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。      

煤层气储层三维渗透率变化规律实验研究

煤层气开发过程中,储层的渗透性是制约煤层气开发的重要因素之一。采用煤心室内流动实验的方法,对不同围压、不同流压下的煤心进行渗透率测试,得出其渗透率变化曲线;进而,对实验数据进行回归发现,煤心渗透率与围压之间存在幂指数关系,而模型参数与注入压差之间存在指数关系。分析三维渗透率流动实验过程得出,煤心渗透率变化为非可逆过程,煤心的左右方向对压力变化更为敏感;同时,在低压区,渗透率变化较快,而高压区变化平缓。因此,在煤层气开发过程中,要尤其注重低压区压力变化对渗透率的影响。      

煤层应力敏感性对煤层气产量预测的影响

大量现场实践和室内实验表明,煤层气藏为典型的应力敏感性气藏,随着煤层气的开采,储层孔隙压力降低,渗透率大幅度降低,引起产量下降。为了研究煤层应力敏感性与渗透率的关系,进行了应力敏感性实验,结果表明:煤层渗透率对于应力变化非常敏感,当有效围压从1MPa增加到12MPa时,其渗透率最大值只有初始的10%,即使围压恢复至1MPa,岩心渗透率损失率在54.98%~79.09%。由于煤层这种应力敏感性,其渗透率不再是常数,而是压力的函数,利用实验得到的动态渗透率与有效围压的关系,建立了考虑渗透率变化、带人工裂缝的预测煤层气产量的二维气、水两相数值模型,现场应用表明预测的产量与和实际产量吻合。     

煤体瓦斯渗透率的PSO-LSSVM预测模型

结合有关煤体渗透率的众多研究成果,总结出影响煤体渗透率的3个主要因素为有效应力、温度和瓦斯压力。采用粒子群优化算法(PSO)对最小二乘支持向量机(LSSVM)的参数进行优化选择,并以上述3个因素和抗压强度为输入值,以渗透率为目标输出值,建立煤体瓦斯渗透率的PSO-LSSVM预测模型。利用25组数据进行PSO-LSSVM模型与BP神经网络及支持向量机的比较实验,PSO-LSSVM预测结果与实际值拟合程度优于其他两个模型,且具有更小的误差。实验结果表明,采用PSO-LSSVM模型可由有效应力、温度和瓦斯压力对渗透率进行较高精度的预测。      

鄂尔多斯盆地上三叠统延长组超低渗储层油气成藏启动压力研究

近10年来,非常规油气资源在全球能源格局中的地位愈发重要,低渗透—致密油已成为目前勘探的热点,在我国具有可观的前景。而对于低渗透油气成藏启动压力的研究一直是一个难点,目前仍处于起步阶段,它的完善直接关系到低渗透乃至致密油气成藏的理论研究及勘探。本文首先以鄂尔多斯盆地延长组岩心为基础进行覆压孔隙度、渗透率实验研究,分析储层物性随覆压的变化关系;其次,结合喉道半径与孔、渗的关系,研究喉道半径随有效应力的变化关系,并探讨不同成藏机制的致密油藏的启动压力;最后详细分析鄂尔多斯盆地华池—合水地区上三叠统延长组长7致密油藏的成藏启动压力及成藏下限。结果表明:超低渗储层的孔、渗与有效应力间存在较好的乘幂关系,拟合函数的系数与地表的物性值相关性较好;喉道半径与孔、渗的相关性较好,与孔隙度呈指数关系,与渗透率呈乘幂关系;对于先致密后成藏类型油气藏来说,以渗透率建立的启动压力计算方法可靠,而先成藏后致密或边成藏边致密类型油气藏,启动压力计算方法还有待深入研究。华池—合水地区延长组长7致密油藏成藏时储层渗透率为0.00473×10-3μm2~0.52832×10-3μm2,平均0.01380×10-3μm2;孔隙度为1.458%~10.851%,平均7.224%;储层的平均喉道半径为0.0033~0.3769μm。该区属先致密后成藏,成藏的实际启动压力为0.0788~13.0022 MPa,平均2.1025 MPa。长7源岩的最大埋深为3000 m,原油的充注压力为6.06 MPa,油藏条件下充注的喉道半径下限为8.576×10-3μm,渗透率下限为0.00486×10-3μm2。     

