弱胶结软岩巷道围岩位移反演地应力研究

为克服弱胶结软岩钻孔塌陷、遇水软化及崩解给常规地应力测试带来的困难,提出了弱胶结软岩矿区巷道围岩位移反演地应力分析方法.通过在圆形巷道位移解中引入几何修正系数,运用阻尼最小二乘法求得了直墙半圆拱巷道顶板、两帮、底板的修正位移解,基于伊犁四矿软岩巷道围岩位移测试数据,反演得到了该矿区的地应力分布,并结合数值分析进行了地应力正演验证.结果表明:巷道位移修正解、数值模拟值和现场监测值吻合度较高;该矿区地应力场以自重应力为主,最大水平应力是垂直应力的0.7~0.8倍,其方向为NNE~SSW,方位角为10°~20°,对巷道掘进方向和采区布置的影响具有明显的方向性.     

邢台矿区三维地应力测量及应力场分析

介绍了空心包体法地应力测量的原理、特点及在邢台矿区４个矿井进行三维地应力测量的主要过程,并且对测量结果进行了分析．结果表明：邢台矿区浅部以自重应力为主,深部构造应力显著,最大主应力为北东偏北向的近水平压应力．测量结果与华北地区地应力场总体变化规律吻合．     

深部矿井三维地应力特征及其对巷道稳定性的影响

地应力是影响矿山地下工程围岩稳定性的重要因素之一.为了解狮子山矿区应力状态及分布规律,应用空心包体三轴应变计,采用套孔应力解除法对矿区开展了三维地应力实测.通过实测获得该矿区深部4个中段4个测点的三维应力状态.对实测数据系统分析,获得了矿区地应力场的分布特征,验证了狮子山矿区地应力场以水平构造应力为主导,最大水平主应力的走向为NNW-SSE向,最大、最小及中间主应力随深度基本呈线性增长关系.基于深部三维地应力实测结果和工程地质条件,采用FLAC3D软件分析了巷道轴向与最大主应力方向不同情况下巷道围岩的破坏情况.研究成果为狮子山矿区深部开拓工程和采场的合理布置提供了可靠的依据,对矿山后续安全高效生产具有重要的指导意义.     

金川矿区地应力场特征

从地质构造、显微构造、地壳形变场和震机制等方面，探讨了金川矿区域应力场特征及其力源，地应力测量成果综合表明，金川矿区为一以水平残余构造应力的高地应力区，地应力场具有显的不均匀性、各向异性，地应力场的分布特征决定了矿区地下巷道的变形破坏规律。     

煤层气井水力压裂压力曲线分析模型及应用

为了确定煤层气井水力压裂裂缝参数,应用连续性方程建立了基于动态滤失系数的压力曲线分析模型.采用有效应力原理研究了有效应力影响下渗透率和孔隙度的变化对动态滤失系数的影响,应用压力曲线分析模型对使用不同黏度压裂液的煤层气井进行了研究.结果表明:综合滤失系数随有效应力减少量增大呈指数形式增加;天然裂隙闭合以前,煤储层的滤失与压力相关,拟合压力的求取应在天然裂隙闭合以后;随着压裂液黏度的增加,裂缝的半翼缝长和压裂液效率增加,裂缝宽度减少,但压裂液效率增加缓慢;煤储层表现出压裂液的高滤失和低效率特征,动态滤失系数为原始值的22.65倍,压裂液的效率仅有13.1％,计算结果与煤储层压裂易形成短宽裂缝的理论相一致.     

