干热岩勘查开发工程场地选址评价指标体系研究

干热岩是储量大、用途广的新型、可再生绿色能源,对其进行开发利用意义重大。就我国现状而言,寻找适宜的干热岩勘查开发工程场地是成功实现干热岩开发利用的关键。从干热岩工程开发亟待解决的选址问题出发,系统地总结了国内外干热岩勘查开发的选址经验,从资源、技术、安全和经济4个方面建立了包含4个指标层共20个指标的干热岩勘查开发工程场地选址评价指标体系; 基于层次分析法,计算了各评价指标的权重,并提出了基于层次分析-综合评分法的干热岩勘查开发工程场地选址评价方法。该指标体系和评价方法对干热岩勘查开发工程场地选址具有一定指导意义。     

煤矿地应力测量及其工程意义

依据对淮北芦岭煤矿地应力测量及巷道工程变形破坏调查和分析，指出地应力的大小、方向和分布状态是井巷工程稳定性评价及其工程设计的重要依据。地应力测量对正确认识煤矿工程中的各种动力现象并阐明其机制，对煤矿工程设计更加合理、安全十分必要。     

利津干热岩型地热资源调查评价关键技术研究

干热岩型地热资源是储量大、用途广的新型、可再生绿色能源,对其进行调查评价意义重大。本次从区域干热岩靶区选址、物探、钻探、岩芯取样测试、综合测井、抽注水试验、目的层压裂、热储评价等方面,系统地总结分析了干热岩型地热资源调查评价中涉及的关键技术。同时以利津干热岩GRY1孔进行说明,结果表明：虽然其天然裂隙率及渗透性较差,但经水力压裂后其渗透系数有大幅提高,压裂模式属于人工高压+天然裂隙复合压裂模式,在可控的孔口压力下能获得较大的注入水量,有利于干热岩资源的开发利用;干热岩做压裂试验时应选取天然裂隙发育段作为压裂试验的目的层,陈庄潜凸起区内埋深5000m范围内干热岩蕴藏的热资源量为2. 654×10↑20J,折合标准煤90. 21亿t;可利用资源量为5. 29×10↑18J,折合标准煤1. 804亿t。该研究对干热岩勘查开发工程场地选址、调查评价等方面具有一定指导意义。     

基于微地震连续裂缝网络模型的SRV研究

在干热岩的开发和改造阶段,需要对储层进行水力压裂改造,储层改造体积(stimulated reservoir volume, SRV)是评价压裂效果的主要标准。微地震监测作为水力压裂的技术环节之一,可以对储层改造体积进行有效估算。本文探讨了基于微地震连续裂缝网络模型的SRV计算方法,以指导干热岩的水力压裂工作。首先,基于微震事件时空分布特征与多项震源参数进行连续裂缝网络建模;其次,提取裂缝网格长度,并选取适当的裂缝高度与裂缝宽度以计算储层改造体积;最后,选取某双井型干热岩微地震监测数据对该方法进行实际应用。实例应用结果表明,该方法可有效估算储层改造体积,为干热岩后续开发与改造提供依据。     

我国原位地应力测量与地应力场分析研究进展

随着我国交通、能源和水利水电等行业快速发展,在复杂地形地貌和地质条件下兴建大量岩土工程,尤其是深埋长隧道,原位地应力测量及其相关研究逾加重要。我国自20世纪60年代首次成功进行原位地应力实测以来,在地应力测量及相关研究方面已取得了长足进展。文中扼要介绍了我国地应力测量的发展历程,着重总结了在钻孔应力解除法、水压致裂法和其他常用原位地应力测量法及工程区初始地应力场分析研究方面所取得的进展,并结合我国区域构造应力环境和岩土工程的特点,对地应力测量和工程区初始地应力场研究方面的展望阐述了一点认识。     

地应力影响煤层气勘探开发的研究现状与展望

通过总结评述前人关于地应力影响煤层气勘探开发的相关文献和成果,讨论了地应力与煤层气成藏、地应力与煤储层渗透率、地应力与煤储层压裂改造、地应力与煤层气井位部署的关系,对相关研究工作的未来走势进行了展望。认为：地应力控制着煤层气成藏过程中的各个环节,是影响煤层渗透率中最主要的因素,也是煤层气井压裂设计和井网部署必须考虑的重要参数。地应力研究对煤层气勘探开发意义重大,且亟待加强。     

深埋低水平地应力硬质岩隧道稳定性研究

低地应力是地下工程中极易被忽视的一种应力状态,它对地下工程稳定性有重要影响。本文通过分析地应力影响特征,指出了地应力分析应从地质构造和构造形迹分析入手。鉴于地应力测量中存在多种问题,提出了地下工程低地应力的地质标志判别方法。结合低水平地应力条件,给出了块体组合结构面强度的分级办法,推导出地下工程中常见块体的二维计算公式,并将其应用于工程实践,结果证明该计算方法比较符合实际。     

