杨柳煤矿割缝预抽后煤体孔隙结构变化特征

为了系统分析割缝预抽后钻孔周围煤体孔隙结构变化特征,基于孔隙结构测试方法的敏感性和精确性及液氮吸附法和压汞法测定原理,提出将液氮吸附法和压汞法有机结合来表征煤体孔隙结构。结果表明：①二者的有机结合应满足填充临界孔径所需的实验介质体积相等且结合点平滑过渡;②随取样点与割缝孔距离的减小,小孔(10~100nm)所占比例显著降低,大孔(>1 000nm)所占比例逐渐提高,中孔(100~1 000nm)和微孔(<10nm)所占比例变化较小;③割缝预抽后煤体瓦斯放散初速度ΔP受取样点与割缝孔距离的影响。水力割缝与瓦斯抽采协同作用能够弱化煤体对瓦斯的吸附能力并显著提高瓦斯在煤体中的渗流能力。研究结果对于指导高压水射流割缝瓦斯预抽具有重要意义。     

临汾区块上主力煤层地应力场特征

文中对临汾区块33口煤层气探井主力煤层水力压裂获得的地应力数据进行了分析,认为该煤层储层压力、破裂压力和闭合压力均与煤层埋藏深度呈线性正相关关系。1 070 m以上,煤层地应力状态以垂直应力(σv)大于水平最大主应力(σH)大于水平最小主应力(σh)为主,最小主应力小于15 MPa,煤层处于伸张状态;1 070~1 200 m,煤层地应力状态转化为水平最大主应力,约等于垂直应力,约等于水平最小主应力,最小主应力15~20 MPa,煤层由伸张状态向挤压状态过渡;1200~1 500 m,煤层地应力状态转化为水平最大主应力,约等于垂直应力大于水平最小主应力,最小主应力大于20 MPa,煤层处于挤压状态。随着煤层最小地应力的不断增大,煤层的渗透性不断下降,裂缝逐渐减小,趋于闭合;煤层最大水平主应力方向主要为NEE方向。     

沁南-夏店区块煤储层地应力条件及其对渗透性的影响

采用水力压裂测试地应力方法,对沁南-夏店区块19口煤层气井3#煤层地应力分布进行了测试,并建立了3#煤层地应力、渗透率与煤层埋深以及储层渗透性与地应力之间的相关关系和模型,分析了地应力对煤储层渗透性的影响。结果表明:沁南-夏店区块最大水平主应力梯度为2.39~4.49 MPa/hm,平均为3.49 MPa/hm;最小水平主应力梯度为1.48~2.45 MPa/hm,平均为1.99 MPa/hm。煤储层渗透性受控于现今地应力和所处应力状态,煤储层现今地应力随深度的增加呈线性增大规律,煤储层渗透率与地应力之间服从负指数函数关系。煤储层埋深600 m以内,现今最小水平主应力小于12 MPa,煤储层渗透性相对较好,试井渗透率大于0.25 mD;埋深600~950 m,现今最小水平主应力为12~20 MPa,煤储层渗透性变差,试井渗透率平均为0.05~0.25 mD;埋深大于950 m,煤储层最小水平主应力大于20 MPa,试井渗透率平均小于0.05 mD。     

Y型通风下采空区瓦斯运移规律及治理研究

西铭矿为解决Y型通风方式下上隅角及采空区瓦斯超限的问题，本文以西铭矿48712工作面为工程背景，采用数值模拟对Y型通风模式下瓦斯浓度分布情况进行分析，发现随着采空区深度的不断增大，瓦斯浓度同时呈现逐步增大的趋势，且在工作面上隅角及靠近上隅角的位置瓦斯浓度超过1%，需要对其进行一定的治理，提出抽采钻孔系统对超限瓦斯进行治理，通过治理技术的应用，使得仰角钻孔抽采的采空区、上隅角、工作面、回风巷等的最大瓦斯浓度能够有效控制在0.8%以内，保证矿井安全生产。     

