应力与温度综合作用的煤岩渗透机理

为评估深部煤岩的瓦斯抽采特性,探究不同条件下煤岩渗透率演化规律,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,开展不同平均有效应力和不同孔隙压力下温度升高的三轴渗流实验.基于分形理论表征温度引起的煤岩孔裂隙扩展和滑脱因子变化情况,进一步考虑压缩变形及滑脱效应对煤岩渗透率的影响,建立应力与温度综合作用的煤岩分形渗透率模型.结果表明:1)随温度升高煤岩整体具有压缩效应,渗流通道减小,渗透率先急剧下降后趋于平缓.2)在相同温度下煤岩渗透率随平均有效应力的增大逐渐减小,随孔隙压力增大先急剧减小后趋于平缓.煤岩裂隙压缩系数C_f随平均有效应力增大逐渐减小,随孔隙压力增大煤岩裂隙性系数具有相同的变化趋势.3)新建渗透率模型的计算值和实测值基本一致,其理论机理适用性及数据匹配度均优于Lu模型,该模型可以较好表征多因素影响下的煤岩渗透率演化规律.4)孔隙压力较低时,滑脱效应较为明显,且在孔隙压力升高初期考虑滑脱效应的煤岩渗透率曲线比不考虑滑脱效应的渗透率曲线更接近实验测量值.     

陕北赵台区储层成岩作用与孔隙演化

陕北赵台区长6、长4+5储层砂岩主要为灰色细粒长石砂岩,成分成熟度低、结构成熟度高.储层成岩作用多样,影响储层孔隙发育的主要成岩作用为压实压溶作用、胶结作用和溶蚀作用;研究区储层砂岩成岩阶段处于晚成岩A期;孔隙演化过程中,破坏性的压实压溶作用、胶结作用使孔隙损失严重,物性变差;溶蚀作用、烃类侵位等建设性成岩作用改善了储层物性.     

泥岩化学压实作用的超压响应与孔隙压力预测

为探索泥岩化学压实作用的增压机制及其超压响应特征,结合国内外相关研究,对泥岩化学压实作用与超压发育关系、化学压实阶段超压响应特征以及孔隙压力预测方法进行了系统总结,分析了东营凹陷泥岩化学压实作用在孔隙压力预测中的意义.认为泥岩化学压实作用以黏土矿物转化为主导机制,通过改变泥岩的微观结构及岩石物理属性,化学压实作用影响了超压的发育及其测井响应,建立不同压实阶段正常压实趋势线是有效判识超压成因机制、准确预测孔隙压力的基础.研究结果表明:1)泥岩压实过程可以划分为机械压实阶段(70℃)、过渡阶段(70～100℃)以及化学压实阶段(100℃),黏土矿物转化(尤其是蒙脱石向伊利石转化)控制了泥岩的化学压实行为;2)泥岩化学压实的增压效应主要包括3个方面:形成垂直于最大有效应力方向排列的黏土颗粒组构,促进泥岩压实、导致自生胶结物沉淀降低泥岩渗透率,增强体系封闭性、使得泥岩发生骨架弱化作用,引起有效应力转移;3)在有效应力-孔隙度/密度和声波时差/电阻率-密度交会图中,化学压实导致的超压表现出非弹性卸载特征,即随着有效应力减小,呈现出孔隙度降低,而声波时差和密度同时增大的测井响应;4)适用于化学压实阶段的孔隙压力预测方法包括伊利石压实曲线法、纵横波速度比法、偏移-修正法、Dutta压实模型法以及两步测井预测法等;5)东营凹陷泥岩黏土矿物快速转化深度与超压顶深(2 000～2 800 m)大致相同,超压发育及测井响应与化学压实密切相关,基于化学压实正常趋势线预测的深部(3 000 m)孔隙压力与实测压力更接近.     

