基于保压取心的深部煤层原位压力计算原理及方法初探

准确获取煤层原位瓦斯压力是防治瓦斯灾害的关键环节,现阶段仍需探寻测量准确、经济投入小、测定周期短的瓦斯压力测定手段。基于深部煤层原位保压取心原理技术,提出了深部煤层原位瓦斯压力计算方法并形成其测定流程,构建了保压空间内瓦斯压力演化数值模型,对比理论与数值模拟结果验证方法的可靠性,进一步探究煤层不同原位瓦斯压力下保压空间内瓦斯压力演化规律。结果表明：保压空间中瓦斯压力示数并非煤层原位瓦斯压力,当保压空间中压力示数为0.3 MPa时,煤层原位瓦斯压力约0.38 MPa;保压空间中瓦斯压力平衡值越大,原位状态游离瓦斯占比越大,平衡后游离瓦斯质量占比也越大;随着保压空间中瓦斯由原位状态向新平衡态转换,游离瓦斯质量占比逐渐增加,吸附态瓦斯质量占比则相应减小;保压空间内瓦斯压力演化规律分为3个阶段,自取心完成后分别经历瓦斯压力快速增加、缓慢增加以及最终平衡阶段;基质内吸附态瓦斯压力缓慢衰减,游离态瓦斯压力快速衰减,保压空间内瓦斯压力先快速增加后趋于稳定最终达到压力平衡;煤心渗透率越大,保压空间中瓦斯压力达到平衡所需时间越短,但其保压空间中瓦斯压力最终平衡压力与煤心渗透率无关。     

煤层瓦斯含量计算方法探讨

煤层瓦斯含量作为煤层瓦斯摹本参数之一，准确测定有重要意义：目前常用的煤层瓦斯含量计算方法是根据已知的煤层瓦斯压力和实验室测出煤样干燥无灰基的吸附常数计算，需水分、灰分系数校正，在实践中我们采用煤样空气干燥基的langmuir体积和langmuir压力来计算煤层吸附瓦斯含量，获得了更为简化适用的公式。     

温州浅滩淤泥固结系数与固结应力关系研究

固结系数在软土压缩过程中并非常数,其变化规律与土体的工程特性、先期固结压力、有效固结应力等因素有关。当固结应力小于土体的先期固结压力时（ ）,随着应力的增加,固结系数减小;当固结应力达到其先期固结压力时（ ）,固结系数取最小值;当固结应力超过先期固结压力后（ ）,随着应力的继续增加,淤泥固结系数又逐渐增大。温州淤泥的固结系数与固结应力之间存在显著的双对数（ln( 或 )- ）线性相关性,其分段拟合公式在先期固结压力 的前后分为两段。利用“改进的门田法”求解的淤泥层在压缩过程中,固结系数的变化规律,进一步说明和验证了这一结论。利用双对数拟合公式可较准确推求整个加载过程中淤泥的固结系数,为固结沉降计算提供重要的参数。     

穿层钻孔各煤层瓦斯抽采比例计算方法及应用

为了测定穿层钻孔多煤层瓦斯抽采各煤层瓦斯抽采比例及残余瓦斯含量,分别提出了相应的解决方法。计算穿层钻孔多煤层瓦斯抽采各煤层瓦斯抽采比例时,提出将煤层厚度、原始瓦斯含量、透气性系数的乘积作为瓦斯抽采相关量,将瓦斯抽采相关量归一化处理来计算,考虑了影响穿层钻孔瓦斯抽采的主要因素;预测穿层钻孔多煤层瓦斯抽采各煤层残余瓦斯含量时,利用原始瓦斯含量与吨煤瓦斯抽采量来计算,吨煤瓦斯抽采量与穿层钻孔瓦斯抽采总量、穿层钻孔在该煤层的瓦斯抽采比例及该煤层的质量有关。结果表明:提出的穿层钻孔多煤层瓦斯抽采各煤层瓦斯抽采比例计算方法,与贵州省青龙煤矿现场实测结果的最大相对误差仅为2.03%,能够满足工程实践的需要。      

