微破裂四维向量扫描影像裂缝监测技术在依兰煤层气区块中的应用

煤层气储层的裂隙系统,总体上非均质性强,渗透率低,对煤层气产能起决定的作用,其低渗特征决定了大部分煤层气井需要进行水力压裂改造。应用微破裂四维影像监测技术,采用多波多分量数据采集和矢量叠加网格扫描的方法,实现压裂裂缝的三维立体显示,使煤层气储层压裂裂隙的解释更加直观,能够有效起到优化压裂方案和衡量压裂效果的作用。依兰煤层气区块首次应用该方法对压裂改造过程实时监测,得到了煤田主应力方向,获取了煤层气井压裂裂缝长度、高度及方位,认识了动态压裂过程中压裂裂缝的扩展规律,建立了煤层气井的压裂裂缝三维形态,对后续压裂设计和施工参数优化起到了一定的指导作用。     

碎软低渗煤层煤层气直井间接压裂技术及应用实践

为了解决碎软低渗煤层压裂改造过程中煤粉产出和压裂裂缝不易延伸的技术瓶颈,采用地应力和数值模拟分析方法,对煤层气井间接压裂适应性及裂缝展布规律进行分析研究,并在湖南洪山殿矿区进行了间接压裂工程实践。结果表明:间接压裂可有效提高碎软低渗煤层的压裂改造效果,增加压裂裂缝长度,当顶底板为脆性砂岩时,更加有利于间接压裂;洪山殿矿区HC01井取得了单井产气量1 850 m3/d的良好产气效果,表明"大排量、大砂量、高前置液比、中砂比"的活性水间接压裂技术适用于碎软低渗煤层的增产改造;同时,可钻桥塞电缆射孔联作技术的应用可有效缩短煤层气井多煤层段压裂改造的施工周期,提高压裂施工时效性。      

煤层顶板分段压裂水平井地质适应性分析与施工参数优化

煤层顶板分段压裂水平井是实现碎软低渗煤层煤层气高效抽采的有效技术.依托"十三五"国家科技重大专项课题,围绕煤层顶板分段压裂水平井煤层气高效抽采技术,采用理论分析、数值模拟等手段,对比不同地应力状态下裂缝的穿层扩展形态,研究水平井布井方位与最小水平主应力方向夹角对裂缝转向扩展的影响,分析多簇射孔条件下裂缝的竞争扩展现象....     

煤层气压裂施工压力与裂缝形态简析

根据煤层气试验井的施工资料，分析了煤层压裂施工压力的特点以及井深、Ro与破压梯度的关系，并根据裂缝监测（测井温法、大地电位法和微地震法）测量的裂缝方位和缝高，对煤层压裂形成的裂缝特点进行了分类和总结，提出了指导性的建议。     

黔西北多层薄煤储层暂堵转向压裂技术应用

黔西北地区煤层具有层数多、单层薄、非均质性强等特点,为探索经济高效的煤储层压裂改造技术,进行了煤层纵向暂堵转向压裂技术应用研究。结合转向压裂技术特点,从煤层压裂裂缝形态、力学屏蔽、射孔井段和煤体结构4个方面进行了适用性分析。为确保暂堵转向压裂能够更大限度沟通煤层,实现煤层均匀改造和压裂水平缝较长延伸,对暂堵材料和用量进行了优化组合。同时,在黔西北地区优选2口煤层气井分别开展了机械暂堵和化学暂堵转向压裂现场应用试验。结果表明,采用化学暂堵剂组合模式基本能够满足纵向（层间）暂堵转向压裂工艺的要求,取得了较好的应用效果,为贵州多煤层与薄煤层压裂改造提供了有效的技术支撑。      

井间地震层析成像技术在煤层气压裂监测的应用

大1-5井和大1-1井是沧县境内的两口煤层气井,为提高产能,增大气体解吸速率,对其进行了压裂施工.为测定压裂效果,使用DST-3井中声波探测系,对大1-1与大1-5两口煤层气井在压裂前后分别进行了地震层析成像测试,层析成像结果显示,压裂后煤层波速有明显下降,且在横向上变化均匀,表示压裂液扩散带基本连通,裂缝发育,压裂效果明显.为了验证层析成像的结果,将煤层气井的测井解释结果与层析成像结果做了对比,结果较吻合.     

