不同损伤状态下煤岩渗透特性的试验研究

对不同围压状态下不同损伤程度煤岩的渗透特性进行了试验研究,研究结果表明:煤岩渗透性与损伤程度关系密切,其渗透性演化规律与损伤演化规律一致;围压对煤岩的渗透率影响较大,损伤程度相同时,围压越大煤岩渗透率越小。     

孔隙结构控制下的煤体渗透实验研究

煤层为典型的双重孔隙介质体,其渗透能力受孔隙和裂隙结构参数控制。通过建立描述煤体孔隙和裂隙渗透率统一数学模型,将煤体内气体渗流分为孔隙控制型、裂隙控制型和孔隙-裂隙联合控制型3类;借助6组煤样气体渗流实验数据和孔隙裂隙的测试统计,讨论了不同孔隙特征的渗透率差异原因。研究发现,孔隙和裂隙的结构参数决定了煤体的压缩系数和孔渗指数,进而决定了其渗流类型,影响煤体渗透率敏感性的关键因素是裂隙的密度和尺度,微孔中的气体分子受范德华力影响导致渗透率的应力敏感性几乎无法体现。     

煤渗透特性及其气体压力敏感性试验研究

为探索煤中孔隙流体压力的变化导致渗透率的改变,引发煤渗透率压力敏感性现象,利用自主研发的出口端压力可调的三轴渗流装置,对贵州3个矿区的煤开展不同吸附性气体与不同气体压力下煤的敏感性试验研究。研究结果表明:在较低气压范围内(0~0.6 MPa),随气体压力的增加,煤渗透率下降明显,当气体压力继续上升煤的吸附作用逐渐趋于平衡,煤体骨架的吸附膨胀变形也越来越小,渗透率的下降速率逐渐减少并趋于平缓。在气体压力小于1.0 MPa时,煤渗透率损害率Dp变化较大,且随气体压力增加快速增大,表现出较强的压力敏感性。不同吸附性气体条件下,气体压力指数关系敏感系数Cp均随气体压力的增加而逐渐减小,煤渗透率对气体压力的敏感性降低。对于同一煤,在相同的条件下,CH4的气体压力乘幂关系敏感系数Sp的值最小,煤对气压的敏感性越差。乘幂关系的气体压力敏感系数Sp与渗透率损害率Dp有很好的线性相关性。     

阳泉矿区3煤层煤层气放散特性的实验研究

介绍采用容量法对阳泉矿区3煤层煤层气的放散特性进行实验的结果；同时指出增加裂隙度，提高渗透率是开发3煤层煤层气的最关键环节。     

鄂尔多斯盆地不同割理方向煤岩应力敏感性研究

煤层气开发过程中煤岩应力敏感性对渗透率产生影响,而渗透率的变化直接决定着煤层气资源商业开采的成败。试验测定了鄂尔多斯盆地老坑口矿井煤岩在平行面割理、垂直面割理及垂直层理面3个不同方向的渗透率随有效应力变化情况,对比分析了增压过程和降压过程中不同割理方向煤岩应力敏感性差异。结果表明:不同割理方向煤岩应力敏感强烈阶段有所不同,平行面割理方向应力敏感强烈阶段集中在有效应力小于8 MPa,垂直面割理及垂直层理面则分别在6和4 MPa附近;鉴于煤层气井排采中储层应力敏感效应的影响,提出动液面在接近煤层中深200 m后,谨慎降液排采,同时建议实施减小渗透率降低幅度和时间的排采;基于平行面割理方向煤岩渗透率更有优势,因此,井网长轴平行面割理方向是井网部署合理方向。     

网状裂缝性岩心室内敏感性实验研究

选用人工制取的不规则网状裂缝岩心来进行应力敏感性和温度敏感性进行实验研究。应力敏感性越显著；有效压力对网状裂缝性岩心产生的渗透率下降是不可恢复的；网状裂缝性岩心随温度升高，渗透率下降。     