复杂断层构造区地应力分布规律及其影响因素

准噶尔盆地西部车排子地区石炭系火成岩储层断层多,且走向多变,复杂程度高,亟需开展地应力分布规律及其影响因素研究.本文以苏13井三维区石炭系火成岩储层为例,基于盒维数法,用分维值D对研究区构造复杂程度进行了表征;基于BP神经网络方法,通过MATLAB实现了边界约束的优化反演;利用COMSOL Multiphyics软件模拟分析了渗流-应力耦合作用下地应力分布规律及其影响因素,认为研究区地应力分布受断层数量、断层走向和石油开采的影响较大;考虑渗流-应力耦合作用后,地应力值增大,而地应力方向基本保持不变或发生微小偏转.研究结果表明:研究区发育三级、四级、五级及五级以下逆断层,断层相互切割,断层分布的分维值为1.811 1,分维值较大,研究区整体构造复杂.随着断层数量的增加,地应力值呈减小趋势;走向与荷载作用方向平行的断层内部最大水平主应力值较其余走向断层小,对附近应力场影响作用也较小;走向与荷载作用方向垂直的断层对附近应力场影响范围最大;考虑石油开采的影响后,最大水平主应力值增大;随着石油开采的深入,井口附近的地应力持续增大,但单井开采对地应力的影响范围有限.未考虑渗流-应力耦合作用,研究区最大水平主应力为21.4～30.8 MPa,最小水平主应力为14.5～20.1 MPa;考虑渗流-应力耦合作用后,最大水平主应力为22.7～32.3 MPa,最小水平主应力为15.3～21.8 MPa.研究区最大水平主应力方向在东北区域为北东东-南西西向,经过F1断层后地应力方向发生偏转,变为北东-南西向;在走向与荷载作用方向平行的断层内部和附近,地应力方向发生较大偏转.     

煤层割理研究在韩城矿区煤层气评价中的意义

探讨了煤层割理的成因、分类及主要影响因素,分析了韩城矿区主要煤层割理的发育特征及其对煤层气赋存和开发的控制作用。     

复杂工程地质体地应力场智能反演

地应力是地质构造和自重共同作用在地质体内形成的原始应力,是影响工程稳定性和灾变失稳的重要因素.由于受漫长的地质构造作用和地质演化,地应力场随时间和空间变化,由此使准确反演地应力场造成困难.以金川矿区为工程背景,借助地应力测量结果,开展工程地质体的地应力场反演研究.首先,建立矿区工程地质体三维数值模型,并采用正交数值分析和遗传规划算法,建立地应力与岩体参数和侧压系数的函数关系;然后,根据实测的地应力值与计算的地应力值之差平方和最小为优化目标,建立工程地质体的地应力场反演优化模型.采用遗传算法求解,获得矿区岩体参数和侧压系数;最后,将其代入数值模型进行正分析由此获得初始地应力场.通过4个测点地应力测量值与反演值对比分析可知,反演地应力的最大误差为16%,最小误差仅为0.62%.研究结果表明,地应力智能反演方法可用于复杂工程地质体的地应力场反演,且获得的地应力场满足地质工程分析所需要的精度.     

滇东黔西老厂矿区雨汪区块煤层气井产能特征及其影响因素

为研究多煤层发育区影响煤层气井产能的主要因素,以滇东黔西老厂矿区雨汪区块为研究对象,基于区内煤层气地质及气井排采资料,分析区内煤层气井产气、产水特征,探讨影响煤层气井产能的关键因素。研究结果表明,雨汪区块中-低产煤层气井数量占总井数的73%,影响气井产能的主要包括地质和排采因素,其中,地质因素主要为地应力和渗透率,排采因素主要为产水速率和停井次数。建议本区煤层气勘探开发应首选中-低地应力、渗透率较高的部位或层段,气井排采初期产水量需控制在1.5～3 m~3/d,见气后产水量控制在1～1.8 m~3/d,排采期间尽量减少停井次数。     

深部地应力实测与巷道稳定性研究

初始地应力是地下工程围岩稳定与支护结构设计的一个基本参数.在山东唐口煤矿井下回风石门、西翼辅助运输石门不同构造部位的三个测点采用空心包体应力解除法进行了现场应力实测工作.测点的埋深达1024~1030m.文章详细介绍了三维地应力及其主应力的计算原理,并根据矿区实测地应力资料,分析了矿井地应力大小、方向变化和分布特征,进而获得了该矿区地应力的定性及定量资料,还初步分析了地应力对巷道稳定性的影响,为巷道的支护结构设计工作提供可靠依据.     