大倾角煤层水力裂缝扩展物理模拟实验

为研究大倾角煤层水力压裂裂缝扩展形态，采用大尺寸真三轴压裂模拟系统，分别开展最大水平主应力沿地层走向和沿地层倾向的60°倾角煤层水力裂缝扩展物理模拟实验。结果表明:最大主应力方向沿地层走向时，裂缝起裂容易，缝高受限，裂缝连通性好，裂缝的开启主要沿层理和天然裂缝，形成垂直缝形态，地层倾角对压裂施工影响相对较小，建议进行大规模压裂以充分改造煤储层；最大主应力方向沿地层倾向时，裂缝起裂困难，前期缝高受限，后期缝高失控，裂缝连通性差，受节理影响，不易形成主缝，所以裂缝扩展困难，转向及多级破裂较多，此类煤层建议进行多级小规模压裂改造。实验结果对新疆等地区大倾角煤层的改造模式和改造规模具有指导作用。      

沁水盆地寿阳区块煤层气井高产水影响因素

为揭示沁水盆地寿阳区块煤层气井产水异常高的主控因素,对该区的区域水文地质条件、煤层与顶底板及其含水层岩性组合关系以及不同压裂工艺对煤层气井产水特征的影响进行了系统分析,指出了导致寿阳区块煤层气井高产水的地质风险和工程风险,并提出了相应的规避措施。研究结果表明:压裂施工排量过大(7 m3/min)形成的压裂缝高过大,沟通了煤层附近的含水层,这是导致煤层气井高产水的直接原因;煤系地层中发育的高角度裂缝性含水砂岩层以及断层是导致煤层气井高产水的关键地质风险。此外,顶底板岩性厚度以及区域水文地质条件也是造成该区煤层气井高产水的重要因素。因此,降低压裂施工排量、规避围岩中的高角度裂缝性含水层、远离断层、选择厚层的顶底板泥岩发育区是降低煤层气井高产水的重要手段。     

复合射孔技术在煤层致裂中的实验研究

复合射孔技术能有效地控制射孔方向和压裂缝的扩展。对其应用于煤层致裂进行了初步的实验研究。针对煤层的特性 ,介绍了煤质模型的射孔与高能气体压裂 (HEGF)实验的研究情况 ,结果表明 ,射孔和压裂效果良好。复合射孔技术必将成为煤层致裂发展方向之一。     

高阶煤煤层气直井低产原因分析及增产措施

我国煤层气井普遍产量低、开发效果差,主要原因是增产改造措施与地质条件匹配性差。通过分析沁水盆地南部郑庄区块直井的低产原因,提出针对性增产措施,并分析相关措施的增产机理及地质适应性,优化增产措施施工参数,并开展实践验证。研究和实践结果表明,埋深大的地区,裂缝开启困难,实施重复压裂可使裂缝转向并增加裂缝长度,增产效果较好。为了充分释放应力,实现裂缝偏转,重复压裂前排采时间至少应在1 000 d以上,重复压裂施工应降低支撑剂用量,且细砂应分段加入;碎裂煤-碎粒煤整体发育的煤层,直接压裂时裂缝延伸较短,实施间接顶板压裂可获得高产,压裂层位顶界至煤层顶板间隔距离为0.5~1.5 m,压裂液排量为5.0~5.5 m3/min,射孔段长度为1.5~2.0 m,单位射孔层段压裂液量为200~300 m3/m时增产效果最好;天然裂缝发育区,实施投球压裂实现裂缝转向,可大幅提高产量,该工艺适应于施工压力下降且低于15 MPa、日产水量为2~5 m3的低产井,其增产措施为先实施以细砂为主的小型预压裂封堵原裂缝,然后投球封堵部分原射孔孔眼,双重封堵可大幅提高重复压裂时的施工压力,形成新裂缝。研究成果对高煤阶煤层气井低产原因分析及增产治理具有指导和借鉴作用。      