煤岩全应力-应变过程中渗透特性的研究

选取安徽淮南张集矿的煤样,对加工成的9个标准试件(50 mm×H100 mm)进行全应力-应变过程中的渗透测试及CT扫描试验。渗透试验结果表明：煤岩的渗透率-应变曲线与应力-应变曲线具有相似的变化规律,且渗透率表现出应变滞后性,表明瓦斯在煤岩中的流动特性与受载过程中煤岩内部产生的损伤演化密切相关;围压使煤岩内部的瓦斯通道发生压密闭合,导致渗透率随围压的增大而减小。在渗透试验前后对试件进行CT扫描,结果表明,渗透试验前试件上基本观测不到有微观孔隙裂隙的存在,渗透试验后有明显的贯通裂缝产生,导致试件的渗透率在应力-应变峰后呈现急剧上升的趋势。     

煤层气藏核磁共振技术实验研究

本文利用低磁场核磁共振仪测试了四个区块不同渗透率煤样的核磁共振T2弛豫时间谱，给出了渗透率、孔隙度和可动流体百分数等测试参数，并分析了泥浆滤液对煤样的伤害程度。研究表明：核磁共振所测试的孔隙度和渗透率与实验室常规所测试的孔隙度和渗透率基本一致，两者的相关性很好。测出的典型煤样的T2弛豫时间谱大都以双峰型为主，两谱峰间连续性差，前峰表征的流体处于束缚状态，主要反映煤层的微孔隙特征；后峰表征的流体处于可动状态，主要反映煤层的裂缝（割理）特征。     

考虑应力敏感的煤层气产能模型研究

取6块沁水盆地太原组煤岩岩心,利用SCMS-B2型高温高压岩心多参数测量仪进行应力敏感实验研究,优选幂律模型预测应力敏感条件下的渗透率,建立一种新的考虑应力敏感的产能模型。     

加卸载条件下煤岩变形特性与渗透特征的试验研究

以原煤为研究对象,利用自主研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验系统,采用加轴压、卸围压的应力控制方式开展煤岩加卸载试验,分析加卸载条件下煤岩变形特性和渗透特征的演化规律。研究结果表明：① 加卸载试验峰值强度明显低于常规三轴压缩试验峰值强度,在加卸载过程中,主应力差有一个明显增加趋势,卸载第2阶段速率越大,其曲线斜率也越大,但峰值强度越小,对应的径向应变ε3 、体积应变εV增加速率也越快,而到峰值后破坏阶段,均呈下降趋势。② 加卸载过程中,煤岩渗透率、应力差与应变关系可以分为3个阶段,初始压密和屈服阶段、屈服后阶段、破坏失稳阶段。试件达到峰值后瓦斯渗透率出现突然小幅度上升,持续一段时间后,渗透率出现急剧陡增趋势。③ 煤岩渗透率的变化与煤岩的变形损伤演化过程密切相关,渗透率随变形的增大均呈二次多项式函数递增。     

声场作用下煤储层渗透性试验研究

利用自主研发的声场作用下煤层气渗流实验系统,实验研究了声场对煤储层渗流特性的影响。实验得出:不加声场下,煤体的渗透率随有效应力比、有效体应力的增加呈先减小后增大的趋势,渗透率初始快速降低,然后趋于平缓,最后增大;有效应力比恒定时,煤体的渗透率随有效体应力的增大而减小,最后趋于平缓;声场作用下煤体的渗透率大于无声场下,渗透率随声场作用时间的增加呈先增大后趋于稳定的趋势,且渗透率随声强的增加而增大,声场作用前后渗透率之比与声强呈线性关系;相同条件下,声场能促进煤层气扩散、运移,离震源越近,声场提高煤层渗透率效果越明显,因声波在煤层中传播发生衰减,声能降低,煤层气流量增量与距震源距离呈负指数关系。     

