基于断裂力学的煤层气井破裂压力计算方法

为了提高煤层气井破裂压力预测精度,运用断裂力学理论推导裂缝性地层破裂压力计算公式,结合分形岩石力学理论建立裂缝性地层破裂压力解析模型,提出一种实用的破裂压力计算方法.结果表明:在非均匀地应力下,煤岩井壁更易沿最大水平主应力方向起裂,解析模型与传统模型在表达形式上具有统一性和更广泛的适用性.煤岩裂缝具有分形特征,分形效应提高岩石阻碍裂缝扩展的能力,当分形维数越大、相似比越小时破裂压力越大.在不同裂缝状态下,缝长对破裂压力的影响规律不同,当裂缝长度较小时破裂压力随裂缝长度增加而迅速减小;当裂缝长度增加到一定数值后,闭合裂缝破裂压力随缝长增加而增大,开启裂缝破裂压力随缝长增加而减小并趋于定值.郑庄地区5口煤层气井实例计算表明:该计算方法预测的破裂压力误差在10%以内,破裂压力对缝长变化特别敏感,合理确定裂缝长度对准确预测破裂压力尤为重要.     

矩形致密油藏直井体积压裂不稳态压力半解析方法

基于点源函数理论和边界元思想,建立一种可用于致密油藏直井体积压裂改造非稳态压力分析的半解析模型。模型考虑改造区与未改造区储层非均质性的影响,在均质条件下与解析解进行对比与拟合,并应用已建立的模型对改造区与未改造区渗透率差异性、体积压裂改造程度、改造面积和形态、主裂缝长度及导流能力等参数进行讨论。结果表明:随着改造区内渗透率的增大,压力损耗减小,受改造区面积的影响,单一提高改造区的地层渗透率对整体压力影响较小;相同的储层改造体积情况下,有效裂缝体积较大的开发效果最好。与常规压裂相比,体积压裂井的开发效果主要受主裂缝长度的影响而非导流能力。     

低渗透底水气藏压裂井见水时间预测模型改进研究

目前低渗透底水气藏压裂井见水时间预测模型考虑了压裂裂缝的导流能力,但忽略了近井区域气相非达 西效应和地层表皮效应对计算模型的影响,导致见水时间的预测发生偏差.鉴于此,基于气相平面径向流和半球 形向心流相结合的底水锥进模型,以渗流理论为基础,综合考虑气相非达西效应和地层表皮效应的影响,推导出 低渗透底水气藏压裂井见水时间预测新模型.实例应用表明,本模型预测的见水时间更切合实际;压裂井可明显 延缓底水锥进;气相非达西效应和地层表皮效应会加速底水锥进;随着裂缝半长与气藏打开程度的增大,压裂井 见水时间呈现出先增大后减小的趋势,存在最优值.该研究成果为低渗透底水气藏压裂井见水时间的预测提供 了理论依据.      

考虑应力敏感效应的复合油藏多级压裂水平井压力动态分析

应力敏感效应是影响致密油气藏压力动态分析的重要因素。考虑应力敏感效应、体积压裂改造区(SRV)及水力裂缝的有限导流能力,建立水力裂缝为树状缝网的双重介质复合油藏多级压裂水平井数学模型。运用摄动变换、Duhamel原理、Laplace变换等方法求解模型,得到井底压力线源解,绘制井底压力动态曲线并对相关参数进行敏感性分析。结果表明:多级压裂水平井的渗流过程划分为12个阶段。渗透率应力敏感系数使压力曲线上翘;储容系数影响窜流的时间与强度;窜流系数影响基质向裂缝窜流出现时间;内外区流度比主要影响内区向外区过渡流及晚期径向流阶段;裂缝间距和裂缝长度增大有助于增加泄油面积,减小整体渗流阻力;内区半径主要影响内区向外区过渡时间。该结果对致密油气藏多级压裂水平井渗流规律分析和试井解释具有指导意义。     

体积压裂页岩油储层渗流规律及产能模型

利用岩心实验,研究页岩油储层纳微米孔喉渗流规律.基于分形理论,采用双重分维(缝宽分维和迂曲分维),对体积压裂裂缝面密度、等效渗透率等参数进行表征.页岩油储层体积压裂开发过程中,流体的流动分为椭圆缝网内渗流区和主干缝内线性渗流区2个区域,建立二区耦合稳态渗流数学模型,推导页岩油体积压裂改造储层直井产能方程,模拟计算压裂井产能及分析压裂裂缝参数对产能的影响.结果表明:缝宽分形维数越大,裂缝面密度越大,基质—裂缝等效渗透率越大;当裂缝面密度较大时,增加储层改造宽度对产能提升有较大影响;次生缝导流能力越高,提高主干缝导流能力对产能影响越大,次生缝导流能力越小,影响越小.     

