沁水盆地煤储层渗透性影响因素研究

渗透率是评价煤储层渗透性的重要参数，通过对沁水盆地煤储层渗透性影响因素的研究，认为渗透率取决于煤层裂隙特别是煤层割理的发育情况，同时煤级控制了煤层割理的发育，后期方解石等地下流体的充填作用对煤储层割理渗透性产生严重的负面影响，而煤岩成分、煤相、矿物质等因素对割理渗透性的作用有限；有效应力、煤层埋深与渗透率呈负指数关系；随着煤层气的开采煤基质的收缩作用增大了煤层渗透性。     

有效应力对煤层气储层各向异性的影响

为研究煤层气开发过程中有效应力增加对煤储层孔渗各向异性的影响,采用不同方向的煤岩样品对沁水盆地南部煤层气储层各向异性进行了评价。结果表明,煤层气储层孔隙度和孔隙结构具有明显各向异性特征:面割理方向核磁共振曲线为双峰型,以大孔、割理为主;端割理方向为宽底单峰型,以中孔为主;垂直煤层理方向为单峰型,中、小孔发育。有效应力加载至10 MPa后,3个方向核磁共振信号强度均降低,表明煤样部分孔隙被压缩、割理闭合。煤层气储层渗透率具有明显各向异性特征:面割理方向渗透率达到垂直层理方向的9倍以上;随有效应力增加,储层各向异性程度降低,但面割理方向与垂直层理方向渗透率异质程度最强。煤层气储层应力敏感性具有明显各向异性特征:面割理方向应力敏感性最强,应力敏感性系数和渗透率损害率均最大;垂直煤层理方向应力敏感性最弱,应力敏感性系数和渗透率损害率均最低。有效应力卸载后,不同方向煤岩渗透率恢复率不同,面割理方向最高,达到55.3%,垂直煤层面方向恢复率最低,为40.2%。     

铁法矿区主要煤层割理的发育特征

煤层割理是影响煤储层渗透率的主要参数之一,铁法矿区煤炭储量丰富,阜新组含煤二十层,各煤层割理的发育程度差异较大,其中以7、12、13等煤层割理最为发育,割理间距0.05～0.4mm,一般无充填物,组合类型以孤立--网状为主。     

煤层渗透性各向异性规律的实验研究

煤储层具有明显的层理特征,而层理间割理裂隙破坏了煤体的连续性和整体性,从而导致煤层渗透率各向异性。针对这一特征,沿垂直煤层层理、平行层理垂直面割理和平行层理垂直端割理三个正交方向取芯,采用自主研发的煤岩三轴吸附解吸渗流试验系统,在不同围压和气体压力下,对煤样的面割理、端割理、垂直层理方向上的渗透率进行测试分析,结果表明:不同气体压力下,无论是割理方向还是垂直层理方向上渗透率均随着围压增大而减小。在气体压力较低时,面割理方向的渗透率较大,气体压力对端割理方向和垂直层理方向渗透率影响不大。     

中国煤储层渗透率分级方案探讨

统计分析了国内外不同煤阶和地区的煤储层渗透率数据,显示国外相同煤阶煤储层的渗透率要比我国高1~2个数量级,且我国不同煤阶煤储层渗透率整体上差异不大。研究表明,煤储层的渗透性主要受现今地应力强度和构造史及与其伴随的流体活动史决定的煤体结构、割理发育程度和割理充填状况等因素控制,高应力、复杂煤体结构和割理充填,是中国低渗透煤储层的基本成因机理。基于我国煤储层渗透率分布特点和不同渗透率条件下单井产量的分析,将有效煤储层的渗透率下限定为0.01×10-15 m2,按渗透率将有效煤储层划分为低渗(k=0.01×10-15~0.1×10-15 m2)、中渗(k=0.1×10-15~0.5×10-15m2)、中高渗(k=0.5×10-15~1×10-15 m2)、高渗(k=1×10-15~5×10-15 m2)和超高渗(k>5×10-15 m2)5个等级,煤层气井的实际产量除受渗透率影响外,还受到煤层厚度、含气量、压裂参数、地质构造、煤系地层含水性和排采工作制度等其他因素的影响,随着我国煤层气开发技术的进步,低渗煤储层(k=0.01×10-15~0.1×10-15 m2)经合理配套的压裂技术和排采方案仍可获得理想的产气量。     

煤系气储层渗透率解析模型研究进展

渗透率是评价煤系气商业开采的重要参数之一,为了准确评价煤系气商业开采的可行性,基于天然裂缝性储层的几何模型,以及渗透率和孔隙率的立方关系、渗透率和有效应力之间的指数关系,调研分析了煤系气储层渗透率解析模型的研究现状。对影响煤系气储层渗透率的各个因素进行了分析,结果表明:气体在基质中的动力学扩散作用导致基质压力和裂隙压力不相等;面割理和端割理张开度的差异导致渗透率出现各向异性;储层为非连续介质,弹性模量随有效应力的变化而变化;有效应力系数和裂隙压缩系数对渗透率有明显的影响。基于分析结果,提出了弹性模量、有效应力系数及裂隙压缩系数的测试方法。     