山西沁水盆地现今地应力特征

基于沁水盆地内多点地应力实测数据,运用数学计算与回归分析手段,采用有限元数值模拟法,建立地质模型,模拟15#煤层及顶、底板现今地应力分布特征。结合深层地应力资料,编制沁水盆地现今地应力方向、量值的平面分布和随埋深变化的剖面。研究结果表明:沁水盆地的地应力方向和量值分布在平面上具有一定规律性,最大水平主应力方向以NNE—NE为主,应力状态受构造形态、断裂及岩体性质的影响较大;地应力在盆地平面上呈环状分布,构造轴部(背斜轴部和向斜轴部)数值较高,翼部较低,最小水平主应力集中于12.00~31.00 MPa,最大水平主应力集中于26.00~42.50 MPa,垂向应力介于17.00~55.00 MPa;现今地应力特征受深度影响十分显著,埋深越大,各主应力值数值越大,应力系数主要表现为随着埋深的增大,系数值向某一数值逐渐靠拢;应力系数在平面上的展布也存在一定的规律,呈环状或中心对称,并与盆地构造形态及断裂因素有关。     

Numerical simulation and application on blasting to improve gas drainage rate in floor rock of coal roadway

在松软煤层相邻的岩石进行深孔控制爆破时,相邻煤层也产生裂隙和振动并可提高瓦斯流量。为研究此方法与煤体爆破的差异,利用三维数值模拟结合煤矿现场爆破实验,探讨了不同爆破介质的动应力分布及抽放效果。分析了底板岩石布孔和单煤体爆破布孔的特点;建立了不同条件下的爆破模型;研究了单煤体和煤岩介质中爆破孔与控制孔连心线距离与有效应力的关系。复合介质从岩石变为煤体后,有效应力极值减小57％,相同位置单一煤体只减小27％;瓦斯抽放效果很大程度上与爆破后控制孔轴线方向有效应力分布有关,爆破孔与控制孔间距为2．0m时,轴线方向平均有效应力与全煤层爆破3．0rn间距时基本相当。通过对重庆渝阳矿进行底板岩石深孔爆破实践,证实了以上研究结论的正确性。     

应力条件制约下不同埋深煤储层物性差异演化

以鄂尔多斯盆地东缘煤储层为研究对象,采用水力致裂法获取地应力参数,同时利用实验室模拟技术,结合现场测试数据,从煤储层储集性和渗透性两方面开展应力条件下煤储层物性演化机理研究。随着煤层埋深的增大,地应力增高,煤岩孔隙受压闭合,煤储层孔隙度在应力作用下呈指数规律降低;不同煤阶煤岩各级孔径的孔隙在应力作用下的变形特征存在较大差异,随着应力增大,低煤阶煤岩大中孔体积下降明显,而中、高煤阶煤岩微小孔体积的下降幅度要高于大中孔。不同埋深和应力作用下的煤体变形和渗透率变化可分为3个阶段:埋深在600 m以内,地应力较低,煤岩裂隙发育较好,煤储层渗透率变化范围较宽;埋深在600~900 m,煤层处于三向受压状态,裂隙易受压闭合,渗透率普遍小于0.5 mD;埋深在900 m以下,地应力变强,且煤层受力不均,垂直主应力大于水平主应力,易产生新裂隙,煤储层渗透率出现高值。     

四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组页岩气的晚期逸散

为了探讨四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组页岩气晚期逸散方式和强度,应用典型井页岩气层埋藏史、构造特征、压力系数、含气量和页岩岩心物性分析资料,通过页岩气晚期逸散时间和特征分析以及模式构建,指出页岩气晚期逸散的时间为页岩气层晚期持续抬升的整个阶段,从盆缘到盆内五峰组-龙马溪组页岩气晚期逸散开始的时间从早白垩世演变为晚白垩世。页岩储层基质孔隙以纳米级为主、渗透率属纳达西级（平均为0.000 215×10^-3 μm²）、渗透率应力敏感性强（岩心有效覆压从3.5 MPa升高到40 MPa,渗透率降低了两个数量级）。在断裂不发育的页岩气层深埋区,页岩气的逸散为浓度差驱动的微弱扩散。晚期构造作用导致页岩储层抬升或发育开启断裂,随着地应力的释放,页岩储层渗透率增大,且水平渗透率远大于垂直渗透率（地表全直径岩心水平渗透率平均为0.567 8×10^-3 μm²、垂直渗透率平均为0.153 9×10^-3 μm²）。剥蚀露头区附近或浅埋藏带以及开启断裂附近页岩气逸散强烈,且沿层方向逸散强度远大于垂直层面方向。从深埋区到浅埋区再到露头区,以及逐渐靠近开启断裂,随着地应力、页岩渗透率、烃浓度的变化,页岩气沿层方向逸散方式表现为从微弱扩散到较强扩散再到强烈扩散或渗流的渐变特征,且逸散强度有序渐次增大。     