松辽盆地中基性火山岩有效储层物性下限研究

综合利用岩芯物性资料、压汞资料及试气资料,采用经验统计法、中值压力法、0.1μm进汞饱和度法、最小孔喉半径法和孔隙度-渗透率交会法确定下限值,并用试气法进行验证,得出松辽盆地南部W研究区中基性火山岩的孔隙度和渗透率下限值分别为3.558%和0.008 5×10~(-3)μm~2。     

基于塑性变形的煤体损伤本构关系及渗透率模型研究

开采扰动诱发的煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中的主要瓦斯动力灾害之一。为系统探索开采扰动下煤体损伤演化特征和瓦斯渗流规律,拟开展不同瓦斯压力下全应力应变–渗流实验。通过考虑气体吸附和热膨胀效应修正广义胡克定律,建立基于塑性变形的煤体损伤本构关系,进一步构建考虑损伤的分段渗透率模型。结果表明:以渗透率突变点为界,可将煤体渗透率分为峰前和峰后2个变化阶段。其中,峰前呈指数型降低,而峰后急剧增加,峰值抗压强度和弹性模量均随着瓦斯压力升高而降低;煤体轴向塑性应变和损伤演化规律具有良好的一致性,二者均呈现出峰前变化不大,峰后激增的变化趋势;利用不同瓦斯压力和50℃实验数据对所建的损伤模型及渗透率模型进行验证,得到理论曲线和实验数据具有较好的吻合度,表明新建模型可较好地反映不同条件下煤体破坏失稳过程中的损伤演化规律和瓦斯渗流特征。      

十字石的原位高压X射线衍射研究

利用原位高压同步辐射能量色散X射线衍射技术,在室温下对采自新疆阿尔泰地区冲乎尔递增变质带的天然十字石进行高压晶体结构测定,测量的压力范围为0.0001~3.9GPa,共11组有效数据。实验表明,在实验压力范围内,随着压力的增加晶胞参数β值逐渐增大,表明了十字石的结构对称性随压力增加而有所降低;同时,在1.5~2.7GPa压力范围内,十字石的晶体结构也发生了改变。     

下寺湾地区延长组长7陆相页岩气储层敏感性实验

利用X射线衍射、场发射扫描电镜、氮气吸附、岩心驱替实验等技术方法对鄂尔多斯盆地下寺湾地区延长组长7陆相页岩气储层进行了敏感性实验研究。结果表明,储层具中等偏弱或弱的盐敏、水敏和碱敏,弱-无酸敏,中等偏强或强的应力敏感特征,矿物组分、储层物性及储层微孔结构是影响储层敏感性的主要因素。考虑到页岩储层的特殊性,在敏感性实验中对部分关键实验技术的条件和方法进行了改进:1将压汞法毛管压力曲线与氮气吸附法BJH函数孔径分布曲线资料结合,拼接出完整的孔喉分布曲线图;2敏感性实验的样品除油采用常规洗油与高温(150~200℃)烘烤方法结合;3采用了目前最适合页岩气储层敏感性实验的脉冲气体渗透率仪,用气体驱替法代替常规液相驱替法,获取敏感性实验前后的渗透率值。通过一系列改进后的敏感性实验,取得了符合泥页岩储层特性的敏感性数据,达到了本次实验的目的和要求。     

