鄂尔多斯东缘煤储层渗透性主控因素分析与高渗区预测

在煤层气储层渗透性影响因素的分析基础上,通过煤层地应力、热演化程度、埋藏深度与渗透率的相关性分析,探讨渗透率的发育机理,认为煤储层渗透率是煤阶与地应力联合作用的结果,地应力控制煤储层割理开启程度和方向,改变储层的孔隙结构;煤岩热演化通过改变岩石力学性质来控制割理发育,二者共同控制煤储层割理的大小,进而影响煤储层渗透率的发育,而埋藏深度与渗透率相关性不强.选取煤层渗透率主控因素进行研究,以鄂尔多斯盆地东缘二叠系煤层气储层为例,利用多元回归分析的方法建立了“煤阶与地应力”渗透性二元预测模型,对研究区渗透率的发育情况进行了预测.研究表明,地应力控制了渗透率的分布,而煤岩热演化程度对渗透率分布起到一定的调节作用,煤层气储层高渗区主要分布在研究区斜坡带地应力松弛部位,而在应力相对集中深部煤储层为低渗区.     

应力场、地温场、压力场对煤层气储层渗透率影响研究——以山西沁水盆地为例

为了确定煤层气储层渗透率的变化规律,从岩石力学性质分析入手,以山西沁水盆地上古生界煤层气储层的实际地质情况为例,探讨了构造应力场、地温场、压力场对煤储层渗透率分布的控制机理.研究表明,构造应力场的应力-应变控制着储层裂隙的发育规律,地温场通过控制煤岩的力学性质而改变应力场的作用效果,而随着压力场作用增强,渗透率降低.     

煤储层渗透率影响因素探讨

煤储层渗透性是影响煤层气开发选区和产量最重要的因素,运用资料查阅、文献综合研究等方法,分析了煤层变质、煤层厚度、煤体结构、构造曲率等因素与煤储层渗透率之间的耦合关系,结果表明,煤储层具有双重孔隙结构,割理裂隙的发育程度直接影响煤层渗透率的大小,天然裂隙的发育密度与煤岩类型条带或分层厚度呈负相关。     

河北省煤储层物性特征分析

根据煤田地质勘探实测资料,结合汞孔径测试、扫描电镜显微裂隙观测、煤层气试井分析成果及等温吸附曲线,分析河北省煤储层物性特征。结果显示：煤层饱和吸附量受煤级控制,煤级增加,吸附能力增大;随煤层埋深增加,煤层含气量和甲烷体积分数均呈增大趋势;中孔在褐煤中比较发育,而在其他煤级中例外;储层中宏观裂隙与宏观煤岩类型关系密切;显微裂隙发育程度镜煤好于亮煤,低煤级煤好于高煤级煤;峰峰、万全、大城矿区试井渗透率较高,开平煤田不同地区煤储层渗透性变化较大。该研究为河北省煤层气的合理开发提供了依据。     

沁水盆地南部煤储层渗透性与地应力之间关系和控制机理

通过对沁水盆地南部43口煤层气井渗透率和地应力统计分析,建立了煤储层渗透性与现今地应力之间的相关关系和模型．从煤储层的孔隙结构分析入手,建立了煤储层割理面压缩变形与裂隙渗流模型,分析地应力对煤储层渗透性影响的机理．研究结果表明,煤储层试井渗透率随着地应力的增加呈指数函数关系降低;随着煤层埋藏深度增大,其渗透率降低,煤储层渗透率随深度变化趋势的实质是应力的函数．在650m以浅煤储层地应力处于伸张带,最小水平主应力小于12MPa,煤储层渗透率平均大于1．0×10^-3μm^2;在650-1000m煤储层地应力由伸张带转化为压缩带的过渡带,最小水平主应力为12—20MPa,煤储层渗透率平均大于0．1×10^-3μm^2;在1000-1500m煤储层地应力转化为压缩带,最小水平主应力大于20MPa,煤储层渗透率平均大于0．01×10^-3μm^2．当割理面法向力σn为压应力时,割理产生法向压缩（压密）变形,开始先为点或线接触,经过挤压,局部破碎或劈裂,接触面增加,割理面压缩量呈指数曲线特征．煤储层渗透率随着割理面正应力的增加呈指数函数关系降低,其理论模型与试井渗透率统计模型完全一致．     