“三软”煤层注水压裂增透机理及瓦斯抽采施工参数确定

针对豫西"三软"煤矿区瓦斯低渗难抽问题的特殊性,探讨了主采二1煤层生、储气层的变形特征。以ABAQUS软件为平台,依托告成煤矿建立了滑动构造带三维非线性流—固耦合水力压裂模型。应用多参数耦合模拟方法,探讨了定向注水压裂过程中目标层的流变—损伤—渗流耦合行为;同时利用T—P损伤演化准则的Cohesive单元,模拟了目标层裂隙的起裂和扩展过程。此外,探讨了煤岩体对动力荷载的响应机制和动态条件下的压裂效果。研究结果表明,定向注水新工艺条件下,当注水压力为4.5MPa,注水时间在2h左右时,水力压裂在顺层软煤中的影响半径基本可以达到80~100m这一理想数据,从而大幅度地改善了"三软"煤层低渗性能。实践证明,采用正确的施工方法和技术参数优化组合,可以有效提高煤层的透气性和瓦斯抽采效果,对复杂矿区瓦斯综合利用具有重要借鉴意义。     

恩村井田煤体结构与煤层气垂直井产能关系

煤储层原始渗透率、压裂改造后渗透率及围岩的渗透率共同影响着煤层气垂直井排采过程中压力传播轨迹,并最终影响着煤层气垂直井的产能。以焦作矿区恩村井田勘探开发原始资料为基础,根据测井响应曲线,结合钻井取心,把煤体结构划分为原生结构煤（I类）、碎裂煤（Ⅱ类）和构造煤（Ⅲ类和Ⅳ类）3类4种。根据岩石弹性力学理论结合不同煤体结构天然裂隙发育状况,建立了天然裂缝方位与地应力方向关系模型,分析出不同煤体结构主裂缝方位的主控因素。根据裂缝延伸方位结合煤层气井排采过程压力传播轨迹,得出不同煤体结构与产能关系。排采试验表明：以目前的水力压裂工艺进行储层改造,碎裂煤对产能的贡献最大,原生结构煤次之,构造煤几乎不可被改造。     

我国煤层气储量有望大幅增加

<正>2015年2月国家能源局发布了《煤层气勘探开发行动计划》(以下简称计划),其中提出,到2020年,我国将新增煤层气探明地质储量1×10~(12)m~3;煤层气(煤矿瓦斯)抽采量力争达到400×10~8 m~3。相对于2014年的170×10~8 m~3,未来5年,我国煤层气抽采量将增长1倍多。《计划》提出,400×10~8 m~3的抽采目标中,地面开发200×10~8 m~3,基本全部利用;煤矿瓦斯抽采200×10~8 m~3,利用率60%以上。到2020年,我国将建成3~4个煤层气产业化基地,重点煤矿区基本形成煤层气与煤矿瓦斯共采格局。《计划》提出,将出台完善扶持政策,严格落实煤层气市场定价机制,研究提高煤层气开发财政补贴标准,制定低浓度瓦斯利用鼓励政策,督促天然气基础设施公平开放,鼓励社会资本参与勘探开发和基础设施建设。     

中煤阶煤层气水平对接井开发效果与优化

通过理论分析与数值模拟相结合,分析对比SIS水平井与常规水平井的开发效果,在此基础上从生产制度与井型设计两方面对SIS水平井进行优化设计。研究表明,渗透率在1~40 mD,含气量小于12 m3/m3时,SIS水平井的采出程度是常规水平井的2~7倍。因此对于含气量较低,渗透率中等,割理较发育的中煤阶煤层气藏,SIS水平井具有较大的优势。SIS水平井合理泵排量为60~90 m3/d,合理生产井井底流压应控制在0.15~0.2 MPa.同时SIS水平井分支长度在1 100 m左右,分支夹角在40°~50°,SIS水平井主轴方向与面割理垂直时,SIS水平井开发效果最佳。     