新疆阜康矿区煤层气井压裂液优选研究

储层改造是煤层气井的主要增产措施,而储层改造的主要工程手段为水力加砂压裂。煤层基质吸附压裂液会导致割理孔隙度和渗透率的大幅下降,且这种吸附性伤害是不可逆的,会极大影响储层改造措施的效果。因此,煤层气井压裂液与煤储层的配伍性极为重要。本文综合考虑压裂液粘度、携砂性能、对储层的伤害及经济性,优选出适用于阜康矿区煤层气井的压裂液。     

低应力下原煤各向异性渗透特性试验研究

为了探究低应力下原煤的各向异性渗透特性，以漳村煤矿、亭南煤矿、新景煤矿煤样为研究对象，利用改进的三轴渗流试验装置，开展了沿同一试样面割理、端割理和垂直层理方向，恒围压轴压、变孔隙压力下的渗透试验。结果表明：在恒围压轴压下，通过煤样的流量随着渗透压差的增大而增大，在相同的渗透压差下，流量大小与渗流的方向紧密相关；在相同平均孔隙压力下，面割理方向渗透率略大于端割理方向而远大于垂直层理方向；低应力下面割理、端割理方向的渗透率相差不大，平行层理面内渗透率相近并非偶然，煤的渗透具有横观各向同性特征；煤体应力增大是导致端割理和面割理方向渗透率产生差异的主要原因。     

煤层气储层损害机理及应对措施

针对山西沁水盆地南部中高阶煤储层,利用X射线衍射、溶剂抽提后质谱分析、扫描电镜、低温氮吸附和压汞法,测试了钻井液组分对煤岩有机分子结构、割理和基质孔隙的影响特征;开展了压力波动条件下,不同类型钻井液对煤储层应力敏感性、钻井液滤失量以及钻井液侵入后的储层损害的对比实验。分析认为减小煤层气储层损害需要综合考虑钻井液组分和钻井工程两方面因素,钻井液中淀粉类、纤维素类组分对煤岩的物理化学性质产生较大影响,压力波动是导致储层损害的主要推手。煤层气水平井钻井过程中,泡沫钻井液可以减少钻井液对煤储层的侵入量,清水钻井液侵入煤储层后的渗透率损害率最低,减小钻井压力波动是稳定井壁和保护储层重要工程措施。     

铁法煤田大兴井田煤层气储气层特征

铁法煤田大兴井田共含煤20层,呈北北东向的条带状分布,煤层比较稳定,煤层气资源丰富。本文通过对煤储层特征即煤层结构和割理密度、割理的组合类型分析,再结合煤层气含量及其控制因素、煤层渗透性和煤储层压力、煤的吸附性综合分析及水文地质条件等资料,选择较为有利的区块,进行小规模的生产试验,为以后的煤层气开发,提供可靠的理论支撑。     

煤层割理与煤级的关系

通过对煤中割理的宏观观测、光学显微镜、扫描电镜观测等实验,详细研究了割理与煤级的关系,指出煤中割理密度随煤级的增高存在3种变化趋势：①随煤级增高割理密度增加,在中煤级阶段达极大值,之后逐渐降低;②随煤级增高密度增加,在中煤级阶段达极大值后,随煤级进一步增加密度保持不变;③在中煤级阶段密度达极大值后,随煤级增高逐渐降低,但在反射率大于4％时,保持不变,同时探讨了割理的成车闭合机理。     

基于极限平衡法的煤层钻井井壁稳定性解析模型

考虑煤层割理、裂隙随机分布及近井壁被切割成块体的特点,建立非均匀地应力和钻井液压力共同作用下的煤层井眼稳定性解析模型。假设井眼附近围岩为拟连续体,采用连续介质理论和岩石断裂力学获取了井壁附近的应力场分布,并借助极限平衡理论分析和Mohr-Coulomb准则,推导了块体滑落作为煤层井壁坍塌条件的解析判据公式。以块体滑落位置和滑落面积为控制条件,利用PFC离散元软件验证了解析模型的准确性。结果表明,对于煤层钻井,钻井液压力越大,井壁坍塌可能越严重;I型块体和III型块体极易滑落引起井壁坍塌,II型块体滑落的条件在于其临近块体先行滑落;对于沁12-10-70-X井,钻井液压力在9.5 MPa左右时,井壁坍塌程度最低,增大或减小钻井液压力均使得井壁坍塌加剧。     

Stress sensitivity of coal samples in terms of anisotropy

The permeability and porosity of coal seams are anisotropic, and the variation of confining stress may induce deformation in coal samples. In order to study these characteristics, experiments and model analyses were conducted to understand the behaviors of anisotropic stress sensitivity of lean coal samples. The results showed as the closure of cleats and the generation of micro-cracks, the strong stress sensitivity of coal samples and the discrete changes in porosity were caused by confining pressure changes. In the compression period, the anisotropy trend first increased, and then decreased. In the direction perpendicular to the bedding plane, the permeability decrease rate and the irreversible damage rate were the highest. In the direction parallel to the cleats, permeability recovery rate was higher and the irreversible damage rate was lower along butt cleats. Compared to the cube root of permeability to porosity, a 1/6 power relationship was proved to be closer to the experiment results, the new relationship had the highest fit level in the face cleat direction, and the lowest fit level in the vertical direction.     