煤与瓦斯突出损伤动力演化机理

煤与瓦斯突出中力学性质表现得相当复杂.目前研究很少考虑瓦斯压力梯度对煤的流变破坏作用.本文中基于对煤岩力学性质新的认识,从煤岩损伤破坏的角度出发,综合考虑煤岩的物理力学性质,包括流变性质、地应力和瓦斯压力等因素.根据煤的力学试验结果所表现的非线性弹性性质,在分析瓦斯压力、地应力分别在突出过程中所起的作用基础上,将煤与瓦斯突出具有强烈时间效应的动态力学过程分为准备、发动、发展和终止4个阶段.对瓦斯压力、地应力和重力作用下煤的加速损伤演化所引起的煤与瓦斯突出进行了发生机理的阐述,从而得出煤壁内部瓦斯压力梯度是突出的主要动力源,地应力只是对突出起到辅助作用.对煤岩灾变的延期性、孔洞形状、声发射特征、相对瓦斯涌出量大大超过煤层瓦斯含量、突出煤的分选性、突出的终止过程等现象作新的解释和定性分析.     

基于试井资料分析的煤储层渗透率定量预测模型

为了探讨煤储层渗透预测的方法,基于工区的试井资料,对煤储层渗透率的主控因素进行了分析,认为煤层埋深、储层压力、地应力和有效地应力与煤储层渗透率具有较强的相关性;以工区的试井资料为依据,选取相应的参数,利用多元线性逐步回归分析和非线性的BP神经网络两种方法,对煤储层渗透率进行了预测分析.预测结果和实测资料对比分析表明:预测的煤储层渗透率与实测的煤储层渗透率之间的误差较小,且非线性的BP神经网络方法预测结果明显优于线性回归预测的结果;基于试井资料建立煤储层渗透率预测模型具有可行性,其预测结果是可靠.     

煤储层渗透率复合因素数值模型研究

在前人分析渗透率与地应力、埋深、裂隙、储层压力和水文地质条件等相互关系的基础上。指出影响煤储层渗透率最普遍和主要的因素是地应力和埋深。在其基础上，文中以沁水盆地中南部为研究区，通过敷学地质方法，分析和研究渗透率与其影响因素的敷值关系，并研究和建立渗透率影响因素复合模型。     

不同变质变形煤特征对煤层气富集渗流的制约

煤岩是煤层气的主要储集层,其变质变形作用对煤层气的赋存、运移和开发都具有重要意义。本文以华北地区典型含煤区为研究区,基于现场资料分析、煤岩显微观测,孔渗测试及压汞实验分析,探讨了不同变质变形煤储层孔渗特征,并从裂隙、孔隙不同尺度探讨了不同变质变形煤储层特征及其孔、裂隙结构特征对煤层气富集渗流所起的作用。结果表明,首先,煤层气产出过程与煤储层变质变形特征密切相关;实验室测定的渗透率与试井渗透率具有可比性,一般碎斑煤大于碎裂煤;高变质弱变形煤储层和中变质弱变形煤储层煤层气的富气能力与渗流能力比较强,是煤层气富集高渗的有利储层。     