煤层气裸眼洞穴完井注气增压数值试验

煤层气裸眼洞穴完井在我国的应用效果尚不理想,分析认为,这与我国对该完井技术的增产机理研究不够深入有一定关系。考虑煤岩特有的垂直裂缝系统,基于UDEC软件建立了模拟煤层气裸眼洞穴完井注气增压过程的离散元数值试验模型,模拟了不同地应力条件下,气体注入增压过程中井筒周围煤岩有效应力、孔隙压力和节点位移矢量的分布情况。研究表明:各向异性储层比各向同性储层更容易产生破裂和坍塌,从而更利于洞穴的形成;在垂直裂缝系统中,流体运移速率不同引起的有效应力差异梯度有利于剪切破裂;节点位移矢量分布图能够反映注气增压过程中张性裂缝的形成和发展趋势。所建模型在山西寿阳区块煤层气空气造穴试验井——FCC-HZ04-V井进行了应用,初步预测得到该井在空气造穴后注气增压引起井筒周围张性裂缝延伸25 m,井筒周围25 m范围内煤层平均渗透率较初始渗透率增大7倍,验证了煤层气裸眼洞穴完井注气增压可产生自支撑张性裂缝、消除储层伤害、实现增产的机理。      

煤层气勘探开发行动计划发布

<正>国家能源局近日发布《煤层气勘探开发行动计划》,其中提出,到2020年,我国将新增煤层气探明地质储量1×1012m3;煤层气(煤矿瓦斯)抽采量力争达到400×108m3。相对于2014年的170×108m3,未来5年,我国煤层气抽采量将增长1倍多。《计划》提出,400×108m3的抽采目标中,地面开发200×108m3,基本全部利用;煤矿瓦斯抽采200×108m3,利用率60%以上。到2020年,我国将建成3~4个煤层气产业化基地,重点煤矿区基本形成煤层气与煤矿瓦斯共采格局。《计划》明确了今后一段时期我国煤层气(煤矿瓦斯)开发利用的重点任务。分区域分层次开展勘探,加快沁水盆地和鄂尔多斯     

非均质砾岩油藏绒囊流体辅助聚合物驱效果

非均质砾岩油藏高渗通道与低渗通道共存时,常规聚合物驱大幅度提高采收率困难。绒囊流体中囊泡在高渗通道低流动阻力诱导下进入并大量堆积,降低高渗通道与低渗通道间流动阻力差,促使驱替介质转向进入低渗区,提高油藏采收率。选择45 mm×45 mm×300 mm渗透率200~1200 mD人造岩心,模拟多种渗流通道,并联渗透率10~1200 mD的岩心模拟非均质储集体,驱替压力为0.11~0.57 MPa,水驱和聚合物驱后,高渗与低渗岩心原油采收率差值为16.69%~37.93%,且随渗透率比值的增大而增大。随后注入0.6 PV绒囊流体,低渗岩心原油采收率较高渗岩心高11.15%~19.97%,驱替压力为33.89~39.12 MPa,高渗与低渗岩心内流体流动阻力差反转,驱替介质转向进入低渗岩心,原油采收率提高8.17%~11.54%,提高驱油效果显著。在克拉玛依油田七东1区砾岩油藏TX井和TY井应用,分别累计注入绒囊流体150 m3和123 m3,井口压力升高4.70 MPa和1.28 MPa,对比注入前后90 d,日产油量分别提高64.15%和17.74%,整体含水率下降7.94%和10.91%,说明绒囊流体辅助聚合物驱提高采收率可行。     

淹没条件下超高压水射流冲蚀切割破岩实验研究

运用超高压射流数控自动万能切割机进行了淹没条件下水射流冲蚀切割破岩实验，选取了5档驱动压力和3种岩样，研究了水射流驱动压力、喷距、喷嘴横移速度和喷射角对破岩效果的影响。实验表明，淹没条件下超高压水射流冲蚀切割破岩存在最优喷距，最优喷距随压力的增加而增加；100 MPa时最优喷距约为15倍喷嘴直径，200 MPa时约为20倍喷嘴直径；喷嘴移动速度越小，冲蚀体积越大，随着移动速度的增加，开始时冲蚀体积下降明显，但移动速度进一步增加时，冲蚀体积减小并不明显,岩石的主要破坏发生在毫秒量级；最优冲蚀破岩效果的喷射角范围为12°~14°。     