大黄山一号井地质构造特征及其对煤层瓦斯赋存的影响

为了分析地质构造及其演化对新疆大黄山一号井煤层瓦斯赋存的影响,对井田地质构造及演化特征、含煤地层埋藏-抬升史、煤层变质作用、瓦斯生成与赋存特征等开展研究,为大黄山一号井瓦斯灾害防治提供理论指导。研究表明：井田地处博格达山北缘逆冲推覆构造带之山前弧形逆冲断褶带,受高角度叠瓦状逆冲断层及南北向构造挤压应力控制,井田主体构造表现为一南北翼被NE、NW向共轭走滑平移断层切割的轴面南倾的弧形紧闭倒转向斜。井田含煤地层沉积后主要经历了两个阶段：第Ⅰ阶段为快速沉降,并于晚侏罗世至最大埋深4 000m左右,煤层达到气煤变质阶段,煤层瓦斯大量生成;第Ⅱ阶段为持续挤压抬升形变,煤层瓦斯大量逸散。受切向应变主动褶皱作用控制,井田向斜南北两翼向核部,煤层所受挤压应力越来越大,导致煤层孔隙率、透气性系数愈来愈小,煤层瓦斯含量及瓦斯压力愈来愈高。受东西差异性挤压弧形构造背景控制,北翼西部煤层瓦斯含量及瓦斯压力普遍高于东部,且表现出由西向东逐步降低的趋势。受走滑斜移断层控制,断层附近煤层瓦斯含量及瓦斯压力出现局部高值。     

SF_6气体示踪法测定低透气性高瓦斯煤层瓦斯抽放半径

针对目前应用较多的瓦斯抽放半径测定方法——相对瓦斯压力测定法与实际情况偏差较大问题,以神华乌海能源公司平沟煤矿16号低透气性高瓦斯煤层为研究对象,在井下1606工作面施工瓦斯抽放试验钻孔,采用SF6气体示踪法测定工作面瓦斯的抽放半径,并比较了不同抽放半径的瓦斯抽放效果。实测结果表明,SF6气体示踪法所测定的瓦斯抽放半径使瓦斯抽采效率显著提高,该方法为煤层预抽瓦斯钻孔间距的设计提供了依据,可以在低透气性高瓦斯煤层的瓦斯抽放半径测定中推广使用。     

钻孔煤层瓦斯压力测试及成果评价

该文简要介绍了ＫＺＷＹ９１－１０００型钻孔煤层瓦斯压力测定仪的组构及技术特征，测试钻孔应具备的地质条件；阐述了测试方法中应注意的问题；介绍了压力曲线评价标准，分析了影响瓦斯压力的主要地质因素；讨论了矿井和钻孔测试瓦斯压力恢复平衡时间相差较大的原因。     

贵州省岔河勘探区主采煤层瓦斯压力分析

分析岔河勘探区龙潭组主要煤层6号煤瓦斯压力的实测结果,及部分钻孔依据煤层瓦斯含量计算的瓦斯压力,得出该主采煤层瓦斯压力均大于煤层突出危险性指标的临界值0.74MPa,说明该区主煤层存在突出危险性。比较实测瓦斯压力与计算结果,认为计算结果偏小的原因与煤层瓦斯含量有关：一是在钻具提升过程中部分瓦斯逃逸,造成煤样解吸测定过程中累计解吸的气体量变小;二是气体损失存在误差;三是解吸化验时间过长,产生泄出现象,导致实测瓦斯含量偏小。     

倾斜煤层水力压裂起裂压力计算模型及判断准则

针对目前倾斜煤层起裂机制不明确,导致水力压裂时盲目升高压力或增大注水量来增加煤层透气性的问题,根据最大拉应力理论,分析真实环境下倾斜煤层压裂钻孔周围应力状态,建立压裂钻孔周围煤岩体起裂压力计算模型及判断准则,并在重庆松藻煤电公司同华煤矿进行了验证,结果表明,根据实测压裂区域地应力状态,起裂压力随煤层倾角增大而增大,钻孔起裂位置随煤层倾角增大逐渐向走向方向偏转;现场试验起裂压力与理论计算相符,随煤层倾角增大而增大,从而验证了计算模型的正确性。     

深部煤层原位保压取心技术原理与瓦斯参数测定研究进展

煤层原位瓦斯压力与瓦斯含量是深部煤矿安全生产与煤层气资源精准评估的关键参数。针对深部煤层原位瓦斯含量精准测定的技术难题,提出了原位保压取心与原位瓦斯含量和压力测试的全新原理,推导并建立了煤层原位瓦斯含量计算方法和考虑含水率及多气体组分影响的煤层原位瓦斯压力计算方法。根据矿井深部原位应力环境特点与多向取心工程需求,分别自主研发了重力式、弹力式和磁力式保压控制器,可实现任意角度保真取心。自主研制了集低扰动保压取心与样品含气量一体化测试技术与装备,可实现与保压取心器对接并解锁的原位样品转移、破碎与测试,解决了原位取心、样品转移过程中瓦斯量损失问题,大大提高了瓦斯含量测定的准确性,为精准测定深部煤层原位瓦斯压力及瓦斯含量提供了理论和技术支撑,以期降低瓦斯事故,提高高突矿井安全开采效率。     