平顶山矿区煤层气赋存特征及开发潜力

平顶山矿区二1煤层富含煤层甲烷气体,其资源量估算达302亿m3以上．本文通过对控制煤层气赋存的二1煤层的传层几何形态、地质特征、煤质变化、特别是物性特征的研究,指出本区二1煤层渗透性较好,渗透率随着围限压力增加而降低,且与判及发育程度、构造应力变化有密切关系．而二1煤层中的煤层气含量与煤层理深有着密切关系,随着深度增加而增加．通过综合分析指出了开发潜力较好的区块．     

Application of structural curvature of coalbed floor on CBM development in the Zaoyuan block of the southern Qinshui Basin

Based on controls of structural style and the position in coalbed methane(CBM)development,we used a method of curvatures to study its relations with CBM development parameters.We calculated structural curvatures of contours of the No.3coal seam floor of the Shanxi Formation in the Zaoyuan block of the Qinshui Basin and analyzed its relations with development parameters of coalbed methane wells.The results show that structural curvature is negatively related to coal reservoir pressure,while positively related to permeability.With an increase in structural curvature,the average production of coalbed methane wells increases at first and then decreases,reaching the highest production at 0.02 m-1 of structural curvature.Therefore,structural curvature can be an important index for potential evaluation of coalbed methane development and provide a basis for siting coalbed methane wells.     

Status of research on biogenic coalbed gas generation mechanisms

Biogenic coalbed gas,how it is generated and the geochemical characteristics of the gas are gaining global attention.The ways coalbed gas is generated,the status of research on the generation mechanism and the methods of differentiating between biogenic gasses are discussed.The generation of biogenic coalbed methane is consistent with anaerobic fermentation theory.Commercial biogenic coalbed gas reservoirs are mainly generated by the process of CO2 reduction.The substrates used by the microbes living in the coal include organic compounds,CO2,H2 and acetate.The production ratio and quantity of biogenic coalbed methane depend on the exposed surface area,the solubility and permeability of the coal and the microbial concentration in the coal seam.It is generally believed that biogenic coalbed gas has a value for σ13C1＜-5.5%,C1/C1+＞0.95.The H isotope ratio is controlled by both the environment and the generation mechanism:typically σD1＜-20%.Biogenic methane formed by CO2 reduction has more σD1 than that formed by acetate fermentation.     

Exploitation technology of pressure relief coalbed methane in vertical surface wells in the Huainan coal mining area

Exploitation technology of pressure relief coalbed methane in vertical surface wells is a new method for exploration of gas and coalbed methane exploitation in mining areas with high concentrations of gas, where tectonic coal developed. Studies on vertical surface well technology in the Huainan Coal Mining area play a role in demonstration in the use of clean, new energy re-sources, preventing and reducing coal mine gas accidents and protecting the environment. Based on the practice of gas drainage engineering of pressure relief coalbed methane in vertical surface wells and combined with relative geological and exploration en-gineering theories, the design principles of design and structure of wells of pressure relief coaibed methane in vertical surface wells are studied. The effects of extraction and their causes are discussed and the impact of geological conditions on gas production of the vertical surface wells are analyzed. The results indicate that in mining areas with high concentrations of gas, where tectonic coal developed, a success rate of pressure relief coalbed methane in surface vertical well is high and single well production usually great. But deformation due to coal exploitation could damage boreholes and cause breaks in the connection between aquifers and bore-holes, which could induce a decrease, even a complete halt in gas production of a single well. The design of well site location and wellbore configuration are the key for technology. The development of the geological conditions for coalbed methane have a sig-nificant effect on gas production of coalbed methane wells.     

用常规黑油模型模拟煤层气开采过程

流体在煤层中的传输机理由两部分组成,气体在煤内表面解吸,并通过基岩和微孔隙扩散进入裂缝网络中。若岩块表面甲烷气体的释放速度比气,水相在煤层割理中的流动速度快得多,那么在模拟煤层气开采过程时,解吸动能可以不考虑,根据这个假设可认为：在给定压力下煤层吸附的甲烷气体量类似于相应压力下溶解在原油中的气体量,煤层中的朗格缪尔等温曲线可视为常规黑油油藏中的溶解气油比曲线。若将煤层表面的吸附气作为不流动油中溶解气来处理,那么可用常规黑油模型描述煤层气,而不需要对模型源码做会何修改,基于上述思路,用黑油模型模拟煤层气开采过程,并与用煤层气模拟软件（COMETPC）的计算结果进行了比较,趋势非常接近。     

沁水盆地南部煤层气藏特征

以油气、煤田和煤层气勘探阶段积累的资料为基础,系统探讨了沁南煤层气藏的特征.通过对气藏静态特征(包括煤层空间几何形态、煤层气成分和含量、储层物性、吸附特征、储层压力及封闭条件)和动态过程(包括煤层气形成、运移和聚集)的分析,指出晚古生代的煤层在经历了印支期和燕山期两次煤化作用生成的煤层气,在喜马拉雅期遭受了严重的调整与改造后逐渐形成现今的沁南煤层气藏.直接控制该煤层气藏中煤层气富集程度的因素为顶底板与边界断层.目前的高产煤层气井基本上都位于地下水滞流区.     