增强型地热系统：国际研究进展与我国研究现状

干热岩地热能源已经受到全世界广泛关注。基于干热岩能源的巨大潜力和我国日益增长的能源需求,近年来,政府、大学、科研院所和企业在干热岩资源勘查、增强型地热(EGS)等方面做了许多科学研究与技术开发。为了促进我国干热岩资源的开发和增强型地热系统(EGS)示范场地的建设,本文收集和整理了国内外大量文献和相关资料,分析了目前国际典型EGS示范场地最新研究动态,总结了2013~2016年国际上开发最为活跃的EGS场地在开发过程中所取得的经验和教训。结合我国现有EGS场地的具体条件,详细阐述了我国干热岩远景区存在的问题,并对我国未来干热岩的开发和示范场地的建设提出建议。     

沁水盆地中—南部煤储层渗透率主控因素分析

通过对沁水盆地中-南部井下煤层宏观裂隙的观测和统计, 将其按大小和形态特征划分为四级, 并在扫描电镜下对显微裂隙进行了系统描述和测量。在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, 指出影响本区煤储层渗透率的主控因素是地应力 (埋深), 在埋深相似的条件下, 其他因素对参透率起着更重要的作用。      

地热储层单裂隙岩体渗流传热数值模拟研究

研究地热储层裂隙岩体中的渗流传热过程对干热岩地热资源的开采具有重要的意义。本文以干热岩地热工程为背景,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件对地热储层单裂隙岩体中渗流传热机理进行了研究,并分析了流体注入速度和温度对岩体温度场的影响及其对干热岩地热工程的影响。研究发现流体参数对岩体温度场的影响主要体现在两个方面：一方面是对岩体温度场受扰动区域以及幅度的影响,另一方面是对岩体温度场达到稳态所需要时间的影响。流体注入速度的提升会降低系统的寿命和寿命期的出口法向总热量值,当考虑出口法向总热通量时,存在最佳流体注入速度,本研究中最佳流体注入速度为0.011m/s。流体注入温度的提升会增加系统的寿命和系统的出口法向总热通量和总热量。研究为干热岩自热资源的开发与利用提供了理论依据,为工程运行参数的设计提供了参考依据。     

垂直孔应力解除法地应力测试技术及工程应用

针对应力解除法在垂直深孔中应用的局限性,提出一种适用于垂直深孔的应力解除法地应力测试技术。研制基于显微光学成像原理的触头式孔径变形测量装置,通过对单动双管钻具进行优化配接,形成了适用于垂直深孔的地应力快速测试技术。孔径变形测量装置采用孔径变形感知、显微成像及测量定向等关键技术,简化了测试过程,缩短了测试时间,能够实现高地温、高水压垂直深孔中多方向孔径变形测量;引入单动双管钻具,对其钻进、取芯以及过流进行优化配接,形成了地应力辅助测试装置。在金山店铁矿张福山矿床–410 m和–500 m水平进行了地应力测试,获取到的环形岩芯内径稳定,且完整性高,验证了辅助装置具备精确成孔和完整取芯的技术优势,为孔径变形准确测量提供了保障;计算得到了4个点位处的地应力数据,其主应力基本随深度增加而增大,最大水平主应力约在NNW～NNE方向上。研究表明,垂直孔应力解除法地应力测量技术能够在垂直深孔中快速、可靠地实现地应力测试     

岩体原地承载能力评价方法初步研究

有效评价岩体的原地承载能力,对于水电工程设计和安全运行是非常重要的。结合现场实测资料对岩体的原地承载能力评价方法进行了分析研究,提出了具有明确物理意义的评价岩体在长期高水头作用下原地承载能力试验方法,对水力劈裂和单压力点压水试验的原理、方法进行了论述。从理论上讨论了岩体原地承载能力与地应力、孔隙压力的关系,探讨了岩体原地承载能力的时间效应及其影响。依据裂隙面正应力和孔隙压力的影响,给出了岩体的原地承载能力取值范围。     

岩石非弹性应变恢复(ASR)地应力测试方法中柔度研究进展评述

本文通过分析国内外非弹性应变恢复(ASR)法地应力测量研究现状,并对ASR法中重要的柔度参数作了系统整理,认为该测量方法在理论上逐渐趋于成熟,在技术应用上有广阔的前景,但该地应力测量原理中,针对温度、应力环境(作用应力)对ASR岩石柔度影响的研究相对较少,还存在一些缺陷,为此提出了该地应力测试方法有待改进或补充的建议,为完善ASR法地应力测量原理指明了研究方向,对今后ASR地应力测量技术的完善和发展具有重要的意义。     

深部煤炭资源探采对比与勘探方法探讨

以淮南煤田口孜东井田为例,在探采对比分析的基础上,分析了其勘查技术方法选择的合理性,探讨了深部煤炭资源勘查技术方法。结果表明,两阶段的构造发育情况、煤层情况、开采地质条件、资源/储量基本吻合,说明针对上述问题采用的勘查技术手段是合理的,但在建井和生产时出现了巷道变形严重等问题,暴露了勘查过程中对地应力未进行测量,指出了深部煤炭勘查中要增加地应力的测量工作,才能更好地做到煤炭勘查为煤炭资源开发服务。      

