川西折多山某深埋隧道地应力测量及其应用研究

川西地区地质构造环境复杂,该区深埋隧道建设过程中经常面临岩爆风险,而地应力条件对深埋隧道的规划建设和岩爆风险预判具有重要意义。本研究利用水压致裂法在川西折多山某深埋隧道开展了原地应力测量及其工程效应分析。某钻孔196~650 m深度范围内的地应力测试结果显示,隧址区以水平构造应力为主导,测试深度范围内水平主应力随深度线性增加,且应力增加梯度高于中国大陆背景值。地应力结构整体以逆断型(S_H>S_h>S_v)为主,其中389.50~560.50 m深度范围属应力释放区,地应力结构以走滑型(S_H>S_v>S_h)为主。侧压系数及最大、最小水平主应力比值随深度分布基本符合中国大陆各参数变化特征。最大水平主应力方向为NWW向,与区域应力场分布及周边活动断裂反映的力学机制一致,主要受印度板块向欧亚板块持续俯冲和高原物质东南向扩散作用控制。测点现今地应力强度较高,临近断裂失稳状态,随着应力的不断积累,区内优势破裂方向或已有断裂的特殊构造部位可能发生失稳滑动。最后,基于地应力测量结果对深埋隧道围岩稳定性进行了预判分析,受隧址区高地应力影响,围岩发生中-强岩爆的可能性较大,需优化设计并重点防护。     

六盘水煤田土城向斜煤储层现今地应力分布特征及其效应

近期勘探实践显示,六盘水煤田土城向斜内煤层气资源丰富,如何实现高效开发是关键,而现今地应力在煤层气开发过程中具有重要作用。本次研究基于研究区注入/压降地应力实测数据,分析土城向斜煤储层现今地应力分布特征及其效应,结果表明:煤储层现今地应力随埋藏深度的增加而逐渐增大,呈明显的线性关系。水平最大主应力和最小主应力均随着煤储层压力的增大而增大,表明现今地应力对于煤储层能量有所贡献,影响独立叠置含煤层气系统的形成。现今地应力影响煤层渗透性,进而控制煤层气开发。土城向斜内煤储层渗透率随有效地应力增大呈指数减小。本次研究成果期望可以在六盘水煤田土城向斜煤层气开发中提供新的地质参考与科学依据。     

煤储层应力敏感性试验及其评价新方法

煤储层应力敏感性是影响煤层气井产能的关键地质因素,在煤层气井排采过程中如何降低或避免煤储层应力敏感性对渗透性的影响是值得考虑的问题。通过不同应力下煤储层渗透性试验,研究了有效应力作用下煤储层渗透率的变化规律;在对已有应力敏感性评价参数分析的基础上,提出了新的应力敏感性系数S₁与S₂,揭示了有效应力对煤储层渗透性的影响规律。研究结果表明:煤储层渗透率随有效应力的增加按负指数函数规律降低,在煤层气开发中煤储层表现出明显的应力敏感性;试验煤样应力敏感回归系数a为0.099~0.115 MPa-1,平均为0.108 MPa-1,应力敏感性系数S₁为0.383~0.436,平均为0.414,应力敏感性系数S₂为0.572~0.666,平均0.625;应力敏感性系数S₁与S₂具有整体性与唯一性,可以结合应力敏感回归系数a进行煤储层渗透率应力敏感性评价。      

陕西省煤气资源与勘探开发前景分析

陕西省煤层气资源相当丰富，埋深2000m以浅的煤层气资源量为25624．88亿m^3。通过对五大煤田煤储层展布、煤层气含量、煤层渗透率、煤变质特征、煤的吸附性能等条件的综合分析以及煤层气资源量的计算，认为陕西省煤层气开发储层条件比较优越，煤层气勘探开发条件最好的地区为渭北和陕西石碳二叠纪煤田，韩城矿区可作为煤层气勘探开发的靶区。     

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。      

黄河北煤田10号煤煤层气储层物性及特征研究

煤层气是一种备受国家重视和开发利用的非常规清洁能源,煤层气储层物性的研究对煤层气资源的评价与开发具有重要意义。以黄河北煤田煤层气开发资料为基础,结合区域地质特征,应用煤层气地质理论对煤田内10号煤煤层气储层物性特征进行了研究。研究发现:10号煤层宏观煤岩类型以半亮煤为主,煤中有机显微组分以镜质组为主,无机显微组分以黏土为主;煤的变质程度比较高,整体进入成熟阶段;10号煤层储层孔裂隙发育、渗透率较低;10煤层对甲烷的吸附能力较强;10号煤层储层压力为2.16~4.20MPa,压力梯度为0.418~0.797MPa/100m,为低压储层至常压储层;黄河北煤田呈单斜构造,10号煤层埋藏深度较深,含水性较好,有利于煤层气保存。     

