液氮冷冲击时长对煤体致裂效果的影响

注氮参量的设置与煤体致裂效果密切相关,为研究液氮冷冲击循环过程中不同冷冲击时长对致裂效果的影响,开展不同冷冲击时长(5,10,15,20 min)液氮溶浸试验,利用低场核磁共振设备对比分析各组煤样孔径分布、孔隙数量、孔隙度及吸附/渗流孔变化规律,进而表征煤样在不同冷冲击时长下的孔隙发育程度.研究表明:不同冷冲击时长下煤...     

超临界CO_2作用下煤的孔隙结构变化规律试验研究

为了研究不同超临界条件下煤体孔隙结构的变化规律,采用控制变量法,改变超临界条件下的温度、气体压力、处理时间,探讨超临界CO_2对煤体孔隙结构的影响。结果表明:超临界CO_2作用前后煤体渗透率受处理时间的影响很大,随着处理时间的增加,渗透率先降低后逐渐增大,约10 h后趋于稳定,超临界条件下单一改变压力或者温度对煤样渗透率的影响不大;超临界CO_2作用对煤体的微观孔隙结构产生了损伤,孔隙度明显提升,提高百分比为96%,大孔和中孔所占比例提高,超临界CO_2作用对孔起到了一定的疏孔扩孔的作用,从而有利于瓦斯的抽采。     

超临界CO_2增透煤热流固耦合模型与数值模拟

针对中国绝大多数高瓦斯煤层渗透性低以及低渗透煤层强化抽采瓦斯效果不理想的现状,结合超临界CO_2强扩散和溶解增透孔隙介质等独特优点,依据超临界CO_2作用后煤微观孔裂隙的演化特征,得到煤微观孔隙率和渗透率演化方程,根据孔隙率的变化确定损伤变量,考虑体积应力、温度、孔隙压力及超临界CO_2溶解增透作用的影响,建立超临界CO_2作用后煤的热流固耦合力学模型,利用ABAQUS软件提供的场变量子程序,结合PYTHON脚本和子程序二次开发功能,实现低渗透煤层注超临界CO_2增透规律数值模拟。结果显示:超临界CO_2注入后,注气孔周围煤体内体积应力、温度及孔隙压力变化明显,随着距注气孔距离的增加,影响程度逐渐减弱,并趋于稳定;经超临界CO_2作用后,注气孔周围煤体内不断萌生新的孔裂隙,并与原有的孔裂隙相互贯通,随注气时间的延长各级孔裂隙不断向煤体纵深演化发展,煤微观孔隙率较注气前提高了2个数量级;超临界CO_2的致裂增透作用引起煤体不同程度的损伤,距注气孔越近,损伤程度越大,损伤增加越快,注气时间越长,损伤增加的幅度越大;煤微观孔裂隙的有效发育为煤层气的扩散渗流提供了更多的运移通道,使煤体渗透系数较注气前提高了3个数量级。     

微波辐射下煤体孔裂隙结构演化特性

为了揭示微波能量对煤体孔裂隙结构的影响作用,设计了循环微波辐射实验,采用红外热成像、超声波探测、核磁共振和高精度X-CT扫描技术探讨了不同微波辐射时间下,煤体孔裂隙结构演化特性。结果表明:微波对煤体有开孔、疏孔和塌孔效应,其中开孔效应和疏孔效应占主导,微波辐射增大了煤体总孔体积和孔间连通性,使束缚流体孔隙率和自由流体孔隙率分别增大了30.3%和167.9%。微波辐射后,煤体内不同组分具有微波吸收异质性,煤体升温不均产生热应力,热应力撕裂原生裂隙并催生出新裂隙,从而导致NMR渗透率增大,超声波波速减小。煤样内部微裂隙增多并于辐射1.5min后转变为中、大裂隙,从而在煤体中形成裂隙网.     

解吸-渗流作用下煤体变形及渗透规律试验研究

以铁新煤矿9#煤为原料制成的型煤为研究对象,利用自行研制的应力-解吸-渗流煤体变形试验装置,开展了不同围压和孔隙压力条件下的解吸-渗流试验.结果表明:在解吸-渗流过程中,围压恒定,孔隙压力以0.5 MPa/次的梯度降低时,煤体径向变形在1.0~1.5h内达到稳定;孔隙压力降低过程中,煤体径向应变增大,孔隙压力与径向应变呈二次函数关系,且解吸作用对煤体变形有一定的影响;在围压为5.0 MPa时,随着孔隙压力的减小渗透率先减小后增加,表明渗透率存在一个最小值,并且围压越大,最小渗透率对应的孔隙压力越大,渗透率存在最小值是由于解吸和有效围压的共同作用.     