Analysis on method for effective in-situ stress measurement in hot dry rock reservoir

With the rapid increase of energy demand and the increasingly highlighted environmental problems, clean, safe and widely distributed geothermal resources have become a hot spot for renewable resources development. The state of in-situ stress is a major control parameter for multiple links including well location, fracture inspiration and reservoir assessment, so how to determine the accurate state of in-situ stress in the deep thermal reservoir becomes a core problem drawing widely attention and urgent to be solved. Based on features of hot dry rock reservoir in terms of temperature and pressure and the comparison analysis, this article proposes the method of Anelastic Strain Recovery (ASR) as an effective method for determining the state of in-situ stress in the area with HDR resources distributed and explains the availability of ASR method by application examples.     

地应力与岩体模量关系的理论及试验研究

岩体模量（弹性模量及变形模量）是工程岩体力学特性的基础参数之一,研究地应力状态与岩体模量之间的关系具有重要意义.基于静弹性热力学模型原理,结合弹性理论,推导了水平主应力与岩体性质参数的定量关系,并对地应力与岩体模量的关系进行了探讨.在此基础上,以赣龙铁路梅花山隧道为依托,开展了围岩应力及岩体模量参数的现场测试工作,并将实测成果与理论分析进行对比.结果表明：当埋深影响较小时,花岗岩中的水平主应力与岩体模量呈线性正相关关系;当埋深相差较大时,深度对地应力及岩体模量的影响均不可忽略,水平主应力与岩体模量一般呈非线性关系,需要进一步研究;对花岗岩中的岩体弹性模量和变形模量与水平主应力之间的相关性进行对比发现,岩体变形模量与水平主应力的相关性更好.研究成果可为工程岩体力学参数取值及评价提供借鉴.     

深部三维地应力实测与巷道稳定性研究

原始地应力是地下工程围岩稳定与支护结构设计的一个基本参数。在唐口煤矿井下回风石门、西翼辅助运输石门等不同构造部位的3个测点采用空心包体应力解除法进行了现场地应力的实测工作,测点的埋深达1 024～1 030 m。详细介绍了三维地应力及其主应力的计算原理,并根据矿区实测地应力资料,分析了矿井地应力大小、方向变化和分布特征,进而获得了该矿区地应力的定性及定量资料,初步分析了地应力对巷道稳定性的影响,为巷道的合理支护结构设计提供了可靠依据。     

新疆库拜煤田铁列克矿区地应力分布及其对煤层气开发的影响

地应力、煤储层渗透率和煤储层压力等是影响煤层气开发的重要因素。通过分析新疆库拜煤田铁列克矿区注入/压降试井及原地应力测试数据,结合铁列克矿区煤层气井日产气量分析,研究了新疆库拜煤田铁列克矿区地应力变化规律及其对煤层气开发的影响,分析了铁西矿区和铁东矿区煤储层地应力特征及其对煤储层物性的影响。结果表明:(1)地应力状态在垂向上发生变化,埋深处于550~650 m、650~850 m和850~1 200 m时,地应力状态类型依次为σ_H>σ_v>σ_h、σ_H≈σ_v>σ_h和σ_v>σ_H>σ_h;(2)埋深850 m处既是垂直主应力和最大水平主应力的转换点也是渗透率趋势变化点,指示了地应力对渗透率的控制作用;(3)渗透率和煤储层压力与地应力分别呈负相关和正相关关系;(4)地应力对产能的负效应大于地应力对产能的正效应,使典型日产气量随着地应力的增大而减小;(5)铁西矿区和铁东矿区中部煤储层碎粒煤较发育、吸附孔体积和含气量均较大,是煤层气开发的有利区带。研究成果可为库拜煤田下一步煤层气开发提供理论指导。     

油页岩地下原位转化与钻采技术现状及发展趋势

我国油页岩地质资源量巨大,是保证我国能源安全的重要战略资源。油页岩地下原位转化开采是油页岩工业的发展趋势,在系统收集相关资料、数据和调研的基础上,总结了国内外油页岩原位转化技术的发展历程,提出了高效加热技术、储层改造技术和地下空间封闭技术三个油页岩原位转化核心技术,并对这三大核心技术的主要技术特点和发展现状做出了进一步分析。在明确油页岩地下原位转化开采低成本、高产量和低污染的目标基础上,提出了地表井下协同加热-多阶段物理化学复合加热-自生热驱动链式原位裂解的热流体原位复合加热技术、双水平井小井距电磁测距导向技术、多工艺精确储层改造压裂技术、注浆帷幕和气驱止水地下空间封闭技术等油页岩原位转化核心技术的发展方向,以期对我国油页岩地下原位转化开采技术提供借鉴和参考。