液氮冷却煤变形-破坏-渗透率演化模型及数值分析

如何定量评估液氮冷却后煤储层的渗透率演化是液氮冷却增透煤储层技术的关键。为分析液氮注入煤后的变形、破坏和渗透率演化过程,将煤视作弹脆塑材料,其变形过程包括弹性变形、脆性跌落和残余塑性流动3个阶段,结合单元强度退化指数、扩容指数和Mohr-Column准则,建立了考虑围压对煤单元峰后力学行为影响的本构模型。根据煤岩单元变形过程,将煤岩单元渗透率演化分成2个阶段,即弹性压缩煤岩单元渗透率减小阶段及煤岩单元破坏后的渗透率增加阶段。分析了单元弹性变形、剪切破坏和拉破坏与渗透率之间的关系。煤岩单元弹性压缩和拉伸引起单元内孔隙空间的变化,进而影响单元渗透率;煤岩单元剪切破坏在单元内形成共轭剪切带,在剪切带内的流体流动服从平行板定律,给出了基于单元体应变的剪切带宽度和渗透率计算公式;煤岩单元拉破坏在单元体内形成"十"字型裂隙,在裂隙内的流动也服从平行板定律,给出了基于单元体应变的裂隙宽度和渗透率计算公式。结合热传导理论建立了液氮冷却煤层的温度-变形-破坏-渗透率演化模型,并在FLAC下利用Fish函数方法予以实现。数值算例研究了液氯注入辽宁王营子矿某煤层气抽放井后煤层的变形、破坏和渗透率演化过程。结果表明:1)煤受液氮冷却作用后发生体积收缩,越靠近钻孔温度梯度越大,收缩变形越大,温度拉应力越大,越容易破坏,形成拉破坏区。液氮注入冷却10d后的拉破坏区约0.65m宽。2)在拉破坏区,单元内形成了贯通的裂隙,单元体渗透率显著增长,液氮冷却10d的单元渗透率最大增长幅度可达1.97×105倍。3)远离钻孔区域,拉应力也使得煤的渗透率有所增加,增加幅度为1%~14%,远小于破坏区。4)随着冷却时间增加,破坏区域扩大,但增长速率逐渐减缓,这表明在工程实践中冷却时间过长,不一定能取得更好的冷裂效果。5)液氮冷裂的主要影响区域在1.0m左右,但实际工程中钻孔内压力、煤岩体内水的相变等对煤岩的实际变形和破坏也有很大影响,从而使得液氮冷裂的影响区域更大。6)模型能较好地反映液氮冷却煤体变形-破坏-渗透率演化过程,从而为评估液氮冷却煤岩增透效果提供一种简便、可行的方法。     

煤岩力学非均质性对孔渗性质的影响规律

煤岩是由有机质和无机矿物组成的复杂不均匀多孔介质,非均质性较强,目前研究鲜有考虑煤岩力学非均质性对煤岩渗透率与孔隙度时空演化规律的影响.基于Weibull概率密度分布函数表征煤岩弹性模量的非均质性,建立了考虑煤岩内甲烷解吸引起的气压变化、线性热膨胀效应和煤岩骨架收缩变形的热流固耦合三维有限元模型,通过煤岩渗透率与孔隙度与温度场、应力场和压力场间的交叉耦合关联式,分析了非均质度下煤岩表征单元体内渗透率与孔隙度参数的变化规律.结果表明:煤岩力学非均质性是影响煤岩渗透率与孔隙度分布的重要因素之一,非均质煤层的渗透率与孔隙度分布呈现出明显的波动震荡特征,在不同位置处的孔渗参数大小不等;随着井眼距离增加,渗透率和孔隙度可能呈现与均质煤岩情况恰好相反的变化趋势.因此,煤岩的孔隙度与渗透率演化是一个复杂的热流固耦合过程.研究结果对指导煤层气高效开采具有重要的理论意义.     

淮南矿区煤、气一体化开采技术探讨

通过对淮南矿区煤厚、煤阶、煤岩、围岩的封闭性、煤层气的含量与组分、煤层的渗透性等煤层气资源地质特征的分析 ,认为淮南矿区是具有丰富煤层气资源及良好赋存条件的地区 ;根据矿区高地应力、煤储层低渗透率的特殊性 ,提出了在该地区进行煤、气一体化开采的设想     

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.     

同家梁矿采区煤柱回收煤岩层的冲击性测试研究

为了给同家梁煤矿煤柱回收冲击矿压发生机理及防治措施研究提供基础数据,以其11号煤层为研究对象,通过室内岩石力学实验,探讨了其煤样和顶底板岩样的容重、单轴抗压强度、单轴抗拉强度、弹性模量、泊松比、凝聚力和内摩擦角等指标,掌握了其煤岩层的物理力学性质。进而分析了同家梁煤矿11号煤及围岩的冲击倾向性,得出了以下结论:同家梁矿11号层煤在煤层冲击倾向性分类中属于3类,为具有强冲击倾向性的煤层;其顶、底板岩层在岩石冲击倾向性分类中也属于3类,为具有强冲击倾向性的岩层。     