非均质油藏多段压裂水平井不稳态压力分析半解析方法

基于点源函数理论和边界元思想,建立一种可用于非均质油藏多段压裂水平井非稳态压力分析的半解析模型。模型考虑储层横向非均质性的影响,计算所得结果与数值解进行对比与拟合,对横向渗透率的非均质性、储容比、窜流因数、裂缝导流能力、长度及各裂缝泄流面积的影响进行讨论。结果表明:随着储层横向渗透率非均质性的增强,各裂缝间流量的差异性增大;单一提高某一个裂缝附近的渗透率对压力影响较小;泄流面积的差异性仅在晚期对各裂缝流量分布有影响;裂缝导流能力仅对早期裂缝流量的分布有影响,裂缝越长,流量越大。     

考虑裂缝干扰的气藏压裂水平井产能预测模型

基于压裂水平井井身结构复杂,需要建立考虑裂缝参数变化且符合水平井渗流特征的产能预测模型.为准确预测压裂水平井产能,通过保角变换和势的叠加原理,建立新模型,不仅考虑裂缝长度、裂缝间距、裂缝夹角的变化对压裂水平井产能的影响,还考虑裂缝间的相互干扰.结果表明:压裂水平井产能随着裂缝条数、长度和裂缝夹角的增加而增大.模型通过现场验证,计算单井无阻流量与试采结果对比,相对误差为8.3%,计算结果较为准确.     

深部煤层气井排采特征及产能控制因素分析

根据鄂尔多斯盆地某区块深部煤层气井生产资料,分析深部煤层气井在排采初期的气水产出特征;研究影响深部煤层气井产能的地质和工程主要因素,基于产能主控因素提出研究区深部煤层气开发建议.结果表明:深部煤层气井在排采初期产能偏低,影响产气效果的地质因素主要包括构造部位、煤层埋深、含气量及水动力条件,工程因素主要包括压裂参数、开采层数和抽采制度;开发时应注意控制压裂液排量高于7.75m3/min,保持30~40m3的加砂量,并根据产气变化及时调节泵冲次,调节幅度以小于0.05次/min为宜;工程前期设计和后期操作要与地质情况紧密结合,充分发挥两者对产能控制的最大优势.     

考虑天然水平裂缝的页岩气三维运移模型

页岩气藏中分布着大量的天然裂缝，天然裂缝既是气体的储集场所也是气体的渗流通道。为了分析天然水平裂缝对页岩气产能的影响，将页岩气藏的基质和裂缝简化为双重介质模型，建立了三维地质渗流模型，并 采用有限元程序 ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｃｉｓ５．１进行了求解，同时利用现场测井数据验证了该模型。在此基础上研究了天然水平裂缝的宽度、空间展布情况、充填以及密度等参数对产能的影响。三维地质渗流模型与二维地质模型相比由于考虑了水平向的裂隙更接近于实际情况，当天然水平裂缝的导流能力比人工裂缝导流能力强时，考虑天然水平裂缝时的页岩气产量是不考虑时的两倍。裂缝的宽度实际变化不大，裂缝的导流能力主要取决于其填充情况对渗透率的影响。在本模型的几何尺寸下，人工裂缝比天然裂缝的渗透率高１个数量级，且１０００ｄ时，和不考虑天然裂缝相比，累计产量多出了近３倍。页岩气的累计产量还随天然裂缝垂向分布密度的增加而增加，１０００ｄ时，裂缝由０增加到１条时，累计产量可增加近４倍，裂缝由２条增为３条时，累计产量增加量为５×１０８ｍ３。在实际开发过程中，人工裂缝的设计需考虑到储层中天然水平裂缝的相关参数对产能的影响。      

