗透煤层注入超临界二氧化碳渗透性试验研究

为了提高低渗透煤层中煤层气的采收率,利用煤岩体典型的双重介质结构特征和超临界CO2具有表面张力为零、粘度低、扩散度和溶解能力强的特性,对超临界CO2注入低渗透煤层煤样的渗透性规律进行试验研究。结果表明：在超临界状态下,煤样渗透率和渗透系数均随有效体积应力的增大呈负指数递减;渗透率随孔隙压力的增大呈指数变化规律,趋势受粘度和孔隙压力之间关系的影响;渗透系数随孔隙压力的增加呈正指数递增规律;渗透率和渗透系数均随温度的升高呈负指数降低规律。此外,在注入超临界二氧化碳后,煤样的宏观和微观上均发现大量网状裂隙带和孔隙带,对提高低渗透煤层渗透性具有良好的效果。     

煤层气开发新技术试验研究与探索

针对我国煤气层超低渗透性、低压、低含水饱和度地质特征及煤层气吸附性较强的开发难点,提出把高能气体压裂用于煤层气开发的新技术试验研究与探索.研究思路是以高温高压气体促使煤气层产生和形成较长的多裂缝体系,并伴随较强的脉冲震荡、热作用于地层基质,提高煤气层空隙间的连通性和渗透性,改善解吸环境,促进煤层气解吸和泄气,以提高煤层气井产量.重点论述了此项研究的研究思路、作用机理、工艺设计、可行性等.介绍了现场试验情况,并指出了煤层气开发新技术研究与探索的方向.     

页岩气表观渗透率与多流动机理及有效应力演化关系

由于多尺度孔隙存在纳米尺度到宏观尺度的过渡,气体在页岩中流动的主导机制会在达西流和努森扩散等运移机理之间发生转换,该现象结合页岩基质内的气体吸附作用使得页岩气渗透率的测算变得更为复杂.因此,在实验室尺度确定有效应力及气体运移方式对渗透率的综合影响力对实际页岩气开采中的渗透率及产量评估准确性有着不可忽视的影响.采用脉冲衰减渗透率测算法,在不同围压条件下,对氦气和二氧化碳在富含有机质的页岩薄片中的气体渗透率进行测量.结果表明:努森扩散作用在低孔压时对页岩气渗透率有显著的正面影响,其强度与孔压成反比.在较大围压作用下的高孔压下的超临界二氧化碳可导致页岩基质最大吸附量降低,进而增加表观渗透率.表观渗透率随着有效应力的变化在不同孔压区间有着截然相反的趋势,有效应力系数此时出现非单一值,其主要是由于孔压变化带来的气体流动机理变化而引起的.     

基于分形理论的煤层瓦斯渗透率参数估计方法

基于分形理论和达西定律,研究了孔隙的弯曲分形维数和表面积分形维数与瓦斯渗透率参数之间的关系;数值模拟了煤层孔隙的弯曲分形维数和表面积分形维数对瓦斯渗透率参数的影响.研究表明,瓦斯渗透率随着孔隙弯曲分形维的增加而降低,随着孔隙表面分形维和最大毛细管直径的增加而增加;应用分形理论可以获得煤层孔隙发育程度和分布特征比较精确的定量信息.     

呼和拗陷浅层气特征及成藏地质条件

目的探究呼和拗陷第四系更新统、第三系上新统浅层气的成气原因,查明该区成藏地质因素。方法气样组分分析、烃源岩地球化学分析、钻井岩心与岩石薄片(铸体)鉴定、粒度分析和录井资料。结果呼和拗陷浅层气为生物成因气;目的层系为第三系上新统、第四系更新统,该区具备生物气成藏地质条件:有机质丰度高,生气能力强,干酪根类型好;储层孔、渗性能普遍好;芒硝层、腐植土大面积稳定分布,为区域性盖层;地层序列与岩性组合为生物气藏形成了有利的生、储、盖空间配置。结论通过以上研究,得出浅层气聚集的有利部位是次级拗陷之间的相对隆起区。     

煤层气藏强化开采各向异性力学性质分析

针对煤层多重孔隙系统空间非连续分布、力学属性各向异性的特点,综合考虑注气强化开采过程中多组份多过程物质运移特征,构建了正交各向异性等效连续煤层流固耦合模型,据此进一步剖析了煤层各向异性力学性质及其对孔渗参数与注采能力的影响。煤层各向异性的力学属性,导致开发过程中储层水平应力与应变的动态变化存在明显的方向性特征,沿力学强度或杨氏模量大的方向变化相对较大,进而带来裂缝宽度、渗透率及其变化的方向性差异,同时致使孔隙度、渗透率以及气体吸附浓度空间分布的非均质性,最终造成与横观各向同性介质不同的煤层气生产与CO2注入预测结果。研究成果对煤层气开发过程中孔渗参数及注采能力的准确预测具有重要意义。     

公乌素地区16号煤层注水渗透系数的实验研究

通过实验的方法对公乌素地区16号煤层煤样注水渗透系数进行测定。研究表明,其渗透系数随体积应力的增加呈负指数规律衰减,随孔隙水压力的增加呈正指数规律增加,随开采深度的增加逐渐减小。研究结果对该地区16号煤层的注水、瓦斯抽放等工程实践具有一定的意义。     

贺西矿高瓦斯综采工作面瓦斯参数测定

对贺西矿高瓦斯综采工作面煤层瓦斯基础参数测定过程,测定方法和计算方法进行阐述,并确定贺西矿3#煤层瓦斯压力、瓦斯含量、煤层透气性系数、钻孔瓦斯衰减系数等参数,这些基础数据是煤矿进行防治瓦斯和防突工作的重要依据.     

东坪基岩气藏气水相对渗透率的确定方法

东坪基岩气藏储层岩性差异大,非均质性强。孔缝发育区岩石松散,无法钻取完整的岩芯,而致密带几乎不渗透,无法通过驱替实验获取相对渗透率曲线,这成为困扰气藏动态分析和开发指标计算的难题。基于水驱气藏物质平衡原理,建立了不依赖水侵量的储层含水饱和度计算方法,避免了水侵量计算方法中的不确定因素,提高了含水饱和度计算的准确性。建立了基于储层孔隙结构分形维数和生产水气比历史拟合相结合的气水相对渗透率计算方法。根据该气藏毛管压力曲线的分类确定孔隙结构分形维数的界限,通过生产水气比拟合确定具有代表性的储层孔隙结构分形维数,进而计算气水相对渗透率曲线。该方法克服了因毛管压力曲线多样化而导致分形维数难以确定的难题,所获得的相渗曲线更能代表气藏的整体渗流特征。该方法为无法通过岩芯驱替获取相渗曲线的气藏提供了有效途径,对于其他基岩气藏及严重非均质气藏具有借鉴意义。