阜康矿区西部构造运动作用下煤储层渗透率分布特征

查明小范围内煤储层渗透率分布特征,可为合理井网部署、科学预测煤层气产能提供重要保障。对新疆阜康矿区西部煤岩层节理进行观测、统计和配套,获得了燕山晚期、喜马拉雅早期和喜马拉雅晚期3期构造应力场的主方向。结合构造运动反演法和煤层受力差异得出了研究区多期构造运动作用后14个块段内煤体结构及煤层的渗透率分布特征。结果表明:受多期构造运动作用影响,小范围内A₂煤储层渗透率非均质性强,位于向斜核部扬起端埋深较浅处的煤层,煤体结构以碎裂-原生结构煤为主,渗透性最好;东北部风氧化带以深及南翼块段,煤层变形较弱,煤层渗透率中等;向斜核部埋深较深部位受多期构造运动影响较大,煤体变形较严重,以碎粒-糜棱煤为主,渗透性差;南部及西北部,受多期构造运动作用影响最大,煤层渗透性最差。钻井取心及渗透率实测资料验证了预测结果的准确性,此研究方法为多期构造影响下的小范围内煤层渗透率预测提供了一种思路和借鉴。      

超临界状态下煤岩吸附/解吸二氧化碳的实验

查明超临界状态下煤岩对CO₂的吸附/解吸特征,能为煤层气开采现场注CO₂的注入参数选取提供理论依据。以山西屯留矿的瘦煤和寺河矿的无烟煤为研究对象,借助ISO-300型等温吸附实验仪分别进行了不同温度(35℃、45℃、55℃)、最高压力达到CO₂临界压力以上时的吸附/解吸实验。结果表明:超临界状态下,随着压力升高,容量法测得的吸附量存在最大值,不代表煤样的绝对吸附量,而是Gibbs吸附量;根据煤岩在高压下吸附CO₂的本质,计算出超临界状态下煤岩吸附/解吸CO₂的真实量。超临界状态下煤岩吸附CO₂的真实量与压力之间符合langmuir吸附曲线,随着吸附压力的升高,Gibbs吸附量与绝对吸附量之间的差值越来越大;随着温度的升高,煤样的饱和吸附量降低;同样条件下,高变质程度的无烟煤对CO₂的饱和吸附量大于瘦煤;超临界状态下煤样对CO₂的绝对吸附等温线和绝对解吸等温线是可逆的。      

Ⅰ与Ⅱ类煤中地应力与多分支水平井壁稳定性的关系

有效防止水平井段孔眼坍塌是煤层气多分支水平井钻井成功率的有利保障之一,而煤体结构和地应力是影响成孔的两大主要因素。基于目前多分支水平井井身结构和煤体孔裂隙系统特征及弹性力学理论,分别建立了Ⅰ、Ⅱ类煤相关切向应力模型。根据该模型,分析了Ⅰ、Ⅱ类煤中垂直地应力与水平地应力不同大小、与主支和侧支钻进方向不同情况下的受力情况。结果表明:Ⅰ类煤中沿水平最小主应力钻进成孔最难,沿水平最大主应力方向成孔最容易;Ⅱ类煤中钻进方向由外生主裂隙与水平最大主应力夹角决定。      

煤中不同尺度裂隙钻井液污染程度定量评价

煤层气钻井时,钻井液会对煤层孔-裂隙造成污染堵塞。为了查明钻井液对煤中不同尺度孔-裂隙的污染程度差异及不同尺度孔-裂隙对渗透率的贡献率,以晋城矿区长平矿井的煤为研究对象,应用扫描电镜（SEM）与Image Pro Plus（IPP）图像处理技术,定量表征煤中不同尺度裂隙污染前后的平均长度、平均宽度、总面积、总周长等参数;基于分形理论构建了污染前后不同尺度孔裂隙的渗透率数学模型,定量评价了污染前后渗透率变化,并与实验测试的渗透率结果进行对比,验证计算方法的可行性。结果表明:污染后不同尺度裂隙的平均长度和平均宽度均有所减小。减少程度从大到小依次为:毫米级 > 纳米级 > 微米级。不同尺度裂隙被污染程度不同,从大到小依次为:毫米级 > 微米级 > 纳米级;不同尺度裂隙对渗透率的贡献不同,一般情况下,毫米级裂隙是压裂液优先渗流通道,对渗透率的贡献最大,所占比例为46%~72%;微米级次之,所占比例为27%~53%;纳米级的贡献微乎其微,一般不超过2%。当煤中毫米级和微米级裂隙较多,且弯曲度、宽度非均质性较强时,可能存在大尺度向小尺度转化、小尺度裂隙增加现象。不同注入条件（如注入压力、注入时间）及钻井液类型对煤中不同尺度裂隙污染程度需要进一步深入研究。      

