鄂尔多斯盆地临兴西区深煤层地应力场特征及应力变化分析

地应力的大小及方向对深部煤层气开发影响显著。以鄂尔多斯盆地东缘临兴西区为例,基于实验测试、井壁崩落法和断层摩擦系数地应力法,分析了三向主应力的方向与大小,阐释了地应力的基本特征及其空间发育规律。结果显示:8号煤层垂向应力S_v介于44.94～50.46 MPa,平均48.47MPa;水平最大主应力S_H介于35.16～44.53 MPa,平均40.62 MPa;水平最小主应力S_h介于28.79～39.45 MPa,平均33.02 MPa。9号煤层垂向应力介于45.03～50.46 MPa,平均48.57 MPa;水平最大主应力介于35.33～44.53 MPa,平均40.69 MPa;水平最小主应力介于29.01～39.45 MPa,平均33.11 MPa。误差分析显示此地应力计算结果可靠。三向地应力大小与埋深呈正相关关系。在垂向上,三向地应力相对大小表现出明显分带性,即埋深1000 m左右为S_hS_vS_H为特征的剪切型地应力带;埋深介于1000～1800 m表现为S_hS_HS_v过渡带;埋深1800 m表现为S_hS_HS_v为特征的正断型地应力带。在平面上,地应力在平面上总体呈西北部低、中部与南部高、其余地区适中,主要在T-23-2井和T-19井区存在应力低值带。最大水平主应力地应力方向主要以EW-NEE向为主。地应力场的阐释将为研究区深煤层储层物性评价、勘探选区及钻完井工程设计提供地质参考。     

鄂尔多斯临兴西区深煤层地应力场特征及应力变化分析

大小及方向对深部煤层气开发影响显著。以鄂尔多斯东缘临兴西区为对象, 基于实 验测试、井壁崩落法和断层摩擦系数地应力法,分析了三向主应力方向与大小,阐释了基本特征及其空间发育规律。结果显示：8号煤层垂向应力介于44.94 ~ 50.46 MPa,平均48.47MPa;水平最大主应力介于35.16 ~ 44.53 MPa,平均40.62MPa;水平最小主应力介于28.79~39.45 MPa,平均33.02MPa。9号煤层垂向应力介于45.03~ 50.46 MPa,平均48.57MPa;水平最大主应力介于35.33~44.53 MPa,平均40.69MPa;水平最小主应力介于29.01 ~ 39.45 MPa,平均33.11MPa。误差分析显示此地应力计算结果可靠。三向地应力大小与埋深呈正相关关系。在垂向上,三向地应力相对大小表现出明显分带性,即埋深＜1000m左右为Sh＜Sv＜SH为特征的剪切型地应力带、埋深介于1000~1800m 表现为Sh＜SH＜Sv过渡带、埋深>1800m左右表现为Sh＜SH＜Sv为特征的正断型地应力带。在平面上,地应力在平面上总体呈西北部低、中部与南部高、其余地区适中,主要在T-23-2井和T-19井区存在应力低值带。最大水平主应力地应力方向主要以EW-NEE向为主。地应力场的阐释将为研究区深煤层储层物性评价、勘探选区及钻完井工程设计提供地质参考。     

太原西山区块煤储层地应力分布特征及评价

地应力是影响煤层气开发的关键参数,为了分析太原西山区块煤储层地应力条件,为煤层气勘探开发提供理论依据,采用水力压裂法测量地应力,统计了太原西山区块35口井煤储层地应力资料,获取二叠系山西组2号煤储层地应力与煤层埋深之间的相关关系,阐明了现今地应力分布特征。结果表明,研究区山西组2号煤层破裂压力梯度、闭合压力梯度和煤储层压力梯度的平均值分别为4.77 MPa/hm、2.82 MPa/hm和0.6 MPa/hm;2号煤层最小水平主应力梯度、最大水平主应力梯度和垂直主应力梯度的平均值分别为2.82 MPa/hm、3.24 MPa/hm和2.7 MPa/hm。主应力均随煤层埋深增加呈线性规律增高。根据最小水平主应力的大小,将研究区划分为低应力区、中应力区、高应力区3个区。      

黄陇煤田煤层气储层特征

基于煤层气解吸和煤层试井等大量的实测数据,对黄陇煤田煤层的气含量、渗透率、储层压力和最小主应力等储层参数进行了研究。结果表明:黄陇煤田煤层气含量、渗透率较高;地应力较低;气含量、储层压力、最小主应力与煤层埋深呈正相关性;渗透率与最小主应力呈负相关性;渗透率与煤层埋深的关系不明显;最小主应力对储层压力影响明显。综合分析认为,煤层气含量和渗透率较高的彬长、焦坪矿区是煤层气开采最具有价值的区块。      

