煤岩全应力应变过程渗透性特征试验研究

在MTS815岩石伺服试验机上进行了煤岩全应力-应变过程中的渗透性试验,揭示了煤岩在变形破坏过程中的渗透率变化规律。试验结果表明,应变-渗透率曲线与应力-应变曲线变化趋势基本一致,但表现出相对“滞后”的特点,表明渗透率的变化与其损伤演化过程密切相关,同时煤体通过其内部裂隙的渗透需要一定的时间过程。同其他沉积岩石相比,煤岩微结构及微组分复杂多样,不同煤岩类型其渗透率相差很大。同时,由于煤岩微孔隙裂隙相对较发育,其渗透率受有效围压的影响更明显。     

煤储层渗透性影响因素探讨

依据煤层气井的试井资料，结合试验室测试数据和其它资料的分析，认为中国煤储层渗透性主要受原地应力状况的控制，其它因素对其也有一定的影响。     

全应力应变过程中碳酸盐岩渗透性研究

长期以来 ,石油地质和水文地质工程地质专家鉴于岩石渗透性对油气藏开采 ,地下水资源开发和工程岩体稳定性的重要作用 ,一直在探索 ,完善岩石渗透性的研究方法。传统的方法如达西定律仅用于松散层渗透性测试 ,现场抽水试验反映了全部裸孔段的综合渗透性特征 ,无法了解不同孔段渗透性的差异性。在较早的文献中 ,多把岩石中水的渗透系数定义为常数在 渗流场或应力场—渗透场耦合分析中 ,渗透系数也多被当作常数处理。然而地下深部储集层和各种地下工程岩体都是处在一定的应力状态和应力水平之下的 ,不同应力状态下 ,其渗透率也将有很大变化。 …     

任丘油田雾迷山组白云岩储集层的渗透性试验研究

运用815.02型电液伺服岩石力学试验系统对任丘油田雾迷山组18块白云岩岩芯的渗透性进行了测试.结果表明,溶蚀孔洞型中-亮晶藻屑白云岩和角砾岩,初始和峰值渗透率均较高(分别为143.10×10-7-206.00×10-7Darcy和386.80×10-7-790.00×10-7Darcy),而且破坏强度较低(35.8MPa-55.3MPa);裂隙型白云岩初始渗透率为1.48×10-7-23.40×10-7Darcy,峰值渗透率32.13×10-7-202.10×10-7Darcy;泥质白云岩和硅质白云岩,岩性致密,初始渗透率几乎为零,峰值渗透率66.00×10-7-152.20×10-7Darcy,而且其破坏强度最高可达107.50MPa.同时运用Amray 1000B型电子扫描显微镜和9310型微孔结构分析仪研究了空隙发育对渗透性的影响.     

铁法煤田煤储层渗透性预测

煤储层的渗透性预测是煤层气开发前必须的储层评价工作。评价方法是依据围岩节理及煤层裂隙的宏观、微观统计分析,寻找区内裂隙发育带及其走向,预测高渗透区的分布。     

高渗透性煤储层分布的构造预测

以我国山西沁水盆地为例,采用现代构造应力场和构造曲率分析相结合的方法,就构造对煤储层高渗透性区发育特征的控制规律及其地质机理进行了研究。结果表明：沁水盆地下二叠统山西组主煤储层试井渗透率与现代构造应力场最大主应力差之间具有指数正相关关系,煤储层构造裂隙在构造主曲率大于O．1×10^4／m的地段可能相对发育;高构造曲率与高最大主应力差相匹配的地段在盆地中-南部呈NNW向展布,是较高渗透性煤储层发育的地带;构造应力实质上是通过对天然裂隙开合程度的控制而对煤储层渗透率施加影响。     

煤系沉积岩应力–应变与应变–渗透率特征

通过对济宁三号煤矿岩样进行现场采取和室内试验分析,探究对开采有威胁的3煤层顶板砂岩和红层的渗透率特征。试验结果表明,中粗砂岩的渗透率最大,泥岩样的渗透率相对较小;应力对岩石的渗透率有很大的影响,主要体现在节理的法向闭合和剪胀效应,其中应力剪胀能显著地改变岩石节理的渗透性;岩石应变渗透率曲线,表现出渗透率峰值"滞后"的特点;在岩石处于弹塑性阶段时候,渗透率的变化剧烈且具有不可预测性,然而岩石渗透率与体积应变有很好的一致性。通过对实验结果的归纳总结,本文将岩石在全应力应变过程中渗透率变化划分成5个阶段:微裂隙压密闭合阶段、微裂隙随机扩展阶段、裂隙扩展贯通阶段、裂隙错动充分发育阶段和裂隙二次闭合阶段。     