低煤阶厚煤层水平井方位及选层——以吉尔嘎朗图地区为例

为解决低煤阶厚煤层水平井钻井方位及层位优选难题,基于低阶煤应力敏感性机理和多斜交裂缝水平井产气模型,定量研究了水平应力差、裂缝对水平井方位的影响。通过弱面理论、断裂力学建立起煤层气井井壁稳定计算模型,提出针对厚煤层的测(录)井-脆性指数综合选层方法。研究表明:① 沁南煤岩压缩系数为0.038~0.077,鄂东煤岩压缩系数为0.025~0.074;低阶煤比高阶煤的压缩系数大,含水湿样比干样的压缩系数大;升压时的煤岩压缩系数比降压时大,裂缝样压缩系数降幅大于自然样;② 水平应力差会导致渗透率各向异性,压缩系数和水平应力差是影响水平井方位的两个最重要因素,低煤阶水平应力差大于8 MPa或高煤阶水平应力差大于14 MPa后,最优方位近似平行于最小水平主应力方向。裂缝与井眼夹角大于60°后产气最优,缝宽大于3 mm后产气量对缝宽的敏感度明显降低;③ 面割理倾角小于25°时,沿面割理倾向的安全钻井液密度窗口最大,沿面割理走向的安全钻井液密度窗口最小;倾角大于25°后,沿面割理倾向的安全钻井液密度窗口仍最大,走向与倾向之间的安全钻井液密度窗口最小;④ 吉尔嘎朗图地区水平井优选方位为NE90°~114°,JM-X井生产实践表明该选层方法能有效指导厚煤层选层。     

构造应力对日本钏路煤田煤层气体渗透率的影响

日本钏路煤田的煤层割理形态类似于孤立的直线节理。本文介绍了钏路煤层及相关割理系统的特性，通过试验研究了围压变化和煤层割理对气体渗透性的影响。     

低透煤层化学改性增透技术研究现状及展望

我国煤储层的赋存特征概括为微孔隙、强吸附、低渗透,这些赋存特征严重抑制了煤层气的开采,在此基础上,储层改造技术被广泛提出.针对低透气性煤层,国内外学者提出水力压裂、水力割缝、预裂爆破等储层增透技术,这些技术均存在增透范围小、裂隙闭合快、水锁效应等问题.有学者提出采用化学方法改造煤层,利用化学试剂改变煤层理化性质继而达到...     

古构造应力场与低渗煤储层的相对高渗区预测

利用古构造应力场模拟成果,结合钻孔煤芯描述、煤矿井下观测和煤层气井试井渗透率资料,在低渗煤储层广泛发育的淮南煤田预测了相对高渗区．综合分析表明,古应力高的地区也是构造煤发育区,而构造煤是导致煤储层渗透性降低的主要因素．因此,古应力较低的区域,可能是原生结构煤发育的相对高渗区．     

煤层气越流固气耦合数学模型的SIP分析

应用煤岩固体变形与煤层气（瓦斯）越流相互作用的新观点,认识双层系统煤层气越流运移的机理。在地球物理场作用下,双层系统煤层气越流实质上是可压缩性气体在各向异性且非均质的孔隙与裂隙双重可变形介质中的渗透与扩散的混合非稳定流动过程。依据这一新认识,建立了双层系统煤层气越流与煤岩弹性变形的固气耦合数学模型,并成功地应用该耦合模型于邻近层煤层气涌出的数值模拟实例中。经实测结果验证,该固气耦合模型是符合实际的;同时,也表明解算该类固气耦合数学模型的计算机模拟方法－－SIP算法是有效的。     

基于CT三维重建的高阶煤孔裂隙结构综合表征和分析

为有效研究煤的孔裂隙结构特征,实现对煤的孔裂隙结构的定性定量表征和分析。以内蒙古巴彦高勒煤矿311102运输巷的煤样为研究对象,基于ZEISS Xradia510 Versa X射线显微镜扫描得到的CT数据,结合三维可视化软件AVIZO中内置数学算法,提出了煤的孔裂隙结构定量表征的方法,并建立了煤的三维孔裂隙结构模型和具有拓扑结构的孔隙网络简化模型。通过本文提出的方法,对巴彦高勒煤矿煤样的孔裂隙微观参数——孔径大小、孔体积、孔隙率、配位数、喉道长度等进行了统计分析。研究表明:在微米的尺度下,内蒙古巴彦高勒煤矿的煤样以大孔为主,并伴有网状的割理裂隙,有效孔隙率为10.34%,通过孔隙网络模型统计出的孔隙数为12 834,喉道数为432及其他的微观结构参数。