滇东北新庄地区煤层现今地应力分布预测与分析

现今地应力场影响煤层渗透率、压裂缝形态以及煤层气井的部署和施工,在煤层气勘探开发中具有至关重要的作用。我国滇东北新庄地区煤层结构简单稳定,煤层气含量较丰富,但目前该地区研究程度较低,实测地应力数据少,对压裂工艺以及煤层气高效开发不能提供充足的数据支持。为查明研究区煤层现今地应力分布,在现有实测地应力与岩石力学参数基础上,选取区内最具开发潜力的上二叠统龙潭组C_5煤层作为研究对象,利用三维有限元数值模拟的方法预测研究区现今地应力分布特征。结果表明:研究区以埋深650 m为界,以浅为走滑应力状态,以深主要表现为走滑-正断型应力状态。研究区C_5煤层最大水平主应力为13.0～37.5 MPa;最小水平主应力为9.0～33.0 MPa,整个区内的高应力集中在东北部,低应力区主要出现在南部边缘。煤层地应力受构造作用、煤岩类型及埋藏深度等影响,断层带附近的应力值相对较小,且水平应力差值明显大于其它区域,越靠近向斜核部应力值越大,水平应力差值也越大。研究成果期望可以为新庄地区煤层气勘探开发提供新的地质参考。     

不同地应力测试方法在三山岛金矿2 005 m竖井建井区域的应用及其地应力分布规律研究

地应力对地下工程安全施工及长期稳定性是极其重要的。运用声发射法、非弹性恢复(ASR)法、水压致裂法对三山岛金矿西岭矿区2 005 m竖井工程勘察区域进行地应力测量,获取了其地应力分布规律及其异常区域,并分析了不同地应力测试方法的测试原理、适用条件及测试结果的差异性。结果表明：不同埋深水平最大主应力始终为第一主应力;当埋深增加到一定程度后,第二主应力发生转换,由最小水平主应力转变为垂直主应力;声发射法测量结果表明,第三主应力Kaiser效应点与ASR法、水压致裂法测试结果存在较大差异;分析了σ_H/σ_v、σ_h/σ_v、σ_H/σ_h随埋深的变化趋势(σ_H为水平最大主应力,σ_h为水平最小主应力,σ_v为垂直主应力),并对测试区域地应力异常区域进行了圈定。上述分析为竖井的设计、施工及长期稳定性提供了有效的数据支撑。     

PSO-LSSVM模型在位移反分析中的应用

提出了一种基于均匀设计原理、最小二乘支持向量机(LSSVM)和粒子群优化算法(PSO)的快速位移反分析方法。该方法利用均匀设计和有限差分法获得学习样本,再用粒子群算法搜索最优的最小二乘支持向量机模型参数。并用最小二乘支持向量机回归模型建立反演参数与监测点位移值之间的非线性映射关系,最后用粒子群算法从全局空间上搜索与实测位移最吻合的反演参数。该反演模型利用了粒子群算法高效简单、均匀设计构造高质量小样本以及最小二乘支持向量机的小样本、泛化性能好的特点。将该模型应用于龙滩水电站左岸地下厂房区岩体地应力场的反演分析中,计算结果与实测的位移值和地应力值均吻合较好,说明了该模型在岩土工程快速反演分析中具有良好的应用价值。     

不同地质成因岩石地应力分布规律的统计分析

通过收集我国大陆地区大量的实测地应力资料,筛选出了受局部影响小的实测数据,建立了岩浆岩、沉积岩和变质岩地应力随埋深分布的散点图,并根据各自的分布规律进行了相应的回归分析。结果发现,三大类岩石的地应力分布规律存在差异,其主要与岩石地质成因相关。三大类岩石的垂直应力总体上随埋深呈线性增大,量值接近各自上覆岩层自重;最大水平主应力随埋深均呈线性增大,相同埋深条件下,火成岩量值最大,变质岩次之,沉积岩最小;而沉积岩浅部最小水平应力大于岩浆岩;三大类岩石的水平差应力总体上随埋深也呈线性关系,相同埋深条件下,火成岩较大,而沉积岩较小;浅部岩浆岩平均水平主应力与垂直应力之比最大,而沉积岩较小。     