利用地震P波确定煤层瓦斯富集带的分布

查明煤层瓦斯富集区域,对可能的瓦斯突出点进行预报,是当前煤矿生产中亟待解决的重要课题。利用地震P波对裂缝性地层所表现出的方位各向异性特征,根据地震属性随方位角变化可以预测裂隙发育方向和密度的基本原理,应用多种地震P波方位属性预测裂隙发育带。通过对淮南张集煤矿西三采区三维地震P波资料的处理,获得6个方位地震数据体,从中提取多种与煤层和围岩裂隙相关的地震属性,并计算出裂隙的发育方向和密度,为确定瓦斯富集带的分布提供了一种新的途径。      

大采高综放开采覆岩破坏特征和裂隙演化规律

工作面回采过程中,覆岩破坏特征对于煤矿水灾害和瓦斯防治具有重要意义,为了进一步研究综放开采覆岩破坏特征。以山西某矿5.82m大采高工作面为试验面,采用分段注水、钻孔电视、地质雷达、微震监测探测覆岩破坏高度,对破坏过程进行了数值模拟研究,并对裂隙演化进行了相似模拟试验,同时对传统经验公式进行了修正,研究结果表明:综放开采垮落带发育高度为43.1m,断裂带发育高度为86.7m;垮落带、断裂带、导水断裂带各测试方法之间相差分别小于4.5%、7.1%、9.0%;工作面采动前,裂隙发育度低,而采动后,裂隙数量明显增多,发育度增加;近煤壁区域为裂隙聚集区,密度曲线呈“蛇”型分布;得到新的适合该矿地质条件下的覆岩导水断裂带发育高度经验公式。     

废弃采空区裂隙带高度预测模型及应用

煤炭开采引起覆岩破断及地表下沉,覆岩及地表运移规律可反映裂隙带高度的动态演化过程。因地表下沉滞后于煤炭开采,对于废弃采空区,长期压实作用导致裂隙带高度较采动期间有所降低。基于地表点下沉速度的阶段特征将裂隙带高度的演化过程分为2个阶段,第1阶段裂隙带发育对应岩层破断逐步向上传递的过程,第2阶段裂隙带高度降低对应离层及裂隙闭合、断裂岩层受压后变形回弹及破碎岩体自然压实的过程。着眼于压实作用对裂隙带高度的影响,根据煤层采厚、垮落带和裂隙带岩层变形量及地表下沉值之间的定量关系,建立了第2阶段裂隙带高度预测模型,并结合太平煤矿实测结果进行验证,采用控制变量法分析了单一因素影响下废弃采空区裂隙带高度的演化特征。结果表明：废弃采空区裂隙带高度受控于垮落带块体强度、垮落带初始碎胀系数、采动期间裂隙带高度最大值及对应的垮落带高度、煤层埋深、地表最终下沉量等因素,太平煤矿采后15 a的裂隙带高度实测值11.36～13.00 m与理论预测值12.75 m吻合度较高,模型的可靠性得到验证。最后,应用此预测模型对武安煤矿（关停矿井）2002－2003年采空区裂隙带高度开展理论计算,结合地空瞬变电磁探测确定了地面瓦斯抽采钻孔理想的终孔位置并成功开展了地面钻孔瓦斯抽采试验。     

黄陇煤田综放采煤顶板导水裂缝带高度发育特征

为了研究黄陇煤田综采放顶煤（综放）采煤工艺条件下的导水裂缝带高度及其发育规律,系统收集区内各矿井实测数据资料,采用数理统计和回归分析方法研究导水裂缝带高度与工作面宽度、煤层埋深以及采高的相关关系。研究结果表明:工作面宽度小于240 m且煤层采高为8.5~9.5 m时,软弱覆岩裂采比和导水裂缝带高度恒大于中硬覆岩;工作面宽度大于90 m且煤层采高大于14.5 m时,软弱覆岩裂采比和导水裂缝带高度恒小于中硬覆岩。综放软弱顶板裂采比和导水裂缝带高度随采高增大均呈单峰状,裂采比是采高的二次函数,导水裂缝带高度是采高的三次函数。裂采比最大为30.63倍,拐点处采高3.56 m;导水裂缝带高度最大为239.97 m,拐点处采高10.41 m。由拐点向两侧采高分别减小或增大时,裂采比和导水裂缝带高度均逐渐减小。综放中硬顶板裂采比和导水裂缝带高度受工作面宽度和煤层采高的共同影响。在工作面宽度一定时,裂采比随着煤层采高增大而逐渐减小且变化幅度越来越小,大致趋于[11.00,14.30]数值区间;在煤层采高一定时,工作面宽度越大裂采比越大。导水裂缝带高度随着工作面宽度和煤层采高增大而增大。      