含瓦斯煤岩破裂过程固气耦合数值模拟

根据瓦斯渗流与煤体变形的基本理论,并引入煤体变形过程中细观单元损伤与透气性演化的耦合作用方程,建立了含瓦斯煤岩破裂过程固气耦合作用模型·应用该模型模拟研究了煤矿开采诱发的煤与瓦斯突出过程、突出前后煤体中瓦斯压力的变化规律以及采动影响下瓦斯抽放过程中煤层透气性的演化和抽放孔周围瓦斯压力的变化规律,这对于进一步深入理解煤与瓦斯突出机理、瓦斯抽放作用机制等并采取相应的预防和控制措施等具有重要的理论和实践意义·     

煤岩交界面对水力压裂裂缝扩展的影响

针对井下煤层压裂过程中,压裂裂缝扩展至煤岩交界面处,受多种力学因素的综合影响,扩展方向可能会发生偏转.通过建立压裂裂缝遇煤岩交界面二维模型,采用理论分析结合数值模拟的方法,对煤岩交界面的破坏机理及压裂裂缝扩展规律进行研究.结果表明:煤岩交界面与水平剖面的相交角、水平主地应力差、最小水平主地应力、煤岩交界面的黏聚力及煤岩层弹性模量差异等是影响裂缝扩展方向的主要因素.随着相交角或水平主应力差的增加,裂缝直接穿过煤岩交界面的可能性增加;最小水平主地应力越大,裂缝直接穿过煤岩交界面的可能性越小;煤层交界面的黏聚力越小或煤层与顶板岩层的弹性模量差异越大,裂缝沿煤岩交界面扩展的趋势越明显.     

倾斜煤层岩体裂纹生成与扩展对岩体失稳影响

以具有坚硬顶底板,倾斜软煤层顶板初次实稳的实际问题为背景,通过对岩石沿结构面裂纹生成与扩展而形成的岩梁初次失稳破坏形式进行了理论与实验研究。为今后进一步研究提供了科学的依据。     

大同煤田同忻矿可采煤层顶板力学性质及其对开采的影响

矿井生产过程中,顶板事故频发,对煤矿安全生产威胁巨大,有必要明确煤层顶板力学性质和稳定性。本次研究以大同煤田同忻矿为研究对象,收集钻孔地质资料,总结了各可采煤层厚度特征和空间展布特征,确定了各煤层顶板类型;采集各煤层顶、底板岩心样品,以岩石力学测试实验为手段,得出了顶、底板岩石的抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等力学参数,明晰了煤层顶板岩石类型和稳定性,并针对此提供了相应建议。结果表明,研究区发育山2^#、山4^#、2^#、3-5^#、8^#和9^#煤层共6套可采煤层,其中太原组3-5^#和8^#煤层为主采煤层;山2^#煤层顶板多为中硬岩,稳定性相对较好,山4^#煤层顶板类型多为直接顶和老顶,伪顶区域小规模存在,多为中硬岩和硬岩,稳定性较好;2^#煤层可采区域顶板类型主要为直接顶和老顶,软岩—坚硬岩皆有分布;3-5^#煤层顶板类型区域内以直接顶为主,大面积连片分布,伪顶和老顶穿插分布,主要为软—中硬岩;8^#煤层顶板类型多为直接顶和老顶,伪顶罕见,软-中硬岩皆有存在;9^#煤层顶板类型伪顶、直接顶和老顶穿插分布,软岩—中硬岩皆有发育。研究结果对于研究区矿井安全开采有一定的参考价值。     

华北石炭—二叠纪煤系探析

煤系是含有煤层的沉积岩系,按照其成煤时代、煤系特色和煤田分布,我国可分为六大聚煤区。对资源最丰富的华北石炭—二叠纪煤系进行了探讨,阐述了煤系的类型和华北石炭—二叠纪聚煤区的组成,探讨了华北石炭—二叠纪煤系的地层特征,对华北地区煤炭企业的生产和建设具有理论参考意义。     

煤层透气性系数的测定及其分析

以平煤集团公司一矿为例，探讨了煤巷中以透气性系数一矿为例研究结果表明：在煤巷中采用单向流量法测定煤层透气性系民采用径向工层透气性九两 在。