基于原位地应力测试及流变模型的深部泥页岩储层地应力状态研究

深部泥页岩储层地应力状态的准确确定是页岩气等非常规能源高效开发的关键。综合基于原位地应力测试获得水平最小主应力,建立基于流变模型的地应力剖面,应用成像测井技术确定水平最大主应力方向等,是准确确定泥页岩储层地应力的有效方法。将该研究思路应用于陕西汉中SZ1井,利用水压致裂原地应力测试方法获得储层水平最小主应力值范围为32~41 MPa;利用偶极声波测井数据获得岩石力学参数,结合地壳应变率和储层埋藏史,建立了SZ1井地应力剖面,结果表明牛蹄塘组1950~2025 m深度范围内水平主应力差介于10~15 MPa,水平最小主应力值范围为28~41 MPa,水平最大主应力值范围为47~49 MPa,预测得到的水平最小主应力值与实测结果具有较好的一致性。原地应力实测及流变模型预测结果揭示SZ1井地应力为正断型(S_v＞S_H＞S_h)或正断型与走滑型相结合的应力状态(S_v≈S_H＞S_h)。水平主应力差随伽玛值的升高而变小,表明地应力剖面与地层岩性具有较好的对应关系。基于成像测井揭示的钻孔诱导张裂隙分布特征,SZ1井水平最大主应力方向约为N74°W,与区域构造应力场方向基本一致。相关结论为准确认识SZ1井目标层地应力状态,以及后期水平井布设及压裂控制等提供了重要依据。      

我国大陆地下水封洞库库址区地应力场分布规律统计分析

收集我国大陆地区湛江、黄岛、烟台、惠州、锦州、大连等在建和已建的地下水封洞库工程区76组地应力测试数据,建立了我国地下水封洞库库址区水平主应力 、垂直主应力 及侧压比k随埋深的分布图,参照Hoek-Brown方法对地应力特征进行回归分析。结果表明,我国大陆地区地下水封洞库库址区浅部地应力总体上随埋深H增大而增大,垂直主应力 与H线性关系良好,应力变化梯度略小于Hoek-Brown关系式中的0.027;最大主应力 及最小水平主应力 整体上随深度增大而线性增大,散点主要分布在一个倾斜的平行带内;(3) 侧压比k在H＜200 m范围内分布较为分散,在H ＞200 m范围内较为集中,且侧压比分布包络线位于Hoek-Brown包络线之内,与全球地应力分布规律较为接近。研究分析和总结了我国地下水封洞库库址区建库深度范围内地应力场分布规律,对我国石油（气）战略储备的规划布局、建设和发展具有一定参考价值。     

淮南煤田潘集煤矿外围勘查区水压致裂地应力测量研究

为分析淮南煤田潘集煤矿外围勘查区的地应力分布规律,采用水压致裂法及装置,对研究区深部勘查区域地应力进行了测试。本次研究共完成3个钻孔、28个测点的现场实测,3个钻孔深度均超过1400 m,其中最大测点深度为1460 m。通过实测和分析,获得了勘查区的地应力状态及其分布规律。研究结果表明:(1)勘查区深度466~1460 m范围内最大水平主应力为13.62~54.58 MPa,最小水平主应力为11.79~37.93 MPa,最大水平主应力方向为NEE向,实测地应力值随着深度增加成近似线性增长的关系;(2)勘查区最大水平主应力与垂直应力的比值为1.03~1.44,平均比值为1.28,表明勘查区地应力状态以水平应力为主导;(3)在埋深450 m以深地应力场类型表现为构造应力场型,且随深度增加,构造应力显现也增大。测量结果可为勘查区矿井规划与煤炭开采设计提供科学依据。     

淮南矿区深部地应力场特征研究

利用水压致裂法和套孔应力解除法对淮南矿区-500～-1 000 m深度范围内的12个矿井进行了地应力测量,取得了19个有效测点的数据。数据分析表明：（1）淮南矿区深部地应力场以水平应力为主,构造应力占绝对优势,属于典型的构造应力场类型;（2）地应力量级属高应力水平;（3）垂直主应力、最大及最小水平主应力随深度的增加均呈增大趋势;（4）侧压系数 随深度增大而减小,地应力场有从大地动应力场型向准静水压力场型过渡的趋势;（5）侧压比 的回归曲线分布于Hoek-Brown内外包线带内,且变化趋势与Hoek-Brown曲线相似,但与Hoek-Brown曲线相比,回归曲线 值偏小;（6）最大水平主应力与最小水平主应力的比值范围为1.12～2.02,其中68.42%的测点分布在1.67～2.02之间;（7）最大水平主应力方位为NEE－EW向。最后探讨了淮南矿区地应力与地质构造的关系,分析认为,矿区最大主应力方向与构造运动密切相关,矿区现今构造应力场最大主应力方位与实测最大水平主应力方位大致吻合。     