陕西省煤层气资源与勘探开发前景分析

陕西省煤层气资源相当丰富,埋深2000 m以浅的煤层气资源量为25624.88亿m3。通过对五大煤田煤储层展布、煤层气含量、煤层渗透率、煤变质特征、煤的吸附性能等条件的综合分析以及煤层气资源量的计算,认为陕西省煤层气开发储层条件比较优越,煤层气勘探开发条件最好的地区为渭北和陕北石炭二叠纪煤田,韩城矿区可作为煤层气勘探开发的靶区。      

黔西地区煤层埋深与地应力对其渗透性控制机制

基于黔西六盘水煤田和织纳煤田16口井36层次的试井资料, 采用地质统计分析等方法, 探讨了黔西地区煤储层渗透性的展布规律与地应力特征, 论证了煤层埋深与地应力对其渗透性的控制机制.研究表明, 研究区煤储层以特低渗-低渗透率储层(＜0.1×10-9m2)为主, 中渗透率储层(0.1×10-9~1.0×10-9m2)也占有相当大比例; 应力场类型在浅部表现为大地动力场型, 一定深度可能转化为准静水压力状态.煤储层渗透率及其埋深的负幂指数关系较为离散, 但在不同深度渗透率转折点与地应力场类型转变一致; 单井煤储层试井渗透率差异较大, 随地应力增大和埋深增加而降低, 平面展布受地应力强度控制由SW-NE具"低-高-低"发育规律.埋深对渗透率的控制实质是地应力的控制, 区域构造位置及其所处高应力场作用下的煤体形变与破碎致使孔裂隙压缩或闭合是该区渗透性差异的主要控制机制.      

山西沁水盆地中-南部煤储层渗透率物理模拟与数值模拟

通过对山西沁水盆地中南部上主煤层宏观裂隙观测,力学参数测量和应力渗透率实验,分别建立了裂隙面密度、裂隙产状、裂隙宽度与煤储层渗透率之间的预测数学模型;利用FLAC—3D软件,模拟了该区上主煤层内现代地应力状态,结合煤层气试井渗透率资料,构建了应力与渗透率之间关系预测的数学模型,并对该区上主煤层渗透率进行了全面预测。通过吸附膨胀实验,揭示了各煤类煤基质的收缩特征,构建了有效应力、煤基质收缩与渗透率之间的耦合数学模型,并对煤层气开发过程中渗透率动态变化进行了数值模拟。     

CO2-ECBM技术在河东煤田的潜力评估

根据河东煤田地质构造、煤储层特性、含气性等煤层气地质条件的综合研究,对利用CO₂提高煤层气采收率技术（简称CO₂-ECBM技术）在河东煤田深部煤层（埋深1 000~1 500 m）开采煤层气以及埋藏CO₂的潜力进行了初步评估。结果表明,利用CO₂-ECBM技术增产煤层气资源量为0.26×1012 m3,占煤层气总资源量的32.1%;CO₂埋藏量为12.18×108 t,相当于山西省2013年CO₂排放量的3.2倍。      

平顶山煤田煤储层物性特征与煤层气有利区预测

通过对平顶山煤田采集煤样的煤质、煤岩显微组分、煤相、煤岩显微裂隙分析, 低温氮比表面及孔隙结构和压汞孔隙结构测试, 研究了该区的煤层气赋存地质条件、煤层气生气地质条件和煤储层物性特征.并采用基于GIS的多层次模糊数学评价方法计算了该区的煤层气资源量, 预测了煤层气资源分布的有利区.研究结果表明, 该区煤层气总资源量为786.8×108m3, 煤层气资源丰度平均为1.05×108m3/km2, 具有很好的煤层气资源开发潜力.其中, 位于煤田中部的八矿深部预测区和十矿深部预测区周边地区, 煤层累计有效厚度大, 煤层气资源丰度高, 煤层埋深适中, 同时由于该受挤压构造应力影响, 煤储层孔裂隙系统发育、渗透性高, 是该区煤层气勘探、开发的最有利目标区.      

华北安鹤煤田煤储层特征与煤层气有利区分布

通过对安鹤煤田采集煤样的煤质、显微组分、煤相、显微裂隙分析,等温吸附、低温氮比表面及孔隙结构和压汞孔隙结构测试,研究了该区煤层气赋存的地质条件、煤层气生气地质特征和煤储层物性特征。并采用基于G IS的多层次模糊数学评价方法计算了该区的煤层气资源量,预测了煤层气有利区分布。研究结果表明,该区煤层气总资源量为1 115.73×108m3,煤层气资源丰度平均为1.18×108m3/km2,具有很好的煤层气资源开发潜力。在煤田中部的四矿到八矿之间的地区以及北部的水冶镇附近地区,煤层累计有效厚度大、煤层气资源丰度高、煤层埋深适中、煤储层孔裂隙系统发育、渗透性高,是该区煤层气勘探开发的最有利目标区。     

On the mechanics of basin formation in the Pannonian basin: Inferences from analogue and numerical modelling

We present the results of a thrust fault reactivation study that has been carried out using analogue (sandbox) and numerical modelling techniques. The basement of the Pannonian basin is built up of Cretaceous nappe piles. Reactivation of these compressional structures and connected weakness zones is one of the prime agents governing Miocene formation and Quaternary deformation of the basin system. However, reactivation on thrust fault planes (average dip of ca. 30°) in normal or transtensional stress regimes is a problematic process in terms of rock mechanics. The aim of the investigation was to analyse how the different stress regimes (extension or strike-slip), and the geometrical as well as the mechanical parameters (dip and strike of the faults, frictional coefficients) effect the reactivation potential of pre-existing faults.

