页岩气储层有机碳含量与测井参数的关系及预测模型

页岩气储层总有机碳(TOC)含量是页岩气评价的重要参数,如何准确确定TOC含量是页岩气勘探开发研究的一个关键问题。以黔江地区下志留统龙马溪组为研究对象,通过页岩气储层有机碳含量测试和钻井测井资料的统计分析,研究了TOC含量的测井响应特征,优选了体积密度（DEN)、自然伽马(GR)、自然电位（SP)和声波时差（AC)4条测井曲线作为特征向量,建立了TOC含量的BP神经网络预测模型,改进了BP神经网络算法,并对黔江地区1口页岩气井下志留统龙马溪组TOC含量进行了预测和对比分析。结果表明：基于测井参数的BP神经网络模型具有极强的非线性逼近能力,能真实反映页岩气储层TOC含量与测井参数之间的非线性关系,预测结果与实测值之间误差小,相对误差一般小于10%。     

关于表面能在煤吸附性评价方面应用的探讨

煤表面能是反映煤表面特性的重要热力学参数。常用的煤表面能求取方法是吸附法。对比前人研究成果,发现用该方法计算的表面能在描述煤吸附性时存在矛盾的结论。原因总结:用基于吸附实验的表面能计算结果来描述煤吸附性在逻辑上存在循环论证问题。认为用吸附法计算的表面能不可以用来反映煤的吸附性。为了避免循环论证问题,可以尝试用其它实验实测表面能,但实现难度大,可操作性不强。所以用表面能来解释煤对甲烷的吸附特征的意义不大。引入量子化学等学科,深入研究微观煤大分子结构与甲烷分子的相互作用,才是探索煤吸附甲烷本质的必经途径。     

正断层附近煤的物理力学性质变化及其对矿压分布的影响

通过对正断层附近煤层显微裂隙、孔隙观测,力学性质实验和数值模拟分析,系统地揭示了正断层对煤的物理力学性质和矿压分布的影响。研究表明,正断层带附近煤岩体破碎,煤（岩）体中裂隙的发育程度随距断层面距离的变小而增强,煤岩力学强度越靠近断层越低;且裂隙的力学性质向断层面方向由张性向张扭、压扭性再到张性转化;断层导致初始应力场的挠动,局部产生附加应力。在采动影响下断层“活化”,随着距断层面距离的减小,工作面前方煤（岩）体中支承压力均明显增大,支承压力峰值位置向前方煤岩体中转移,在回采工作面煤壁和其前方断层之间煤柱之上压力分布类似于小的残留煤柱的情况,煤柱愈窄,压力峰值愈高,煤的抗压强度是残留煤柱承压作用的极限。     

不同侧压下沉积岩石变形与强度特征

基于沉积岩石类型,系统地研究了在不同侧压条件下不同岩性岩石的力学特性。研究表明,沉积岩的变形和强度以及破坏机制与其所承受的有效侧压大小有关,不同岩性岩石的刚度和强度均随侧压的增大而增大;不同岩性岩石的应变软化性态和破坏机制也均随侧压的增大而发生转化。     

煤层含气量预测的BP神经网络模型与应用

为了对煤层含气量进行定量预测,采用BP神经网络预测方法,建立了煤层含气量预测的BP神经网络模型．以沁水盆地南部主采煤层为对象,分析得出了影响沁水盆地南部煤层含气量分布的主要控制因素有煤层有效埋藏深度、煤变质程度和煤岩、煤质特征等,选择了煤层有效埋藏深度、水分与灰分以及镜质组最大反射率3参数作为BP神经网络模型的基本特征量,建立了煤层含气量与这些因素之间的相关关系和BP神经网络预测模型,对煤层含气量进行预测分析．结果表明：BP神经网络模型具有极强的非线性逼近能力,能真实反映煤层含气量与主控因素之间的非线性关系,预测结果与实测值之间误差小,相对误差小于10%,预测效果明显地优于基于朗格缪尔方程的煤层含气量预测模型．     