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。      

高瓦斯低透气性煤体定向聚能爆破增透机制

针对传统煤层预裂爆破增透存在的问题,对定向聚能爆破控制裂纹演化方向的理论和方法进行研究,即通过聚能射流的初始导向裂纹与后续高压气体形成的气楔联合作用,达到控制裂纹演化方向和长度的目的。基于模型试验和数值模拟,探讨了定向聚能爆破聚能方向和非聚能方向裂纹演化的机制。在潘三矿掘进工作面现场运用定向聚能爆破技术,达到增加煤体裂纹与保护围岩稳定性有机的统一。试验结果表明：爆破后3 h内抽采瓦斯量变化最为明显,其中最大抽采量是原始抽采量的470倍。有效抽采半径为7 m以内,爆破后顶板振幅约为0.23 cm。     

不同温度条件下气体压力升降过程中瓦斯运移规律的试验研究

利用自主研发的含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,对不同温度条件下型煤试件在气体压力升降过程的渗流特性进行了试验研究,以模拟随采深增加引起的地温升高条件下煤的渗透特性。同时,为探讨低渗储层的滑脱效应进行了相同条件下氦气的平行试验。研究结果表明：（1）升压阶段,轴向应变增大,径向应变减小,近似呈线性变化;降压阶段,随气体压力降低,应变呈现出与升压阶段相同的变化趋势。随温度升高,应变随气体压力变化的斜率增大。（2）升压阶段,随气体压力升高,渗透率呈二次抛物线型变化,约在气体压力为3.0 MPa左右到达最小;降压阶段,随气体压力减小,渗透率先略有减小后增大,升压阶段渗透率大于降压阶段渗透率。（3）升压阶段滑脱效应引起的渗透率变化量大于降压阶段的变化量,且滑脱效应所引起的渗透率变化量随气体压力增加呈幂指数函数降低。     

依靠科技进步 遏制煤矿瓦斯爆炸事故

煤矿瓦斯爆炸事故是当前社会关注的焦点。分析了煤矿瓦斯爆炸事故产生的原因,提出了依靠科技进步,利用钻探工程技术治理煤矿瓦斯灾害,有针对性地提出了治理瓦斯事故的建议。     

煤层瓦斯卸压抽放动态过程的气-固耦合模型研究

根据瓦斯渗流与煤体变形的基本理论,引入煤体孔隙变形与透气性演化的耦合作用方程,建立了考虑煤层吸附、解吸作用的含瓦斯煤岩固-气耦合作用模型。应用该模型模拟研究了不同压力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,其结果对于深入理解瓦斯抽放作用机制并采取相应的瓦斯预防和控制措施等具有重要的理论和实践意义。     

混合气体驱替煤层气技术的可行性研究

气体驱替煤层气技术是近年来发展起来的具有温室气体减排和提高煤层气采收率双赢效果的新兴技术,相关研究受到世界主要发达国家的广泛重视。对于温室气体减排的压力,发达国家的研究主要着眼于该技术在高渗透、不可采煤层中的应用,注入气体主要为CO2,目的是尽可能多地封存CO2,同时提高煤层气采收率。目前,国内在这方面的研究刚刚起步。国内煤层具有渗透率普遍较低、不开采煤层与要开采煤层难以界定的特点,注CO2气体驱替煤层气在这种煤层中的可行性值得商榷。针对国内煤层特点和煤矿瓦斯抽采率低的现状,建议采用富N2混合气体驱替煤层气技术,以提高煤层气产采收率。通过理论分析、数值模拟和现场试验研究分析了实施混合气体驱替煤层气技术的可行性。研究结果表明,混合气体驱替煤层气技术适用于国内低渗透、可开采煤层,可以提高煤层气采收率和单产量。     