煤层底板岩石全应力—应变渗透性试验

为探讨岩石应力应变与渗透率的关系,利用美国MTS公司815.02型电液伺服岩石力学试验系统,采用瞬态渗透法,研究了岩石在加卸载全应力—应变过程中的渗透规律。结果表明,岩石渗透系数既与应力状况和应变历史有关,也与岩石自身的结构和性质有关。     

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。     

地应力对煤储层渗透性影响的机理研究

利用裂缝储层孔隙结构模型理论和弹性力学原理,从微观角度对地应力影响煤储层渗透性的机理进行了研究,得出了煤储层中地应力与渗透率的相关关系,其结果与从宏观角度统计分析的结果相吻合,进而在一定条件下揭示了地应力对煤储层渗透性影响的机理。     

超临界CO2温变对低渗透煤层孔渗变化的实验研究

为解决我国高瓦斯煤层渗透性差导致瓦斯抽采率低的难题,利用超临界二氧化碳强扩散和溶解增透等独特优点,采用自制三轴渗透实验装置,开展不同温度下超临界二氧化碳作用后煤的宏观增透实验,在宏观增透实验基础上进行煤微观扫描成像实验。结果表明：恒定体积应力和孔隙压力条件下,不同温度超临界二氧化碳作用后,煤的渗透率较增透前提高一个数量级,但在二氧化碳的超临界温度范围内,煤的渗透率随温度增加呈负指数变化规律。超临界二氧化碳作用后,煤微观孔隙率较增透前提高两个数量级,随着温度增加,煤微观孔裂隙的演化速率减慢,孔隙率随温度增加呈负指数变化规律。宏微观实验数据同时表明,煤宏观渗透率随微观孔隙率增加而增大。超临界二氧化碳增透过程中,孔隙压力对低渗透煤层的增透效果起主控作用。     

煤样全应力应变过程中的渗透系数—应变方程

借助现代化的电液伺服岩石力学试验系统,以数控瞬态渗透法进行了全应力应变过程的软煤样渗透特性试验。实验中首次设置了环向应变传感器,得出煤样渗透性与主应力差、轴应变、体积应变关系曲线,并拟合出相应方程。从中可知,煤样全应力应变过程对应的渗透系数是体积应变的双值函数,体积缩小时为2次多项式,体积膨胀时为5次多项式。该方程用在应力场—渗流场耦合的数值分析中,可使计算结果更符合工程实际。     

煤炭开采对煤层底板变形破坏及渗透性的影响

煤层底板变形破坏除受地质因素控制外,还受开采因素影响。通过试验和理论分析,系统研究了煤炭开采对回采工作面底板应力、应变和破坏及渗透性的影响。研究结果表明,不同岩性岩石的渗透性在全应力-应变过程中为应变的函数,在微裂隙闭合和弹性变形阶段,岩石的原生孔隙和裂隙容易被压密,岩石的渗透率随应力的增加由大变小明显,当应力增大至极限强度时岩石试件破坏形成贯穿裂隙,岩石的渗透率迅速增大至最大,不同岩性岩石存在一定差异性;随着回采工作面推进,煤层底板岩层在横向上划分为原岩应力区、超前压力压缩区、采动矿压直接破坏区和底板岩体应力恢复区4个区。煤层底板岩体的渗透性随着煤炭开采底板岩体变形破坏而呈规律性变化。     