煤层气储层动态渗透率影响因素及排采管控措施

排采管控方法对煤层气储层动态渗透率具有显著影响。基于煤层气井不同排采阶段渗透率的主控因素，以提高和改善渗透率为目标，提出了针对性的排采对策。井底流压大于原始储层压力时，降压速度为0.03~0.05 MPa/d，可降低压裂液和速敏伤害；井底流压在原始地层压力和解吸压力之间时，以小于0.03 MPa/d的速度降压，避免加剧储层"渗透率漏斗"；在解吸压力以上0.2~0.3 MPa时开始以0.01 MPa/d速度降压，在解吸压力附近稳压排水30 d，解吸后套压控制在0.2~0.3 MPa左右，避免两相流造成的水相渗透率下降；提产段通过变速提产强化基质收缩作用改善储层渗透率；稳产段主要通过单位压降增产量来确定合理的稳产产量，实现煤层气井长期高产稳产。现场试验表明，该方法取得了较好的应用效果。      

六盘水地区煤层气井合层排采实践与认识

为了提高煤层气井合层排采效果，需要合理划分排采阶段并制定与之对应的管控措施。基于贵州六盘水地区以往煤层气勘查与试采工作，分析该区二叠系龙潭组煤层气地质条件和煤储层特征，对比分析两口煤层气井合层排采管控制度及其效果。结果表明:研究区具有煤层层数多、单层厚度薄、含气量高、储层压力大、煤层渗透率低、局部构造煤发育等煤层气地质特点，使煤层气井排采过程中压敏效应和贾敏效应较明显，储层伤害较严重，煤层气井高产时间较短，产气量较低。应该优选厚度较大、含气性好的原生结构煤层或煤组进行射孔压裂。在合层排采过程中，对排采阶段进行合理划分，并根据排采阶段控制流压、套压、流压降幅、套压降幅和液面高度等参数，可有效减小压敏效应、贾敏效应、速敏效应等储层伤害。合理的合层排采管控有助于实现控制产气量稳定平稳上升、煤层气井长期稳产与高产的目标。      

致密煤层气藏三维全隐式数值模拟

我国煤层普遍存在低渗、低储层压力和低含气饱和度等不利条件,许多研究表明,低渗透多孔介质中的气体运移存在启动压力梯度。为了让数值模拟模型能更加准确地描述致密煤储层中流体的运移特性,基于前人的研究成果,建立了考虑启动压力梯度的致密煤层气藏三维、非平衡吸附、拟稳态条件下气、水两相耦合流动数值模拟模型,并给出了模型的全隐式有限差分格式和数值求解方法。最后利用沁水盆地某生产井的试井资料进行了模拟计算,模拟结果表明,在其他条件相同的情况下,启动压力梯度的存在使得煤层的降压效果变差,且延迟了产气高峰的到来。对比该井的开采资料,模拟结果是合理的,模型能正确反映致密煤层气藏中流体的运移特征。     

煤层气垂直井排采控制决策系统的开发

合理的排采工作制度是提高煤层气井产量和节约成本的关键。根据煤层气井压裂裂缝延伸特点和排采过程相态变化特点,结合压力传递模型及Langmuir吸附模型,得出了不同排采阶段的识别标识;根据KGD模型,结合压裂施工工艺参数,以及渗透率与孔隙度的关系,分别建立了水平最小、最大主应力方向上的渗透率预测模型;根据达西定律及排采过程中煤基质与裂隙的正负效应,建立了不同排采阶段物性参数变化模型;根据压力传递特点及气、水相对渗透率变化,最终建立了不同排采阶段、不同过程的排采强度预测模型。借助Visual Basic开发工具,研制了煤层气垂直井排采控制决策系统。晋城矿区潘庄井田应用表明,该系统具有一定的应用前景。      

Relative permeability of CBM reservoirs: Controls on curve shape

Relative permeability to gas and water for 2-phase flow coalbed methane (CBM) reservoirs has long been known to exhibit a strong control on (gas and water) production profile characteristics. Despite its important control on both primary and enhanced recovery of CBM for coal seams that have not been fully dewatered, relative permeability in coal has received little attention in the literature in the past decade. There are few published laboratory-derived curves; these studies and their resulting data represent a small subset of the commercial CBM reservoirs and do not allow for a systematic investigation of the physical controls on relative permeability curve shape. Other methods for estimation of relative permeability curves include derivation from simulation history-matching, and production data analysis. Both of these methods will yield pseudo-relative permeability curves whose shapes could be affected by several dynamic CBM reservoir and operating characteristics.The purpose of the current work is to perform a systematic investigation of the controls on CBM relative permeability curve shape, including non-static fracture permeability and porosity, multi-layer effects and transient flow. To derive the relative permeability curves, effective permeability to gas and water are obtained from flow equations, flow rates and pressure data. Simulated cases are analyzed so that derived and input curves may be compared allowing for investigation of CBM reservoir properties on curve shape. One set of relative permeability curves that were input into the simulator were obtained from pore-scale modeling. Field cases from two basins are also examined and controls on derived relative permeability curve shape inferred. The results of this work should be useful for future CBM development and greenhouse gas sequestration studies, and it is hoped that it will spark additional research of this critical CBM flow property.     