加卸载条件下煤样能量与渗透特性试验研究

为了研究煤样在开采影响下的动态演化过程,基于含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置,进行了常规三轴加载试验和加卸载试验,分析煤样的能量演化规律和渗透特性。研究结果表明,加卸载试验较加载试验下试样的扩容起始点发生提前。加卸载试验中总能量比加载试验中的总能量要大,耗散能演化更加剧烈,而弹性能可以更早达到储能极限;在加卸载试验中耗散能超越弹性能占比的特征点发生提前。渗透率均表现出先快速下降后缓慢下降的规律。该研究对煤与瓦斯共采具有重要指导意义。     

二氧化氯对煤储层的化学增透实验研究

针对传统煤储层物理增透使用高黏压裂液破胶困难,引入油气田常用的强氧化剂--二氧化氯作为破胶剂。同时,通过显微镜发现不同煤阶煤经二氧化氯浸泡后均有不同程度的刻蚀,且煤阶越低,刻蚀越严重。渗透率对比测试证实二氧化氯可以提高煤层渗透率,而且原始煤储层渗透率越高,渗透率增加的幅度越显著。实验结果说明二氧化氯不但有助于高黏压裂液破胶,还可对煤储层氧化刻蚀实现化学增透,为二氧化氯在水力压裂中的应用提供了实验支撑。     

含瓦斯煤渗透率各向异性研究

为研究含瓦斯煤各向异性渗流特征,以原煤煤样为研究对象,以含瓦斯煤三轴渗流实验系统为实验平台,开展了含瓦斯煤的各向异性渗流规律的研究,确定了含瓦斯煤各向异性渗透率主值及其方位的计算方法,定义了含瓦斯煤渗透率各向异性率,重点分析了含瓦斯煤渗透率各向异性动态变化规律和瓦斯优势流动方向的转变现象。研究结果表明:煤体瓦斯流动具有非常明显的各向异性特征,本文所提出的含瓦斯煤各向异性渗透率计算方法简单有效;含瓦斯煤具有较强的应力敏感性,其渗透率与有效应力之间符合负指数函数变化规律;含瓦斯煤渗透率的各向异性随有效应力的变化表现出了明显的动态变化发展规律,优势流动方向存在转变现象。     

被保护煤层变形特性和渗透率变化规律研究

为了研究被保护煤层变形特性和渗透率变化规律,理论分析了煤体渗透率和损伤变形关系、加载过程中煤体的渗透率变化,采用FLAC^3D数值软件,模拟分析了1201工作面开采时和1202工作面开采时,13号煤层的垂直应力分布特征以及1202工作面开采后13号煤层渗透率分布。研究为后期巷道支护和瓦斯抽放设计提供理论支持。     

不同煤阶煤储层应力敏感性差异及其对煤层气产出的影响

通过开展鄂尔多斯盆地东缘高中低煤阶不同含水饱和度煤储层应力敏感性实验,研究了煤储层渗透率动态变化规律及其对煤层气产出的影响。实验结果证实:不同煤阶煤储层渗透率随有效应力的增加均呈现负指数函数降低的规律。在有效应力小于5 MPa时,煤储层渗透率随有效应力增加快速下降73%~95%,平均87%,煤储层应力敏感性最强;有效应力在5~10 MPa时,渗透率随有效应力增加而较快下降5%~18%,平均10.4%,煤储层应力敏感性较强;而当有效应力大于10 MPa后,渗透率随有效应力的增加下降速度减缓,应力敏感性减弱。实验结果表明中高煤阶煤储层应力敏感性随有效应力增加要弱于低煤阶。随着煤样含水饱和度的增加,煤储层应力敏感性也逐渐增强。根据煤储层渗透率动态变化规律提出了煤层气井排采过程中应遵循缓慢—保压—持续的排采工作制度,才能获得煤层气最大产出量。     