Results of analogue modelling predict that thrust fault reactivation under pure extension is possible for fault dip angle larger than 45° with normal friction value (sand on sand) of the fault plane. By making the fault plane weaker, reactivation is possible down to 35° dip angle. These values are confirmed by the results of numerical modelling. Reactivation in transtensional manner can occur in a broad range of fault dip angle (from 35° to 20°) and strike angle (from 30° to 5° with respect to the direction of compression) when keeping the maximum horizontal stress magnitude approximately three times bigger than the vertical or the minimum horizontal stress values.

Our research focussed on two selected study areas in the Pannonian basin system: the Danube basin and the Derecske trough in its western and eastern part, respectively. Their Miocene tectonic evolution and their fault reactivation pattern show considerable differences. The dominance of pure extension in the Danube basin vs. strike-slip faulting (transtension) in the Derecske trough is interpreted as a consequence of their different geodynamic position in the evolving Pannonian basin system. In addition, orientation of the pre-existing thrust fault systems with respect to the Early to Middle Miocene paleostress fields had a major influence on reactivation kinematics.

As part of the collapsing east Alpine orogen, the area of the Danube basin was characterised by elevated topography and increased crustal thickness during the onset of rifting in the Pannonian basin. Consequently, an excess of gravitational potential energy resulted in extension (σ_v > σ_H) during Early Miocene basin formation. By the time topography and related crustal thickness variation relaxed (Middle Miocene), the stress field had rotated and the minimum horizontal stress axes (σ_h) became perpendicular to the main strike of the thrusts. The high topography and the rotation of σ_h could induce nearly pure extension (dip-slip faulting) along the pre-existing low-angle thrusts. On the contrary, the Derecske trough was situated near the Carpathian subduction belt, with lower crustal thickness and no pronounced topography. This resulted in much lower σ_v value than in the Danube basin. Moreover, the proximity of the retreating subduction slab provided low values of σ_h and the oblique orientation of the paleostress fields with respect to the master faults of the trough. This led to the dominance of strike-slip faulting in combination with extension and basin subsidence (transtension).     

晋城煤层气藏成藏机制

通过晋城煤层气的规模开发、压裂煤层气井的解剖、井下煤层瓦斯抽放、构造地应力场研究、煤储层大裂隙系统“CT”式解剖与煤层气封闭保存条件研究, 发现3#煤储层内部存在大量煤层气包, 构造微破裂作用促使煤层气包之间广泛合并联通, 煤层气包内部储层的非均质性弱化, 渗透率增加, 煤层气包内部的游离气体比例增加, 流体压力系统边界逐渐清晰并形成煤层气藏. 揭示煤层气藏的成藏机制, 认识煤层气藏的内部细节特征, 促进了该区的煤层气开发技术进步, 提高了井下煤层瓦斯的抽放效率.      

沁水盆地东缘洪水地区15号煤层储层特征研究

洪水地区位于沁水盆地东缘中部,15号煤层是该区主要的可采煤层之一,根据区内煤层气参数井测试数据、试井资料及煤炭地质勘查资料,对15号煤层储层特征进行了研究。结果显示：研究区15号煤层为高变质程度的贫煤,煤储层渗透率在0．047～0．1lmD,属低渗透率煤层,储层压力梯度为0．402～0．965MPa／lOOm,平均为0．672MPa／100m,属于欠压地层,煤层含气量为9．02—20．67m3／t,平均16．18m。／t,含气量较高。整体来看,研究区属于低渗透、低储层压力梯度和临储比,高含气量的煤层气富集区。     

基于低场核磁共振的煤润湿性分析

煤润湿性在煤化工、煤矿安全生产及煤层气开发利用中有重要意义。目前煤的润湿性测定方法过程繁琐、操作困难、现场实用性差、测量结果可对比性差,不能快速有效地应用于煤层气储层的润湿性评价研究。基于系列低场核磁共振(LFNMR)实验,探讨了LFNMR应用于煤润湿性研究的可行性与研究方法。研究发现,LFNMR可应用于识别煤粉中不同状态水分：对于强水湿性煤粉,其T₂弛豫谱仅存在吸附态水峰与颗粒间水峰,而弱水湿性煤粉则存在吸附态水峰、颗粒间水峰和自由态水峰3个峰值;煤的水湿性越强,其颗粒间水峰和自由态水峰弛豫时间越短,并随着润湿时间的增加弛豫逐渐变快。当水对煤的润湿达到稳定状态时,煤样的自由态水峰和颗粒间水峰的加权平均值与型煤接触角法测得的接触角呈相关性较好的对数关系。该对数关系可应用于煤水润湿性的定量、半定量评价,这为采用该方法进一步研究煤储层的气、水相互作用提供了理论基础。