超临界CO2增透煤热流固耦合模型与数值模拟

针对中国绝大多数高瓦斯煤层渗透性低以及低渗透煤层强化抽采瓦斯效果不理想的现状,结合超临界CO₂强扩散和溶解增透孔隙介质等独特优点,依据超临界CO₂作用后煤微观孔裂隙的演化特征,得到煤微观孔隙率和渗透率演化方程,根据孔隙率的变化确定损伤变量,考虑体积应力、温度、孔隙压力及超临界CO₂溶解增透作用的影响,建立超临界CO₂作用后煤的热流固耦合力学模型,利用ABAQUS软件提供的场变量子程序,结合PYTHON脚本和子程序二次开发功能,实现低渗透煤层注超临界CO₂增透规律数值模拟。结果显示：超临界CO₂注入后,注气孔周围煤体内体积应力、温度及孔隙压力变化明显,随着距注气孔距离的增加,影响程度逐渐减弱,并趋于稳定;经超临界CO₂作用后,注气孔周围煤体内不断萌生新的孔裂隙,并与原有的孔裂隙相互贯通,随注气时间的延长各级孔裂隙不断向煤体纵深演化发展,煤微观孔隙率较注气前提高了2个数量级;超临界CO₂的致裂增透作用引起煤体不同程度的损伤,距注气孔越近,损伤程度越大,损伤增加越快,注气时间越长,损伤增加的幅度越大;煤微观孔裂隙的有效发育为煤层气的扩散渗流提供了更多的运移通道,使煤体渗透系数较注气前提高了3个数量级。     

延安气田致密砂岩气水相对渗流特征研究

针对延安气田上古生界山2段主力产气层致密砂岩储层,通过核磁共振和非稳态气驱水实验研究,分析该储层T_2谱分布以及不同温压条件下的两相渗流特征。研究表明:致密砂岩储层孔喉结构复杂,T_2谱呈双峰分布形态,且以小孔—微孔—超微孔发育为主,较大孔隙与较小孔隙之间的连通性差导致砂岩样品束缚水饱和度高、有效孔隙度低;样品的渗流特征受样品中孔径分布与孔隙连通性的双重影响,当大孔径孔隙发育越普遍、孔隙度越大且孔隙间的连通性越好时,样品中水的驱替程度和渗流能力也越好;在储层条件下,流体性质及储集层孔隙结构的变化也使得气相渗透率有所升高。     

超临界CO_2提高煤层渗透性的增透规律研究

基于Peng-Robinson状态方程,考虑了CO2在不同温压下密度和黏度的变化对超临界CO2在低渗透煤层中渗透性的影响,利用自制三轴渗透仪进行不同温压条件下超临界CO2的增透实验,增透实验前后分别进行甲烷的渗透率测试.结果表明:超临界CO2作用后,煤体对甲烷的渗透率较增透实验前提高了一个数量级;超临界CO2的密度和黏度随孔隙压力的增加均呈指数递增的变化规律;在恒定温度下,超临界CO2的渗透率随着孔隙压力的增加呈指数递增的变化趋势;煤体微观孔隙、裂隙的CT扫描图显示超临界CO2作用后,煤体微观孔隙、裂隙较增透前尺寸明显增大、密度增加、连通性提高,说明由于超临界CO2的作用,进一步促进了煤层微观孔隙、裂隙的有效发育,增大了渗流空间,提高了煤层的渗流能力.     

液态CO_2相变射流压力变化及其煤岩致裂规律

基于液态CO_2相变致裂技术,研发了液态CO_2相变射流煤岩致裂实验装置,对液态CO_2相变射流压力随时间衰减规律及其致裂煤岩宏微观破坏规律进行研究.结果表明:液态CO_2相变射流压力随时间呈指数关系衰减,建立的指数型液态CO_2相变射流压力随时间变化理论模型符合实验规律;三向压力值对液态CO_2相变射流裂隙扩展方向有较大的影响,受主应力比影响致裂裂隙会向主应力较大的方向扩展,且致裂裂隙均处于优势致裂范围内;液态CO_2相变射流煤岩破坏区面积、致裂孔隙及裂隙的数量与尺寸、大孔和可见孔容量等参数随着CO_2初始压力的增加而增大.     

低渗透油藏超前注水压敏效应实验研究

将岩心渗透率分为四个级别进行了流体压力对渗透率、孔隙度、孔喉半径和配位数影响的室内实验,结果表明孔隙度对压力变化不敏感,渗透率、孔喉半径和配位数随压力升高只有小幅度上升,而随压力降低有较大幅度下降,由此验证了通过增加孔隙流体压力来恢复储层物性的目的不能实现.因此在造成储层物性损害之前,可通过超前注水来保持较高的地层压力,提高低渗透油田的最终采收率.     