煤矿瓦斯灾害中地震活动因素探讨

2001年11月14．22日，山西省5座煤矿相继发生煤矿瓦斯爆炸事故。与此同时中国新疆、青海交界昆仑山处发生里氏8．1级特大地震及数次余震。文章对比分析了2001年地震活动及煤矿瓦斯爆炸数据，发现本年度矿山瓦斯爆炸峰值与地震频次峰值基本吻合。爆炸事故发生率及破坏性地震发生率均在2001年4、7和11月出现高峰期，在时间上具有同步性。通过进一步分析山西煤矿瓦斯爆炸与昆仑山地区地震活动对应关系、吉林省松树镇煤矿瓦斯灾害与汪清县地震活动对应关系、河北省葛泉煤矿瓦斯及二氧化碳(c02)浓度在隆尧县地震发生前后的波动及急剧升高现象等认为构造活动引起地应力变化会对煤矿产生影响。初步研究结果认为，生产和管理者的疏忽是未能避免瓦斯爆炸的原因之一。在同一构造应力场中，煤矿瓦斯的增量、溢出与地壳活动之间存在着密切联系。     

低透气松软突出煤层快速揭煤技术

随着矿井开采深度的加大,矿井的透气性越来越小,煤与瓦斯突出事故频发,揭煤难度也越来越大。孟津煤矿开采山西组二。煤层,属于构造煤,煤层松软,透气性低,矿井一水平开采深度为760m,瓦斯压力高。副井清理斜巷需穿过二,煤层,为了尽快揭开煤层,采用液压钻机配乳化液泵以提高钻探水压的冲煤措施,使高应力低透气松软煤层在揭煤时的不利因素转化为可利用因素。从施工的55个揭煤孔来看,单孔冲出煤量最大为2.3t,最小为0．4t,平均为1．06t,总计冲出煤量为58．5t。通过对控制区域6个点瓦斯含量的测定,结果表明,瓦斯含量降到了8m3／t以下．清除了突出危险。采用瓦斯解析指标进行了三次效果检验,Ah：最大值为190MPa;在岩柱1．5m布置爆破孔,采用震动爆破揭开煤层,瞬时最大瓦斯涌出量为2．4m3／min,说明达到了快速揭煤的目的。     

松软低透气性煤层跟管钻进及压裂抽采技术研究分析

针对我国松软低透气性煤层瓦斯抽采难题,提出了采用跟管钻进和水力压裂技术提高松软煤层钻孔深度和煤层透气性,通过布孔设计、应力分析论证了该方法的施工可行性,讨论了该方法的施工步骤。该技术有望成为解决松软低透气性煤层瓦斯抽采难题的新工艺方法。     

沁水盆地煤层气高渗富集区遥感研究

本文针对我国煤层气地质选区中,如何引进新技术、采用综合勘探策略、提高勘探效益、降低勘探成本这一问题,以我国煤层气最具开发潜力的沁水盆地(面积5万km2)为例,阐述了应用遥感技术研究地质构造特征,寻找地下煤层裂隙发育区,探测煤层气高渗富集区的工作程序、方法和效果。选区结果目前已得到十多个煤层气试验井的证实。     

河北武安云驾岭煤矿2~#煤层瓦斯赋存主控地质因素分析

基于云驾岭煤矿瓦斯涌出量异常变化的现象,收集地质勘查及煤矿生产期间揭露的地质构造及瓦斯信息,运用瓦斯地质理论,从煤层瓦斯生成、运移、储存的角度,研究岩浆岩侵入、煤层埋深和断层等地质因素对2号煤层煤质、生烃能力、煤层渗透性、瓦斯含量等参数以及煤层瓦斯赋存的影响。研究结果表明岩浆侵入提高了2号煤层的变质程度、瓦斯储集能力和渗透性,促进了煤层二次生烃,同时岩浆热液产生的高温高压作用使煤层瓦斯大量逸散;岩浆侵入对煤层瓦斯的生成、运移和储存均产生了影响,是煤层瓦斯赋存的主要控制因素,断层特征及分布影响了瓦斯的储存和运移,煤层埋深影响了瓦斯的储存,断层和煤层埋深是煤层瓦斯赋存的一般影响因素。