考虑基质收缩效应的煤层气应力场-渗流场耦合作用分析

在煤层气的初级生产过程中,为了获取较高的生产率,需要降低储层压力,储层压力下降对于煤层气的渗透率具有两个相反的效应：（1）储层压力下降,有效应力增加,煤层裂隙压缩闭合,渗透率降低;（2）煤层气解吸,煤基质收缩,煤层气流动路径张开,渗透率升高。Shi和Durucan、Palmer-Mansoori以及Gray等都建立了包含了基质收缩效应以及有效应力的影响的渗透率模型,其模型都基于以下两个关键假设：煤岩体处于单轴应变状态以及竖向应力恒定。为了检验上述两个假设的合理性,建立了一个考虑基质收缩效应以及渗流场-应力场耦合作用下的煤层气流动模型,对煤层气初级生产过程中渗透率的变化进行了耦合分析。分析结果表明：单轴应变的假设具有合理性,而竖向应力是随指向生产井的应变梯度的变化而变化的,其对于渗透率的变化具有重要影响,因此,竖向应力恒定的假设可能导致渗透率预测出现误差;上述渗透率模型都可能低估煤层气初级生产过程中渗透率的变化。     

煤层气井排采历史地质分析

根据晋城、潞安、焦作、铁法4个矿区25口煤层气生产试验井的排采资料,从煤储层渗透性和含气饱和度、生产压降条件、地下水系统、储层能量系统等方面综合分析研究,将排采曲线归纳为4种具有代表性的类型。认为煤储层渗透率0．5mD以上、临储压力比0．6以上以及含气饱和度80％以上,是获得高产煤层气井的必要储层条件。同时,煤储层和围岩的不同组合。将直接影响煤层气井的生产状况。     

具有越流补给的含水煤层渗流模型求解与典型曲线

为了分析水层越流补给对煤层气井早期排水的影响,根据不稳定渗流理论,引入越流系数,建立了考虑层间越流现象的煤层中水的渗流数学模型。通过Laplace变换对模型求解,并利用Stehfest反演得到实空间的解,采用新的参数组合,分别绘制了压力和压力导数双对数曲线图版。从物理渗流机理上分析了层间越流对曲线形态的影响,随着越流系数的增大,径向流结束的时间越早;同时提出了利用典型图版拟合确定储层渗透率、表皮系数以及越流系数的方法。典型图版有助于定量评价越流的强弱,对煤层气井后续排采制度的调整具有指导意义。      

煤层气藏水平井渗流规律与压力动态分析

通过气体拟压力代替Langmuir吸附公式中的压力,得到了煤层气藏水平井拟稳态渗流的数学模型。采用积分变换和分离变量等方法求解了数学模型,给出了Laplace变换空间解。绘制并分析了吸附因子、储容比、窜流系数和渗透率模数对典型曲线的影响。通过分析指出,拟稳态流的双对数压力导数曲线会出现明显的“V”形曲线,并且储容比和煤层气吸附系数主要影响“V”形曲线的深浅,而窜流系数主要影响“V”形曲线出现时间的早晚。渗透率变异系数主要影响典型曲线的晚期形态,而对早期形态没有影响。      

沿抽采井筒的煤储层渗透率模型研究

渗透率是表征瓦斯流动的重要参数,为保证煤矿瓦斯安全高效抽采,有必要探究距抽采井筒不同位置处煤层瓦斯渗流演化特征。然而,瓦斯抽采过程中伴随有效应力、煤基质对瓦斯的吸附/解吸能力以及煤储层温度的不断变化,甚至出现抽采损伤,使得煤层瓦斯运移行为异常复杂。为探究抽采过程的煤层瓦斯渗流特性,在圆柱坐标系下,考虑压力场与温度场变化对煤储层渗透率的影响,构建温度影响的孔隙压力时空演化函数,据此建立应力与温度作用下的煤储层渗透率模型。结果表明:建立的模型能合理描述沿抽采井筒孔隙压力的演化规律以及瓦斯的运移特性,即在恒定外应力的条件下,随抽采时间增加,不同位置处孔隙压力先降低后变化平缓,煤储层渗透率先降低后升高;此外,同一煤储层位置处,考虑温度比不考虑温度的渗透率计算值更低;通过讨论发现,随抽采时间增加,根据裂隙压缩与基质收缩对渗透率演化的不同效应,设置合理的负压抽采方式可提高瓦斯抽采量。