地应力对煤层渗透性控制作用的研究进展

作用在煤岩层上的地应力可以分为有效应力和孔隙压力,而煤层是由孔隙和裂隙组成的双孔隙岩层。煤层气在煤层孔隙中遵循吸附解吸和扩散理论,在裂隙中遵循达西渗流理论,在低压状态下还受到滑脱效应的影响。通过论述应力加载路径、有效应力、孔隙压力以及滑脱效应与煤层渗透性的关系,找出不同应力状态下影响煤层渗透性的主要作用机制,并进一步论述了渗透率预测的经验模型和理论模型。经验模型是通过统计分析,建立实验数据或地质参数与渗透率的关系;理论模型是在一定的物理简化基础上,基于现有的渗流理论、应用力学和数学方法,推导出渗透率预测的基本公式。指出非线性渗流、渗流应力耦合、实验分析与数值模拟相结合是研究的主要方向。     

安阳矿区构造煤瓦斯扩散动力学特性实验研究

为研究安阳矿区构造煤瓦斯扩散动力学特性,在大众矿、龙山矿和贺驼矿分别采取2个（共6个）煤样。采用工业分析、高压吸附试验和瓦斯解吸试验等方法分析煤样的多元物性参数。运用球形扩散模型,采用Origin软件拟合解吸数据,计算出瓦斯扩散系数。结果表明,大众矿、龙山矿和贺驼矿煤样的挥发分分别为20.16%,12.10%和19.01%,变质程度由高到低为:龙山矿>贺驼矿>大众矿;大众、龙山和贺驼煤样的吸附常数a分别为37.26,52.36,41.30 m³/t,瓦斯吸附能力由大到小为:龙山矿>贺驼矿>大众矿;龙山矿、大众矿和贺驼矿煤样扩散系数分别为9.567 5×10^-10,5.294 3×10^-10,2.384 7×10^-10 m²/s,瓦斯扩散能力由大到小为:龙山矿>大众矿>贺驼矿。表明龙山构造煤瓦斯吸附和扩散能力最强,煤与瓦斯突出危险性最大。     

可降解钻井液对煤岩渗透率的影响评价

在煤矿瓦斯（煤层气）抽采过程中,要求钻井液既能有效地保持孔壁稳定,又尽可能降低对煤层的伤害。笔者分别以原状煤样（模拟较致密的煤岩）和人工煤样（模拟较松散或大裂隙煤岩）为实验对象,通过比较不同阶段（污染前、污染后、生物酶解堵和酸化解堵）煤岩渗透率的变化,评价了可降解钻井液对煤岩的暂堵与解堵效果,并探讨了其现场实施工艺。通过实验发现：可降解钻井液能满足钻进煤层时的护孔要求;采用“生物酶＋稀盐酸”浸泡解堵工艺可清除聚合物和碳酸盐岩类矿物带来的伤害,而单独使用其中一种工艺均会降低解堵效果;稀盐酸解堵的效果取决于煤岩和可降解钻井液中碳酸盐岩类矿物的含量;对煤岩进行加热处理可以提高其气测渗透率;可降解钻井液的现场实施工艺方便,应择机在煤层气钻井领域进行现场试验。     

煤层气赋存特征及其参数井与排采井设计

以勘查区地质特征为基础,分析了煤层埋深、煤层厚度、煤层含气量、甲烷风化带、渗透率、煤体结构等煤层气赋存特征,为参数井与排采井设计提供了设计依据,根据井位部署原则,对参数+排采试验井进行了选位及选型,然后设计了钻井工程,煤层气抽采试验井采用大位移定向套管射孔完井,先进行直井钻井,一开下套管固井、二开钻穿煤层,然后三开进行定向井施工,钻穿煤层30 m完钻,下套管固井,水泥返至地面。并分析了井身结构、井身质量要求、钻井主要设备及钻具组合、钻井液方案及井控技术与煤储层保护要求。研究为煤层气区块的定量化排采提供技术支持。