损伤和剪胀效应对裂隙煤体渗透率演化规律的影响研究

煤层瓦斯渗透率是影响瓦斯抽采和动力灾害防治的重要参数。为了研究煤体损伤和剪胀变形对渗透率的影响,首先引入损伤变量反映煤体损伤破坏状态,建立了基于体应变增量的煤体损伤本构模型。并采用Hurst指数表征裂隙表面粗糙度,基于裂隙表面的分形特征,建立了裂隙渗透率在压缩和剪切作用下的演化模型。通过对TOUGH2和FLAC3D软件进行二次开发,建立了基于双重孔隙模型的TOUGH2(CH4)-FLAC气-固耦合数值分析工具。采用本软件对煤样单轴压缩过程进行模拟分析,结果表明：煤体的破坏是损伤单元累积和贯通的结果,最终形成贯通煤体的损伤带是造成煤体失稳破坏的主因;围岩内的渗透率增加区域与损伤区位置基本一致,其中裂隙系统的渗透率增加幅度最大可达2个数量级;剪切破坏区的裂隙发生剪胀变形,引起裂隙渗透率大幅增加。建立的理论模型与数值计算工具为制定瓦斯治理措施提供了理论指导。     

煤储层渗透率动态变化效应研究

基于现代测试技术和煤层气井实测排采数据,采用物理模拟和数值模拟研究方法,探讨了开采过程中煤储层渗透率动态变化效应。研究结果表明,试验模拟和数值模拟渗透率数值相差较大,可达1～2个数量级;煤储层渗透率动态变化效应呈现出两种相反的规律,即数值模拟渗透率随流体压力降低而衰减,试验模拟渗透率随流体压力降低而增大,两种模拟渗透率动态变化特征看似相互矛盾,实则相互衔接,预示煤储层渗透率在排采过程中会逐渐得以改善。根据分析,揭示了二者差异性的根本原因。提出在整个排采过程中,应采用动态渗透率指标,不断调整和优化工作制度     

利用测井数据解析含煤地层渗透特性

研究受采动影响含煤地层渗透特性的变化规律,结合电视钻孔成像技术综合分析覆岩破坏高度,对煤矿开采瓦斯抽放系统钻孔位置合理布置具有重要意义。根据测井资料（密度、伽马）,解析地层边界、泥质含量及纯岩段夹层、弱层的存在及其对含煤地层渗透特性的影响。理论分析与现场实测表明：原始地层伽马曲线和泥质含量可以解析泥岩、粘土层和夹层、弱层的位置;含煤地层渗透率受采动影响,渗透率增高区由采前泥岩、粘土与其他岩体层交界和原始裂隙区向采后纯岩夹层、弱层区演化;被研究含煤地层冒落带顶点深度433 m,裂隙带顶点深度382 m。     

构造应力场对煤储层渗透性的控制机制研究

以山西沁水盆地为例,首先进行了成煤后古构造应力场恢复和有限元模拟,分析了现代地壳主应力的分布特点;其次,结合煤、岩层中裂隙分布的差异性,分析了盆地东部、东南部煤储层裂隙的展布规律和主要受控特点,总结出晋城、潞城和阳泉3个“裂隙—应力”控制模式,并将全盆地煤层渗透性划分为好、中、差3个等级,并进行预测评价。     

突出危险煤渗透性变化的影响因素探讨

通过对突出危险煤渗透性试验研究,系统分析了不同围压、不同瓦斯压力和不同应力-应变状态条件下突出煤样的渗透特性,分别建立了突出危险煤的渗透性与围压、瓦斯压力和应力-应变等主要控制因素之间的定性和定量关系,探讨了不同载荷条件下突出危险煤渗透性的控制机制和变化规律。研究结果表明,载荷条件对突出危险煤的渗透性具有重要影响：(1) 在固定瓦斯压力条件下,突出危险煤样的渗透率随围压的增大而减小,且服从指数函数变化规律。(2) 在固定围压条件下,受Klinkenberg效应影响,渗透率与瓦斯压力之间大致呈“V”字型变化;Klikenberg效应发生在瓦斯压力p < 1 MPa的范围内。(3) 在三轴压缩下的应力-应变全过程中,不同载荷条件下突出危险煤样的渗透率-应变曲线变化趋势几乎一致,且都呈“V”字型走势;在微裂隙闭合和弹性变形阶段,煤样渗透率随应力增大而减小;进入屈服阶段后,渗透率达到最小值并在峰值强度到达之前完成反超过程;峰值强度之后渗透率持续增大直至试验结束;煤样渗透率反超后的变化要较反超前变化平缓。