煤岩气.水相对渗透率的测定方法研究

煤岩气.水相对渗透率的测定方法不同于常规储层,目前国内无论在实验仪器还是在测试技术方法方面,都研究得很不深入．作者在充分利用Stim_Lab岩心流动仪的基础上,对其进行局部加工改造,实现了煤岩非稳态法气.水相对渗透率的测定并绘制出合理的相渗曲线．     

煤岩气-水相对渗透率的测定方法研究

煤岩气 水相对渗透率的测定方法不同于常规储层 ,目前国内无论在实验仪器还是在测试技术方法方面 ,都研究得很不深入 .作者在充分利用Stim_Lab岩心流动仪的基础上 ,对其进行局部加工改造 ,实现了煤岩非稳态法气 水相对渗透率的测定并绘制出合理的相渗曲线     

三轴压缩蠕变条件下煤岩裂隙演化规律试验研究

为了研究蠕变条件下煤体内部裂隙演化规律对其渗透率和瓦斯抽采效率的影响,本文以焦作赵固二矿原煤为研究对象,采用三轴压缩蠕变试验及工业CT扫描技术,运用MATLAB软件对图像进行均衡化二值处理,研究不同载荷条件下煤样内部裂隙的分布特征及演化规律。结果表明:煤样内部裂隙分布受主裂隙控制且分布不均;随着载荷增加和时间的延长,煤样内部裂隙体积占煤样体积百分比有所增加;裂隙不仅变宽而且逐渐贯穿煤样,主裂隙附近还会衍生多条新的次生裂隙,交叉裂隙将主裂隙互相连通;煤岩体裂隙发育的方向主要是沿着轴向应力的方向或与其呈较小夹角扩展;裂隙的发育主要是微裂隙的破坏,其应力集中促进大裂隙的发育。研究结果可为研究钻孔周围煤体内瓦斯流动规律和确定抽采钻孔影响范围提供依据。     

煤的孔隙结构与煤岩动力失稳特征的相关性

以冲击倾向性煤层和煤与瓦斯突出煤层作为研究对象,基于压汞法和液氮吸附的实验结果,综合分析了煤样的孔隙结构特征;依据包括煤岩孔隙结构特征在内的物理力学参数,建立了数值模型,从煤层应力分布和应变能的角度讨论了煤的孔隙结构与煤岩动力失稳特征之间的相关性.液氮吸附和压汞实验表明:忻州窑煤样的孔隙主要是开放型孔,赵各庄煤样的孔隙含半开放型孔隙较多,且含有一定量的墨水瓶孔;忻州窑煤样的孔隙含量,尤其是渗流孔隙的含量远大于赵各庄煤样,因此忻州窑煤层中瓦斯更容易释放.数值模型的计算结果表明:在上覆岩层应力和水平应力相同条件下,忻州窑煤层中煤壁附近区域的水平应力比赵各庄煤层低,垂直应力高于赵各庄煤层,煤壁附近的煤体易发生压剪破坏;上覆岩层应力和水平应力相同(6 MPa)时,赵各庄煤层受扰动后应变能密度变化量接近忻州窑煤层应变能密度变化量的2倍,可见赵各庄煤层更易积聚应变能.     

珠三角饱和软土固结过程中微观孔隙结构的演化规律

结合室内土工试验和某高速公路软基加固试验段工程,采用真空冷冻升华技术与SEM电镜扫描以及图像处理方法,获得了珠江三角洲饱和软土的孔隙度、孔隙总面积、孔隙总个数、平均孔隙周长、孔隙平均直径及孔洞复杂度等微观指标。通过对软土微观结构图像研究,得到了饱和软土受压固结过程中微结构的演化规律：珠江三角洲的饱和软粘土是一种孔隙体积占整体体积最高达66.7%的空架结构土,孔隙中充满水体,在外载荷的作用下,大孔隙首先破碎,周边折断,土体内部结构从空架式逐渐向多面体片架结构发展;伴随着孔隙直径减小,孔隙体积缩小,土粒间靠近,水体被排出的同时,土体被压缩而逐渐固结。     

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.     