大柳塔煤矿多煤层开采覆岩变形破坏模拟研究

针对大柳塔煤矿远距离多煤层开采冒裂带发育及采动影响问题,通过相似模拟和数值模拟计算,系统研究了2个主采煤层开采过程中覆岩垮落、裂隙发育及地表沉陷规律。研究结果表明：浅部2-2煤覆岩主关键层破断后,顶板基岩会发生直达地表的整体切落现象,5-2煤一次采全高长壁开采冒裂带连通上部采空区,形成工作面涌水的导水通道;重复采动岩层与地表移动和变形值增大,非连续性破坏增加;采空区上覆岩体依据主应力分布可划分为双向拉应力区、拉压应力区和压应力区3个区,主应力状态对采动裂隙的形成、发育起着控制作用;采动影响与工作面几何参数密切相关,地表沉陷随着工作面斜长或采厚的降低而减小。研究成果对大柳塔及类似条件下的煤矿安全开采与设计有指导意义。     

基于断层摩擦强度的地应力计算模型与应用

断层摩擦强度是煤岩层地应力的限定条件,如何评价断层摩擦强度是煤与煤层气开采值得考虑的问题,分析了断层摩擦强度和其对地应力的约束机制,建立了最大与最小主应力比值与断层摩擦强度的相关关系和地应力计算模型。研究结果表明:煤岩层中有效最大主应力与最小主应力比值受断层摩擦强度的限制,当其比值达到临界方向断层的摩擦强度极限时,断层就会发生滑动;根据Anderson断层分类,将原岩应力分为3种应力状态,在此基础上,建立了考虑断层摩擦强度的正断层、平移断层和逆断层地应力计算模型;分析了沁水盆地南部煤储层地应力特征,揭示了沁水盆地南部煤储层处于不同深度的2种不同应力机制中,当煤层埋藏深度小于650 m时,原岩应力表现为形成正断层应力机制;而当煤层埋藏深度大于650 m时,原岩应力可能属于形成平移断层的应力机制。     

沁南东区块煤储层特征及煤层气开发井网间距优化

煤层气井网优化与部署是煤层气开发方案的重要组成部分,合理的井网布置可大幅度提高煤层气井产量,降低开发成本。针对这一问题,以沁水盆地沁南东区块为依托,系统分析了研究区煤层条件、煤层含气量和渗透性分布特征;通过数值模拟计算不同井网方案下的生产动态,提出了综合考虑累积现金流和采收率等经济评价参数确定合理井网井距的优化方法。研究结果表明,研究区山西组3号煤层厚度4～6 m,平均5. 61 m,煤层埋藏深度在417. 93～1 527. 49 m。煤层含气量2. 87～24. 63 m3/t,平均为13. 78 m3/t,且随着煤层埋藏深度的增加,煤层含气量按对数函数规律增高。煤层渗透率较低,试井渗透率为0. 01×10-15～0. 2×10-15m2,平均为0. 06×10-15m2,且随着埋藏深度的增加煤储层渗透性呈指数函数降低。根据研究区煤储层条件,对不同埋藏深度煤层气井的井网间距进行了产能模拟计算,并综合考虑累积现金流和采收率等经济评价参数,确定了不同煤层埋藏深度煤层气井合理井网间距,500 m以浅的区域为350 m×300 m,在500～1 000 m的区域为300 m×250 m,在1 000 m以深的区域为250 m×250 m,实际井网部署实施时应根据实际地质条件适当调整,这些认识为本区煤层气开发制定合理的井网间距提供了参考。     

煤储层应力敏感性及影响因素的试验分析

采用鄂尔多斯盆地东南缘高煤级煤储层样品,通过煤样的应力敏感性试验,分析了煤储层应力敏感性及有效围压、煤中裂隙和含水情况等对煤储层应力敏感性的影响。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,当有效应力从2.5 MPa增加到10 MPa时,煤样无因次渗透率为0.10～0.28,平均低于0.15,渗透率损害率为71.92%～90.14%,平均为84.59%。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,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,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。含裂隙煤样初始渗透率较高,且应力敏感性相对较小;但在升压过程中产生不可恢复的塑性变形大,导致降压后不可逆损害率相对较高。同样,含水煤样的渗透率随有效应力的增加而快速下降,含水条件下的应力敏感性也更明显。     

地质构造有限变形几何分析及其应用

地质构造是地质历史时期构造运动作用的结果。在变形过程中，应变和转动同时存在，如何正确地把转动和应变分离是构造分析预测的关键。应用有限变形力学理论，实现了地质构造变形的应变－转动分离，并以平均整旋角的梯度作为基本特征量，选取２个井田构造变形作为实例，研究了地质构造变形转动不协调产生断裂破坏规律，取得了令人满意的结果。