基于分形和分数阶的煤层气藏多级压裂水平井试井模型

基于分形理论和分数阶微积分,建立具有割理(裂缝)系统应力敏感性的煤层气藏多级压裂水平井半解析模型;采用线源理论、数值离散和叠加原理等方法,求解拉式空间下的井底压力解;利用Stehfest数值反演技术,绘制真实空间下的无因次试井曲线,进行相关参数的敏感性分析。结果表明:根据导数曲线的不同特征,划分为8个不同的流动阶段,即井筒储集效应阶段、表皮效应阶段、第一线性流阶段、第一径向流阶段、第二线性流阶段、割理系统径向流阶段、窜流阶段和整体径向流阶段,拟渗透率模量和反常扩散系数增加,压力和压力导数曲线后期上升;分形维数减小,压力和压力导数曲线上升;水力裂缝半长变大,第一线性流阶段持续时间变长,第一径向流持续时间缩短;水力裂缝间距变短,第二线性流阶段出现时间变早,第一径向流阶段持续时间变短;水力裂缝条数越多,中期压力和压力导数曲线位置越低。该结果为更好地理解煤层气藏压裂水平井的渗流规律提供指导。     

断溶体油藏填充物对裂缝闭合影响试验研究

裂缝是断溶体油藏的重要渗流通道,随着地层流体的采出,裂缝将发生闭合,其在地应力作用下的闭合规律对于储层渗透率具有重要影响。采集碳酸盐岩岩样,通过巴西劈裂实验制备裂缝试件,构建基于CT扫描灰度图像的裂缝变形分析方法,通过加压和卸压试验,研究裂缝在被不同填充物填充条件下的闭合规律,裂缝的闭合情况采用岩心渗透率和裂缝开度综合表征,以此研究裂缝填充物性质对裂缝闭合规律的影响。研究结果表明:随着围压的增大,裂缝开度和试件渗透率均逐渐降低;填充物延展性越强,裂缝在压力作用下闭合越明显,渗透率降低幅度越大;对于同样被石英填充的裂缝,不同的填充方式下裂缝闭合规律不同,对于裂缝的支撑效果,单层细砂>厚层细砂>中砂细砂混合（结果）。研究成果可为认识不同矿物填充裂缝在地应力作用下的闭合规律提供参考。      

井工煤矿生态恢复治理工作中存在的问题探讨

井工煤矿对生态系统的影响和破坏主要为采空区导致地表变形、地面塌陷、地裂缝等地质灾害,地下水系统破坏和"三废"排放等。该文认为人们对矿区生产及闭坑后地下水污染对农业的危害未能引起足够的重视,急需强行关闭用作灌溉的污染水井,然后需要进行监测、封堵、治污等工作,逐渐提高矿区地下水质量;认为煤矿高岩温岩体作为地热能的主要赋存体,具有较好的热导率,通过水源热泵系统提取循环水中的热量,可以将采空区周边的地温能加以提取利用,让煤矿在生产及闭坑后均能产生地热能源;认为制约煤矿采空塌陷积水区治理的关键问题是解决充填积水区和井下采空区填充物问题,提出改造鲁南运河,将黄河泥沙输送到济宁及周边矿区;认为治理历史遗留矸石山的关键问题是爆破削坡过程中发生崩塌、滑坡、扬尘等灾害,可以利用高压水枪,配合破岩机和挖掘机联合作业来解决。     

文登地区浅部干热岩地热资源的赋存条件分析

文登地区的5处天然温泉,多分布于河套边沿,水源足,水质优,水温高,证明该地区存在多处地温梯度异常。分析认为该地温梯度异常与太平洋板块边沿俯冲带、苏鲁超高压变质带放射性元素生热异常、深大断裂带的导热作用有关。根据各种岩性的导热性分析,认为含石英岩脉的花岗岩、花岗片麻岩或片麻岩为有利于干热岩资源开发利用的最优目的层。建议在5处天然温泉区域内,利用物探、钻探等勘查手段相结合,查明深大断裂带,调查地温梯度异常区,寻找浅部干热岩地热资源赋存区。     

新疆布腊图勘查区地震磁法勘探煤层火烧边界

煤层在燃烧过程中,其围岩受到高温烘烤,致使煤层上、下部围岩裂隙发育,失去了形成层状地震反射的条件,同时在磁性、导电性等方面物理性质也发生显著变化,为地震勘探及磁法勘探的实施提供了理论依据。该文通过实例介绍了利用三维地震勘探和磁法勘探相结合准确圈定各主采煤层火烧区边界的方法及经验。     