广安构造须家河组须六段储层成岩作用与孔隙演化

广安构造须家河组须六段储集岩主要为长石岩屑砂岩和岩屑砂岩,该砂岩储层是典型的低孔、低渗型储集岩.以岩心观察为基础,结合薄片鉴定、扫描电镜、阴极发光和物性等资料分析,认为研究区砂岩经历了压实作用、胶结作用、交代作用、溶解作用以及破裂等多重成岩作用,目前已达到了中成岩阶段B期.成岩作用是控制该区储层物性的一个关键因素.在孔隙演化过程中,压实、胶结作用起主要破坏性作用,溶蚀作用为主要建设性作用.     

鄂中地区下三叠统碳酸盐岩储层成岩作用与孔隙演化

鄂中沉湖－土地堂地区早三叠世以局限－半局限台地环境为主，有过短暂的台内浅滩环境，菩部曾发展为蒸发台地环境，下三叠统主要有微晶灰岩、微晶白云岩，夹不得亮晶颗粒灰岩，局部硬石膏岩；经历了海底环境的白云化，胶结、硬石膏化、大气环境的溶蚀，埋藏环境的胶结、溶蚀、白去化、表生环境的溶蚀等成岩作用过程。大气及浅埋藏环境产生的孔、缝隙多为后来的方解石等充填，对储层贡献甚微；深埋藏环境的扩溶孔的形成及后期构造缝的     

煤岩孔隙结构特征及其对储层损害的影响

煤岩特殊的孔隙结构及甲烷赋存和产出方式决定了其损害机理与常规储层存在明显差异。在此六盘水地区亦资孔盆地二叠系煤岩气藏为对象，应用压汞和扫描电镜等手段，研究煤岩储层孔隙类型和孔隙结构特征，结合煤岩学、敏感性及工作液损害评价实验，探讨了煤岩气层损害机理。研究表明，煤岩中常见模特组织孔和气孔，裂缝发育，属双重孔隙介质，表现出很强的应力敏感性。工作液易通过天然裂缝系统侵入煤层中，导致裂缝内的固相沉积、水相圈闭和高分子处理剂吸附滞留损害。     

孔隙介质渗透率的重正化群预计

孔隙介质渗透率与孔隙空间分布的几何结构密切相关.从孔隙分布的网络模型入手,应用重正化群理论与方法,提出了二维孔隙介质渗透率的预计新方法,并给出了一个预计渗透率的例子.预计结果比平均场理论和有效介质方法更接近于实际.     

成岩作用及阶段对碎屑岩储层孔隙演化的控制

碎屑岩储层孔隙演化受有机──无机成岩作用的影响，在埋藏成岩阶段．有机质成热过程中脱羧作用产生的有机酸对碎屑岩中的方解石、长石等溶蚀所形成的次生孔隙，是深部储层中高孔渗段发育的重要原因，随埋深增加，成岩阶段由早→晚发展，有机质由未成熟→成熟演化，在此期间，储层孔隙经历了消亡与新生的发展过程。在同一盆地中，不同层位储层经历的是大埋深如果相近，所处成岩阶段也相近，其孔隙演化史亦趋于相似；反之，同一层位的储层所处的最大理深不同，成岩阶段不同，其孔隙特征也就不同。     

多次孔隙水压作用下沥青混合料性能演化试验

为研究沥青混合料在水-力共同作用下的性能演化过程,在实验室内制备了3种不同沥青含量(3.5%、4.5%、5.5%)的SBS改性沥青混合料试件,利用沥青混合料水敏感性试验(MIST)进行不同次数(500次～7000次)孔隙水压作用的湿度处理,通过湿度处理后试件的物理指标(体积、毛体积密度)来表征沥青混合料的内部结构变化。利用间接拉伸试验(IDT)测得的不同孔隙水压作用次数下的ITS以及TSR来表征沥青混合料力学性能的演化过程。结果发现:随着孔隙水压作用次数的增加,试件内部结构发生了变化,导致试件体积先增大、后减小,毛体积密度有微小的下降。ITS以及TSR结果表明,试件力学性能先降低、后上升。在对不同MIST作用次数湿度处理后试件的含水率进行测量后发现:500次孔隙水压循环是试件由不饱和状态向饱和状态转变的临界作用次数。小于500次作用时,试件未饱和,MIST循环产生孔隙水压较大,因此力学性能不断降低;大于500次作用时,试件已饱和,温度作用取代孔隙水压作用成为主要影响,导致力学性能上升。因此,对于孔隙率为4%左右的小型密级配沥青混合料试件,推荐采用500次MIST循环作为湿度处理来进行沥青混合料的抗水损害能力的评价。     