A statistically based numerical model for heat conduction in fractured rock masses

A computational procedure for simulating heat conduction in fractured rock masses is proposed and illustrated within the context of the finite element method. The procedure makes use of simple local models for conduction in the vicinity of a single open fracture. The local models allow effective thermal properties for fractured rock to be expressed in terms of fracture characteristics such as spacing, orientation and aperture. The distributions of fractures and fracture properties within the finiteelement model are derived from a statistical representation of geological field data. The procedure is demonstrated to satisfactorily reproduce heat transfer results across single fractures and provide an efficient means of representing conduction in formations with multiple fractures.     

鄂尔多斯盆地东缘MG区块煤层裂缝发育多尺度预测

查明煤层裂缝的发育特征,对于煤层气开采及井下煤矿安全生产都具有重要意义.测井及地震是煤层裂缝的地球物理识别的有效手段,针对鄂尔多斯盆地东缘MG区块,利用电成像、电阻率、密度、声波时差、自然伽马、中子孔隙度和阵列声波等测井曲线对8+9号的煤层小尺度裂缝的地球物理响应进行了描述;利用OVT(Offset Vector Ti...     

考虑覆岩原生裂隙的导水裂隙带模拟

导水裂隙带高度的确定对松散承压含水层下煤矿安全开采和矿区生态环境保护具有重要意义。以往根据塑性区判断导水裂隙带范围的数值模拟方法不能完全反映覆岩的破断机制。为了更准确地预测导水裂隙带发育高度,应用断裂力学方法,将裂纹尖端K场区内的应力强度因子断裂判据与摩尔-库伦屈服准则结合,提出了原生裂隙存在时的岩石断裂准则。利用自仿射分形模型建立起原生裂隙场分布,并通过有限元分析软件COMSOL Multiphysics将原生裂隙场和岩石断裂准则应用到导水裂隙带发育的数值模拟中,对淮北煤田青东煤矿的839工作面开采进行了模拟计算。结果显示,考虑原生裂隙时,导水裂隙带在贯通后高度达到92.5 m。与传统数值模拟和经验公式法相比,考虑原生裂隙的模拟结果与现场测量结果更为接近。这说明,采用自仿射分形模型所生成的裂隙场可以较好地模拟岩体内复杂而无序的原生裂隙分布,且与传统数值模拟和经验公式法相比,考虑原生裂隙的模拟方法能够更好地反映导水裂隙带的发育规律。      

延川南地区深部煤层气U型水平井压裂参数优化设计

鄂尔多斯盆地东缘煤层气田具有高储低渗的特点,为提高深部煤层气单井产量,基于区域构造特征、煤层厚度、含气量及水文地质特征,从优化U型水平井压裂参数的角度,对水平井及其压裂参数进行设计。通过数值模拟对影响水平井产量的水平段长度、压裂缝等主要因素进行研究。结果表明:不考虑摩阻情况下,煤层气产量随水平段长度增加而增加,当水平段超过800m后,由于阻力作用,水平段长度每增加100m,产气量降低10%;压裂缝条数和半缝长对产气量影响较大,最佳的压裂缝条数为4~5条,最佳半缝长为80~120m;裂缝间距和裂缝渗透率对煤层气产量影响不大。依据数值模拟的最优参数对该区煤层气井S1进行压裂,在相同条件下,煤层气产量比未压裂的S2井提高了10倍以上。      

霍洛湾煤矿22101工作面顶板两带发育规律

在详细分析霍洛湾煤矿水文地质条件基础上,根据2-2煤层上覆不同岩层的岩石力学参数建立了工作面回采过程中覆岩变形与破坏特征的数值模拟模型,研究了工作面回采过程中顶板覆岩在不同来压阶段导水裂隙带和垮落带的发育高度;通过对钻孔冲洗液漏失量的现场观测,进行了“两带”发育高度的探测。将数值模拟结果及现场观测资料对比分析,确定22101工作面的导水裂隙带高度为33.6~37.8m,垮落带高度约9.6m。这为评价研究区水体下开采可行性和水体下开采防水煤柱的设计提供了科学依据。