注二氧化碳提高煤层甲烷采收率的实验模拟

针对我国煤层气开发中存在的产气率低、回采周期长的问题，开展了注二氧化碳驱替煤层甲烷的实验模拟研究．根据实验数据，利用扩展Langmuir方程计算了驱替过程中CH4组分的产出特征，并与纯CH4的解吸过程进行了比较．结果表明，在CO2驱替实验中，CH4在单位压降下的解吸率，明显高于纯CH4解吸时单位压降下的解吸率．其中晋城煤层CH4单位压降下的解吸率提高了150%，潞安煤层CH4单位压降下的解吸率提高了270％．由此可见，采用二氧化碳注入技术，可以显著提高煤层甲烷的采收率．     

煤层气成藏的构造应力场研究

构造应力场是控制煤层气成藏极为重要的因素，深入探讨不同性质构造应力场对煤储层的改造及控制机理，将会为煤层气勘探前景评价提供重要的理论基础．本文在区域构造应力场研究的基础上，分别探讨了不同性质构造应力场的作用特征及其对构造发育、构造展布、构造组合及构造变形的控制作用；分析了不同性质构造及其组合、应力-应变环境对煤储层的改造作用，探讨了不同变形机制和不同结构构造煤在不同构造应力场中的发育及展布规律．研究表明，挤压应力场作用下，在强变形带的中心及其附近，可以形成糜棱煤类构造煤，但糜棱煤分布较为局限；在较大范围内形成脆性变形系列的构造煤，是煤层气勘采的有利区带；拉张构造应力场中，大部分区域内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，含气量降低，应重视有利的储气构造的研究．剪切构造应力场中，以平移断层为界，煤层的赋存状态、煤体结构和煤储层物性都会存在一定的差异，应对不同的构造单元分别研究其煤储层特征．     

Evaluation and intelligent deployment of coal and coalbed methane coupling coordinated exploitation based on Bayesian network and cuckoo search

Coal and coalbed methane (CBM) coordinated exploitation is a key technology for the safe exploitation of both resources. However, existing studies lack the quantification and evaluation of the degree of coordination between coal mining and coalbed methane extraction. In this study, the concept of coal and coalbed methane coupling coordinated exploitation was proposed, and the corresponding evaluation model was established using the Bayesian principle. On this basis, the objective function of coal and coalbed methane coordinated exploitation deployment was established, and the optimal deployment was determined through a cuckoo search. The results show that clarifying the coupling coordinated level of coal and coalbed methane resource exploitation in coal mines is conducive to adjusting the deployment plan in advance. The case study results show that the evaluation and intelligent deployment method proposed in this paper can effectively evaluate the coupling coordinated level of coal and coalbed methane resource exploitation and intelligently optimize the deployment of coal mine operations. The optimization results demonstrate that the safe and efficient exploitation of coal and CBM resources is promoted, and coal mining and coalbed methane extraction processes show greater cooperation. The observations and findings of this study provide a critical reference for coal mine resource exploitation in the future.     

排采连续性对煤层气开采的影响

排采连续性对煤层气开发至关重要。但是,在排采过程中关井现象不可避免,重新开井后如何排采、制定合理的排采制度是提高产量的关键。通过对煤层气生产阶段理论进行分析,结合关井前后矿场数据,同时借助数值模拟方法,对关井过程中储层参数变化进行了研究。结果表明,关井明显改变储层物性参数,造成井筒附近煤层含水饱和度增加,井底压力升高,同时引起近井地带自由气重新吸附,降低气体渗流能力。因此,重新开井后快速排水有助于沟通气体渗流通道,提高气体流动能力,增加产气量。