孔隙压力作用下泥岩三轴蠕变实验研究

在具有孔隙压力系统的岩石三轴蠕变仪上,对泥岩进行了考虑孔隙压力作用的三轴蠕变实验.实验中不仅考虑了轴压σ₁和围压σ₃对蠕变的影响,而且考虑了孔隙压力p在泥岩蠕变过程中产生的重要影响.通过不同应力水平下的蠕变实验,对比含孔隙压力和不含孔隙压力的蠕变实验曲线,表明当轴压σ₁和围压σ₃一定时,随着孔隙压力p的增加,蠕变变形量将会减小,在稳态蠕变阶段的应变率也会减小,在一定程度上会延长蠕变三个阶段的蠕变时间.并采用经典蠕变模型对实验结果进行分析.     

地震作用下海床孔隙水压力增长的算法研究

针对饱和砂质海床,建立了由Terzaghi固结理论与不排水条件下孔隙水压力增长模式相耦合的含有源项的初边值方程,运用数理方程中的分离变量法与Green函数求解得到了一个较为一般的孔隙水压力解答.结果表明:海床土的渗透性对于海床的抗液化性能有显著影响,渗透系数的微小减小就会导致海床中累积孔隙水压力比的显著增大;在海床相对深度小于0.5时,由地震所引起的海床中各个相对深度处累积孔隙水压力比随着海床厚度的减小而减小;当海床相对深度大于0.7后,规律相反.     

关于煤化作用过程中煤岩组分的形成世代和演化问题

文中指出,镜煤化作用和丝炭化作用是在煤化作用阶段,基本上同时进行的两个过程。它们区别于传统概念。随着煤化作用的进行,相应地形成煤岩组分演化的连续系列。并按它们的特征,将其分别归属为三个世代,即初始世代、中期世代和老化世代。残植煤类仅出现在初始世代和中期世代的早期阶段。     

陕甘宁中生代地层异常压力对次生孔隙形成的作用

陕甘宁盆地三叠系延长统是国内外典型的低渗特低渗油田，储集层主要为三角洲砂体，压实作用和胶结作用强烈，储层非均质性非常严重，因此预测次生孔隙发育带是寻找油气聚集带的关键，通过对陕甘宁盆地陇东地区处长统次徨孔隙形成的主控因素分析，认为陕甘宁盆地延长统次生孔隙的形成除了受沉积有利相带控制外，还与地层异常压力的作用密切相关。研究认为 东地区异常压力的形成机理主要由于成岩过程中粘土矿物脱水作用。粘土矿在量脱     

地震与同震冰滑坡综合作用下动水压力分布规律试验研究

地震作用下常常引发大量的崩塌滑坡,但目前对冰湖溃决风险评估中,一直忽视了地震及同震触发滑坡的综合作用。为研究地震及同震触发滑坡二者综合作用下的动水压力分布规律,首先分别进行地震和冰滑坡作用下的动水压力试验分析,然后设计了在振动台模拟地震过程中加入冰滑坡入水的试验,观察地震与冰滑坡综合作用下动水压力的分布特点。结果表明：地震动水压力沿水深分布表现为上小下大的特点,其结果与Westergaard简要解吻合良好;冰滑坡作用下动水压力沿水深服从上大下小的分布规律,并分析了滑块体积、入水速度及初始水深等因素对最大动水压力值变化的影响,采用试验数据拟合得到冰滑坡入水动水压力值的经验公式;地震和冰滑坡共同作用时动水压力分布曲线近似于两者单独作用下动水压力幅值的叠加,只是综合值小于叠加值;提出地震与同震冰滑坡综合作用下最大动水压力的估算方法。