基于深度置信网络的煤层含气量测井解释研究

为了解决煤层含气量定量解释问题,将煤层测井数据与煤心解吸数据作为输入和输出参数,构建深度置信网络(DBN),进而预测煤层含气量。研究以甘肃合水地区测井数据为例,筛选出该地区120组煤层样品作为DBN样本分析数据。选择短源距自然伽马、自然伽马、密度、长源距自然伽马和浅侧向5条测井曲线,作为DBN的输入参数,煤层气含量作为DBN的输出参数,研究RBM数量和隐藏神经元数量对计算结果的影响。并通过概率统计法、BPNN、DBN和SVM计算了30组煤层的煤层气含量,比较不同方法的预测效果。结果表明:①受限玻尔兹曼机(RBM)对DBN计算结果的精度有一定的影响,RBM数量达到7层时,预测结果准确性更高;②选择合适的隐藏层神经元数量,可以保证计算结果的精度和稳定性,神经元数量为20时,预测结果精度更高,稳定性更好;③RBM使得DBN的准确性高于BPNN,此外,DBN的计算准确性和稳定性高于概率统计法和SVM。     

靖边气田煤层地应力及井壁稳定研究

煤层地应力测量难度很大,煤层垮塌失稳力学机理的研究还无法深入。针对这一现状,利用含煤层系中硬岩层的地应力实测结果,以组合弹簧模型为基础,反求出构造作用引起岩层水平方向的应变量,以此来确定后续地应力有限元模拟的边界条件,将硬岩层的地应力实测、理论模型计算以及有限元数值模拟三者有机结合起来,反演得到煤层地应力状态,从而建立起一套含煤岩系等软岩层地应力研究新方法。利用该方法对靖边气田某区块LP-1井煤层井壁稳定进行了研究,结果表明：沿最小水平地应力方向钻井井壁稳定性最好,沿最大水平地应力方向钻井井壁稳定性最差,而沿最大和最小水平地应力角角平分线方向钻井井壁稳定性介于前两者之间。     

Effects of in-situ stress and joint on permeability of the coal bed in Linfen block,southeastern Ordos Basin,China

Effects of in-situ stress and joint on permeability of the coal bed depend on orientation relationships between in-situ stress and joint. In-situ stress orientations of Linfen block of southeastern Ordos Basin were determined by systematical measurements of the loess joints. In-situ stress magnitudes were calculated based on well logging and hydraulic fracturing data. Joint orientations of the No. 5 coal bed and density distributions of the overlying sandstone bed were investigated. The results show that the NE-oriented maximum horizontal principal stress, approximately parallel to the predominant joint orientation of the coal bed, is favorable to the openness of the predominant joints. The minimum horizontal principal stress, with its orientation perpendicular to the predominant joint orientation, tends to induce the closure of the predominant joints. The stress state of No. 5 coal bed is o_v > 0_H > O_h, which is favorable for the openness of subvertical joints and an increase in the permeability. The permeability of No. 5 coal bed increases obviously with increasing effective vertical stress and effective horizontal maximum stress and decreases with increasing effective horizontal minimum stress. Besides, the permeability of No. 5 coal bed exhibits a good exponential relationship with the density of predominant joint set. Therefore, predominant joints with the orientation of 45° mainly contribute to increases in the permeability of the No. 5 coal bed in Linfen block. Multidimensional analysis show good exponential relationships among the permeability, predominant joint density, and effective stress of the No. 5 coal bed.     

下伏煤层开采对上覆巷道围岩应力的影响

为了掌握淮南矿业集团潘三矿17101(3)高抽巷下伏11-2槽煤开采前后高抽巷的应力状态,采用空心包体应力解除法对巷道在下伏煤层开采前后各做了6个点的地应力测量,并通过有限差分软件FLAC3D对该工程进行了数值模拟计算。结果表明,该区最大主应力大小为21.62 MPa,最大主应力方向接近水平方向,最大水平主应力是竖直应力的1.42倍左右,具有明显的构造应力特征。通过下伏煤层开挖实测地应力分析比较得知,最大水平主应力比开挖前减小了3%。      

上海地区浅部地应力测量及其构造地质意义分析

通过水压致裂法与超声波成像测井法相结合的方法,对上海地区浅部（180 m深度范围）原位地应力进行了测量。测量结果表明:最大水平主应力值在9.54~12.91 MPa之间,最小水平主应力值在5.41~6.96 MPa之间,最大水平主应力方向为北西42°-62°,优势方位为北西,地应力结构为S_H > S_h > S_v,可以反映区域构造应力场特征。依据区域内断裂空间分布特征和现今实测地应力结果综合分析认为,北东向断裂易于发生压性或压扭性逆断活动,断裂相对稳定;而北西向断裂易于发生张性或张扭性正断活动,在现今相对较高的应力水平状态下仍值得关注。测量结果可能对于揭示区域构造界线（江山-绍兴断裂）的走向有一定启示。