溶剂改造下构造煤纳米级孔隙的差异性变化及机理

以山西霍尔辛赫采集的煤样为研究对象,采用有机溶剂(CS_2)、有机酸(CH_3COOH)、无机酸(HCl)、强氧化剂(ClO_2)分别对不同煤体结构煤进行溶剂改造实验,并借助于低温液氮吸附实验,探讨了溶剂改造下构造煤纳米级孔隙的变化规律,认为不同类型的溶剂作用促使不同煤体结构煤中的纳米级孔隙发生差异性变化,这种变化主要因溶剂改造下煤中小分子化合物、表面官能团以及矿物质的变化引起的.研究结果表明:随着煤体破坏程度的增加,各类溶剂的抽提(溶出)率均呈现出增大的趋势,且有机溶剂的抽提率要远大于无机溶剂的溶出率;不同溶剂作用后,煤的BET比表面积和BJH孔容显著增大.其中,有机溶剂作用下破坏程度较大的煤样开放孔数量大于破坏程度较小的煤样,而无机溶剂作用下仅在碎粒煤大孔径阶段开放孔数量明显增加;各类溶剂对煤样均具有一定的扩孔效果,特别是对小孔径段的扩孔效果最为明显.相比而言,有机酸、有机溶剂孔隙改造效果最为显著,无机酸、氧化剂不显著.     

温度和有效应力对低渗储层孔渗性质的影响

探讨温度和有效应力对低渗储层渗透率和孔隙度的影响规律及内在机理,用大型岩石高温高压渗透实验仪,结合核磁共振、恒速压汞测试和相对渗透率实验进行研究.结果表明,温度不变时,岩心渗透率随有效应力的增加而递降;有效应力不变时,岩心渗透率随温度的升高而减小.核磁共振和恒速压汞测试结果表明,有效应力增加时,骨架颗粒紧密排列,岩心孔隙平均喉道和主流喉道半径减小,孔隙连通性变差,有些连通孔隙被分隔孤立,成为不可入孔隙,岩心束缚水饱和度增加.     

四川盆地侏罗系致密储层孔隙结构特征

运用常规岩芯分析法、核磁共振T2弛豫谱法和气水高速离心法,研究四川盆地致密油藏储层孔隙结构特征,得到一系列岩芯饱和水状态及束缚水状态下岩芯T2谱,分析致密油藏储层孔隙结构类型、孔隙度及可动流体饱和度等特征,确定了致密砂岩的渗透率系数C和T2截止值.研究结果表明,T2谱能定性反映岩芯的孔隙类型,致密石灰岩为孔隙型储层和孔隙-裂缝型储层;致密砂岩为孔隙型储层,且以小孔隙为主,中大孔隙为辅,仅少量岩芯发育有微裂缝,改善了储层渗透性;致密砂岩与石灰岩气测孔隙度均值分别为4.88%和1.93%,核磁孔隙度一般小于气测孔隙度与水测孔隙度;流体可动性随渗透率、喉道半径和致密岩芯类型等不同而异;致密砂岩和石灰岩的T2截止值、渗透率系数均小于常用值.     

多元逐步回归分析在评价孔隙结构对低渗透砂岩储层质量影响中的应用

以鄂尔多斯盆地姬塬地区长2油层组低渗透砂岩储层实际数据为例,利用多元逐步回归分析方法建立了孔隙结构对低渗透砂岩储层孔隙度、渗透率影响的多元回归模型。计算结果表明：孔隙度=18.578-2.897×排驱压力-0.376×结构系数（r=0.739）,反映了排驱压力、结构系数是影响低渗透砂岩储层孔隙度的主要孔隙结构因素;ln（渗透率）=10.781＋9.614×变异系数-0.341×结构系数-1.007×孔喉均值（φ）（r=0.973）,反映了变异系数、结构系数、孔喉均值（φ）是影响低渗透砂岩储层渗透率的最主要孔隙结构因素。     

黔西比德-三塘盆地煤储层NMR T_2谱及气水相渗特征与控制因素

通过核磁共振(NMR)与气水两相相对渗透率实验,描述黔西比德-三塘盆地煤储层NMR T2谱与气水相渗特征,并结合压汞、最大镜质体反射率以及煤物质组成等基础测试,从煤级、显微组分、孔隙结构等角度分析主要控制因素,最后通过与沁水盆地高煤阶煤储层、美国中-低煤阶煤储层相关结论进行对比,揭示本区煤层气开发潜力.研究结果表明:本区煤储层以无烟煤为主,NMR T2谱呈双峰态分布,不可动峰明显而可动峰微弱,揭示束缚水饱和度高,有效孔隙度较低,两峰相互分离,截止值T2c为10ms,对应孔隙直径约为100nm,表明扩散孔(100nm)和渗流孔(100nm)之间连通性差.T2谱特征与压汞孔隙结构具有良好的匹配性,即微小孔发育、中大孔不发育,中孔比例极低,孔隙类型以半封闭孔为主,连通性较差,说明煤级控制之下的孔隙结构决定了T2谱的形态特征.气水相渗特征受控于孔隙结构、煤级、显微煤岩组分等因素,本区相渗条件总体优于沁水盆地南部,但相比于美国中-低阶煤储层,仍然表现出残余水饱和度高、残余水条件下气体相对渗透率低、气水两相流区间窄等特点,揭示本区煤层气开发面临着我国高煤阶煤储层普遍存在的解吸与渗流瓶颈问题.     