太原西山煤田现代构造应力场综合模拟

根据震源机制解分析得出太原西山煤田的区域构造应力场特征,在此基础上,基于有限元分析法对煤田内部2号和8号煤层的地应力分布进行了模拟,并结合煤层水力压裂资料获得验证。综合分析结果显示:与山西地堑系的构造背景一致,西山煤田的构造作用以NW-NNW向的近水平拉张作用为主;2号煤层和8号煤层的地应力分布趋势基本一致,均由四周向内部逐渐增大,2号煤层的水平地应力值介于12.4~39.4 MPa,8号煤层的地应力值介于12.6~38.3 MPa,与水力压裂测量结果的相对误差小于20%,受煤层埋深的影响,8号煤层的地应力整体上高于2号煤层;相同地质构造背景的约束下,两个煤层的应力方向分布基本一致,主应力(拉张力)的方向均以NW和NNW向为主,与水力压裂测量和震源机制解结果基本吻合。拉张构造应力作用下,有利于煤层裂隙的形成和渗透率的提高,但易造成煤层气的散失,因此在煤层气开采过程中应着重寻找有利储集区块。     

高煤阶煤层气储层动态渗透率特征及其对煤层气产量的影响

通过开展干样煤储层地质效应实验,结合数值模拟方法,研究了煤储层渗透率动态变化特征及其对煤层气井产能的影响。实验结果证明,煤储层渗透性在开发过程中呈不对称“U”型变化,初期以应力敏感性为主,随着开发进程深入,基质收缩效应逐步增强。当压力从2 MPa增加到10 MPa时,气相渗透率降低90%;应力降低后,渗透率不能恢复到原始水平。P&M渗透率模型模拟结果说明,渗透率初期减小,后期增大;压力降至临界解吸压力4.4 MPa时,渗透率降低了34%;继续降压至2.5MPa时,渗透率提高至初始水平,压力递减至0.7 MPa时,渗透率增至初始渗透率的2.8倍。同时,煤储层地质效应严重影响煤层气井产能。因此,煤层气生产应以渗透率动态变化为依据,不断进行调整和优化。     

走向高抽巷布置参数分析与瓦斯抽采工程实践

我国西部地区煤矿采煤工作面瓦斯涌出量大,瓦斯超限严重影响工作面安全回采,目前采用的走向高抽巷方式因其具体布置层位多凭经验选取,若布置不合理,则抽采效果差,不能有效地治理工作面瓦斯,故进行走向高抽巷布置参数的优选具有重要意义。为此,在理论分析计算的基础上,针对西部地区典型的开采条件,采用非线性大变形程序数值模拟了采空区顶板覆岩应力分布及裂隙演化规律,确定了走向高抽巷应布置在采空区顶板裂隙带的中上部40 m的岩层中,距回风巷水平投影距离为40 m。并以山西天池煤矿103工作面为例,验证了高抽巷布置参数的合理性,其最大瓦斯涌出量高达90.32 m³/min。以此为指导,通过采取走向高抽巷抽采、风排和尾排瓦斯相结合的综合治理技术,日产原煤最高达8 000 t,平均瓦斯抽采率达70%,最大瓦斯抽采率达86%,工作面回风流的瓦斯浓度控制在0.8%以下,实现了高瓦斯综放开采工作面的安全高效回采。     

页岩滑脱效应实验

滑脱效应存在条件及其对页岩渗透率影响程度研究对页岩气开发尤为重要。引入稠密气体理论,利用克努森渗透率修正因子理论研究了页岩的滑脱效应,并通过实验分别测试了同一围压不同渗透率和同一渗透率不同围压条件下滑脱因子的大小,分析了不同孔隙压力、不同渗透率条件下滑脱效应对表观渗透率的影响。结果表明:渗透率分别为(0.000 8、0.005 3、0.017 0)×10~(-3)μm~2的页岩在围压为10 MPa时滑脱因子分别为0.98、0.43、0.31 MPa;渗透率为0.002 5×10~(-3)μm~2的页岩在围压分别为10、15、25 MPa时滑脱因子分别为0.68、0.42、0.36 MPa;孔隙压力小于5 MPa时随孔隙压力减小滑脱效应显著增加,孔隙压力大于20 MPa时滑脱效应可以忽略,孔隙压力介于5 MPa和20 MPa之间随着孔隙压力增大滑脱因子近似线性缓慢降低;孔隙压力为10MPa的储层在渗透率小于0.1×10~(-3)μm~2时随渗透率减小滑脱因子显著增加,渗透率大于1.0×10~(-3)μm~2时滑脱效应对渗透率的贡献小于1%。