高喷灌浆防渗加固技术在菏泽茅庄煤矿主斜井的应用

透水事故是煤矿安全生产的主要隐患之一,不仅造成生命威胁,也会带来巨大的经济损失。菏泽茅庄煤矿主斜井穿越含水量十分丰富的流砂地层,亟待进行喷浆防渗加固。该文介绍了菏泽茅庄煤矿主斜井的高喷灌浆防渗加固的工程概况、旋喷桩施工设计、施工方法,以期为相关研究、生产工作提供一定的施工思路。     

利用黄河泥沙治理巨野煤田沉陷区初探

利用黄河泥沙资源治理煤田采空沉陷区,可以清除黄河泥沙,降低黄河河底高度,达到除害兴利的目的。该文讨论了巨野煤田开发存在的沉陷问题,以及因此造成的危害和影响,研究利用黄河泥沙资源恢复煤田沉陷区的途径和方法,对于类似沉陷区治理有重要的借鉴意义。     

印度尼西亚方程的改进及其在大庆长垣低孔渗储层的应用

针对大庆长垣F油层储层具有孔隙度小、渗透率低、泥质含量高、微孔隙发育、束缚水饱和度高等特点,通过理论和实验分析长垣F油层低孔、低渗储层的主要导电因素,得出泥质附加导电和束缚水导电是该区F油层的低孔、低渗泥质砂岩储层的重要导电因素.考虑束缚水和可动水导电路径不同,基于三水导电模型的推导原理,建立混合水等效电导率方程;依据该区矿化度较低和含泥高的储层特征,对适用于淡水高泥储层的印度尼西亚方程进行改进,用混合水等效电导率代替原方程中的地层水电导率,建立长垣地区F油层低孔低渗泥质砂岩含水饱和度模型.利用岩心分析数据和常规测井资料,采用多元回归法确定长垣F油层饱和度模型中的泥质体积分数、孔隙度、束缚水饱和度.利用岩电实验数据,采用最优化方法确定长垣F油层饱和度模型中的饱和度指数、胶结指数等参数.经密闭取心井含水饱和度对比和试油结果验证,建立的含水饱和度模型可用于F油层的低孔低渗泥质砂岩储层定量评价.     

Variation of cavity gas pressure in slopes with weak intercalation under seismic load

This study discussed how cavity gas pressure affects the stability of rock mass with fractures under well controlled laboratory experiments. Suddenly-created void space created and the induced gas pressures have been the focus of active researches because they are associated with fast movement of large-scale landslides. A shaking table experiment was set up to mimic weak-intercalated rock slope under seismic loads. Excessive cavity gas pressure would be produced in weak spots upon a sudden vibration load. The drastically elevated gas pressure is believed to be responsible for the creation of cavities surrounding the tension fracture. With dissipation of the excessive cavity gas pressure, the fractures are in unbounded closed-state. This observation explains that the slope body would be split and loosened under several aftershocks, and with the expanding of the cracks, the slope failure eventually occurred. The research of the mechanism of cavity gas pressure could provide a novel insight into the formation mechanism of landslides under seismic load and has implications for the disaster prevention and control theory for the slope stability evaluation.     

声子在地幔矿物热传递过程中的作用

采用非平衡量子统计方法讨论了地幔矿物声子热传导的3种不同情况,得到了较为普遍的结果,结果表明在下地幔声子热传导将是主要机制.     

水布垭水库水压应力场、孔压场及形变场分析

本文以Biot的固结理论为基础,利用有限单元法,对水布垭水库未来蓄水后地壳岩石中由于附加水荷载所产生的各种力学效应进行了数值计算。计算中沿清江从招徕河到恩施之间共取剖面48个。认为:(1)水体荷载产生的附加应力场、孔压场和形变场在库岸附近造成压应力差和位移差,特别是分布有附加的张应力,促使库水向外渗透和扩散,导致孔压改变、有效应力降低或增大;(2)水布垭库坝区的张性断裂和喀斯特较发育的地段,由于水体荷载效应和库水的渗透及扩散作用,易沟通地下水的动力联系,使岩体失稳并在浅层易产生倾斜型或倾斜型兼走滑型滑动;(3)孔压和位移一般在库基下几公里深度区域内多形成一个高值孔压和低值位移的变换带,是应力易于集中的场所;(4)水荷载产生的各种附加效应,受蓄水方式和蓄水时间的影响。