考虑有效应力和煤基质收缩效应的渗透率模型

针对煤层气的生产过程中所存在的两个相反的效应:(1) 储层压力下降,有效应力增加,煤层裂隙压缩闭合,渗透率降低;(2) 煤层气解吸,煤基质收缩,煤层气流动路径张开,渗透率升高;建立了包含煤基质收缩效应的煤层孔隙度和渗透率理论模型,模型与已有的一些研究结果反映的规律一致.根据模型得出在体积应力恒定条件下,渗透率随孔隙压力变化存在一临界压力,孔隙压力小于临界压力时,渗透系数随孔隙压力的增加而减少,孔隙压力大于临界压力时,渗透系数随孔隙压力的增加而增大,给出了该临界压力的计算式.对不同情形下渗透率对孔隙压力的变化响应进行了讨论,结果表明,临界压力的存在与否与影响渗透率的多种因素有关,应对影响煤层渗透性的众多因素进行动态耦合研究.     

不同浸水时间煤岩结构特性分析

为研究在不同浸水时间下水分在煤岩内部孔隙、裂隙中运移对煤岩特性的影响,利用核磁共振、扫描电镜等方法,系统地研究了不同浸水时间对煤岩细观结构演化特征的影响以及水煤相互作用的机理。核磁共振结果表明,随浸水时间增加,煤岩的渗透率会增大;扫描电镜结果表明,随浸水时间增加,煤岩结构会随之发生改变,解理裂隙增加,渗透能力增强。该研究结果可为煤体注水软化最佳时间确定提供理论依据。     

老油田储层物性参数变化规律研究

以小集油田为例,研究了老油田注水前后,储层孔渗参数变化的不同特征与剩余油的合理开采的关系.在比较小集油田水淹前后取芯井孔隙度与渗透率参数变化的基础上,提出其储层物性参数的空间变化特征有3种类型,即孔隙度与渗透率主频分布变窄型、孔隙度与渗透率向高值收敛增大型和孔隙度与渗透率数值均匀增大型;探讨了沉积韵律、含水特征与3种孔渗参数变化类型的相关关系;根据油田注水后,注入水的冲刷作用对孔渗变化的影响,讨论了油藏物性参数的时间变化特征.研究表明,确定不同的孔渗参数变化类型,并有针对性地设计注采方案,是合理挖游剩余油的有效途径.     

煤体结构差异的孔隙响应及其控制机理

为了研究不同煤体结构煤的孔隙差异及作用机理,以焦作、济源、鹤壁、大峪沟、平顶山等矿区采取的煤样为研究对象,并通过压汞法、低温液氮法和扫描电镜(SEM)对煤体破坏汽后煤的孔隙性进行了测试.结果表明,煤体破坏不仅使得煤的变质程度增加,煤体强度降低,而且还使得尺度较大的粒间孔含量增加,并且新形成的粒间孔很少被矿物质充填,同时也破坏了孔隙的定向性和完整性;相比于原生结构煤,煤体破坏后煤中的微米、纳米级孔隙含量显著增大,煤的孔隙形态和连通性发生改变;另外,煤体破坏对煤孔径的大小、不同孔径段孔隙的分布、流体在煤体内的运移都有影响.     

基于毛细管连通率和水力迂曲度的碳酸盐岩渗透率分形模型

碳酸盐岩非匀质性强,孔隙结构呈现出连通率低、迂曲度高的典型特征。而以往的渗透率分形模型假设岩石孔隙由相互不干扰的毛细管束组成,忽略了复杂成岩过程中胶结作用导致的毛细管连通性降低和迂曲度增大的情况,难以准确评估低渗碳酸盐岩的渗透特性。针对渗透率被高估的研究现状,利用满足阿波罗填充的毛细管束分形模型,提出了毛细管连通率表征进出口毛细管过流面积损失,并引入曲折度指数来反映岩石的实际水力迂曲度,最终建立基于连通率、水力迂曲度的碳酸盐岩渗透率分形模型。参数敏感性分析发现,孔隙度相同粒径不同的碳酸盐岩,渗透率均随着孔径增加而增加,同时相同粒径岩石随着孔隙度的增大,渗透率对孔隙度变化的敏感性降低。考虑曲折度指数的水力迂曲度计算值与实验压汞法测定值更为一致,表明提出的碳酸盐岩渗透率分形模型能够更好地预测碳酸盐岩真实渗透率。