煤层气垂直井排采控制决策系统的开发

合理的排采工作制度是提高煤层气井产量和节约成本的关键。根据煤层气井压裂裂缝延伸特点和排采过程相态变化特点,结合压力传递模型及Langmuir吸附模型,得出了不同排采阶段的识别标识;根据KGD模型,结合压裂施工工艺参数,以及渗透率与孔隙度的关系,分别建立了水平最小、最大主应力方向上的渗透率预测模型;根据达西定律及排采过程中煤基质与裂隙的正负效应,建立了不同排采阶段物性参数变化模型;根据压力传递特点及气、水相对渗透率变化,最终建立了不同排采阶段、不同过程的排采强度预测模型。借助Visual Basic开发工具,研制了煤层气垂直井排采控制决策系统。晋城矿区潘庄井田应用表明,该系统具有一定的应用前景。      

不同煤体结构煤的水力压裂裂缝延伸规律

查明不同煤体结构煤水力压裂时裂缝延伸规律能为合理井网部署奠定基础。以沁水盆地柿庄区块为研究对象,对钻井煤心裂隙进行观测,划分出4种裂隙发育程度煤。基于岩体力学理论,建立了水力压裂过程中裂缝尖端应力场计算模型和水力裂缝能否穿过天然裂隙的判断准则。根据煤层气井实测资料,验证了理论分析的可靠性,得出了不同煤体结构煤的水力压裂裂缝延伸规律。结果表明:考虑诱导应力前后,2组天然裂隙发育煤的水力裂缝延伸规律不同,随着缝长增加,诱导应力随之增大,水力裂缝单一延伸方向变为双向延伸;1组天然裂隙发育煤的发育方向与最大主应力方向夹角较小,导致考虑诱导应力前后水力裂缝的延伸方向变化不明显,整体延伸趋于天然裂隙发育方向;在粒状偶见及粉状无裂隙发育煤中,水力裂缝总是沿着最大主应力方向延伸。研究成果为该区不同应力和裂隙发育下井网合理布置提供了理论依据。      

资源条件与煤层气垂直井产能关系——以沁水盆地南部樊庄与潘庄区块为例

以沁水盆地南部樊庄和潘庄两区块煤层气垂直井勘探开发资料为基础,运用数值分析方法,分别研究了两区块煤层气井的含气量、资源丰度、含气饱和度、临储压力比与对应的平均日产气量的关系。结果表明:在樊庄、潘庄单个区块内,在忽略开发工艺对煤层气井产能影响的条件下,含气饱和度、临储压力比对煤层气垂直井产能影响均比较大;在樊庄和潘庄共同所在的区域范围内,临储压力比对煤层气产能的贡献最大。      

CO2分压条件下煤中矿物质溶解度数值模拟

查明煤中矿物质在不同温度和CO₂分压条件下溶解度变化规律,能为注入CO₂过程中煤储层渗透率分析提供重要依据。借助水文地球化学模拟软件PHREEQC对在不同温度和CO₂分压条件下煤中各矿物的溶解度进行了水化学模拟,得出不同温度和CO₂分压条件下矿物质溶解度的变化规律。结果表明:在无CO₂分压时,随着温度的升高各矿物的溶解度增加;当溶液中CO₂分压增加到一定程度时,随着温度的升高各矿物的溶解度降低（石英除外）;在温度相同时,随着CO₂分压的增加,所有矿物（石英除外）溶解度均增加,方解石的溶解度随着CO₂分压的升高呈现出迅速增加的趋势,其他矿物随着CO₂分压的升高,溶解度增加的速率较为缓慢。      

山西沁水盆地樊庄区块煤层气高产区预测

准确预测煤层气高产区是降低工程投资风险的重要保障。以沁水盆地樊庄区块部分煤层气垂直井的勘探开发资料为基础,根据煤层气富集的影响因素建立了煤层气富集评价指标体系,应用多层次模糊综合评价法把研究区划分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类三种富集类型。根据构造曲率的基本原理,结合研究区资料,建立了采用构造曲率来预测渗透率的方法,并根据构造曲率与煤储层渗透率的关系识别出高渗区。运用指标法将富集区与高渗区耦合,实现了樊庄区块高产区的预测。已有生产资料表明,应用此方法进行高产区预测是可行的。     

高压氮气置换甲烷对煤基质孔隙的影响

为探究高压气体吸附-解吸试验对煤基质中孔隙发育规模和结构的影响,选取安鹤矿区鹤壁六矿二1煤层煤样进行了高压氮气置换甲烷吸附-解吸试验,采用低温液氮吸附方法分别测定了高压氮气置换甲烷前后煤的低温液氮吸附解吸曲线,利用BET、BJH和QSDFT 3种分析模型,对煤基质中1.14~300 nm的孔隙规模、分布与结构特征进行了对比分析。分析结果显示煤样的孔容、比表面积和孔隙结构在高压气体置换过程中均发生了变化,孔隙BET比表面积从12.746 0 m2/g降低到7.227 0 m2/g,总孔容从0.009 0 cm3/g降低到0.006 6 cm3/g;孔隙发育规模与孔径分布均发生明显变化,但孔隙形态基本保持不变,孔径分布的变化主要表现为微孔孔容与比表面积的降低为主,而中孔和大孔基本保持不变。