苏里格致密砂岩气藏流体微观分布规律及影响因素

苏里格气田东区下石盒子组含水较高,流体赋存特征对致密砂岩气藏开采影响较大。通过岩矿鉴定、孔隙率以及渗透率分析等实验,结合核磁-离心技术,分析了孔隙率、渗透率、岩性、孔喉非均质性与连通性及其对流体赋存规律的影响。结果表明：(1)研究区致密砂岩储层孔隙的流动能力较差,束缚水饱和度较高,其流动能力与气体流动压差(离心力)密切相关。(2)填隙物对流动能力有关键的控制作用,丰富的高岭石含量代表着储层具有较好的连通性、较大的孔径,整体孔隙水流动能力较强;伊利石持水能力很强,容易造成毛管阻碍、限制流动能力。(3)气体流动压差(离心力)与储层孔隙水可流动的孔径具有较好的幂关系。(4)苏里格气田东区下石盒子组有效储集空间临界孔喉半径为0.089μm,可动水饱和度为23.95%。     

三轴应力作用下破碎煤体渗透特性演化规律

深部破碎煤岩体受地应力和开采扰动常处于三向应力状态,其渗透特性是影响矿井突水灾害预防和瓦斯抽放的重要因素之一。为研究深部破碎煤体的渗透性能,采用自主研发的破碎岩石三轴渗流试验系统,并设计一套破碎煤体三轴渗流试验方案,进行三轴应力作用下破碎煤体渗流试验,得到破碎煤体渗透特性随围压及孔隙率的演化规律。试验结果表明:①三轴应力作用下破碎煤样渗流雷诺数最大值为47. 58,渗流速度与孔压梯度两者之间符合Forchheimer关系;②三轴应力作用下破碎煤样的孔隙率与围压的变化规律呈负相关,各级轴向位移下,两者服从对数函数关系;③随着有效应力的增大,各粒径下的破碎煤样孔隙率逐渐减小,破碎煤样孔隙率的理论计算值与试验结果较为吻合,表明文中给出的孔隙率计算方法可行;④各级轴向位移下,破碎煤样的渗透率随围压增大而减小,不同粒径的破碎煤样渗透率随围压的演化规律可用k=me~(nσ3)公式表示,颗粒粒径越大,破碎煤样的渗透率随围压的变化越敏感;⑤颗粒粒径及孔隙排列方式影响破碎煤样渗透性能,不同粒径破碎煤样随孔隙率的减小,渗透率整体减小,非Darcy流β因子呈增大趋势,其中渗透率的量级为10~(-14)～10~(-10) m~2,非Darcy流β因子的量级为10~7～10~(11)m~(-1)。所得研究结论有助于增强深部破碎煤岩体渗透特性演化规律的认识。     

突水过程中颗粒运移对破碎砂岩水力特性影响试验研究

为揭示破碎带条件下的煤矿突水机理,本文利用自发研制的破碎岩体颗粒运移试验系统,开展了一系列突水室内试验,探讨了突水过程中颗粒运移对破碎带砂岩水力特性变化规律及其影响因素。试验结果表明:破碎砂岩渗透率随时间的变化可分4个阶段:震荡增长阶段、快速增长阶段、缓慢增长阶段、稳定阶段;初始孔隙率和水压对试样最终渗透率和孔隙率的大小具有较大影响,数值模拟显示颗粒运动方向大体朝裂缝方向聚集并伴随有局部范围内的涡流现象;颗粒的迁移、排出是导致破碎带煤矿突水的本质因素。研究结果进一步加深了对破碎带条件下煤矿水害问题的认识和理解,对突水问题的发生机理具有一定的补充作用。     

粉末烧结法制备多孔铜及其性能研究

以铜粉和K_2CO_3颗粒为原料,用粉末烧结法制备出孔隙率为69%~81%的多孔铜。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)观察分析其微观组织和化学成分,研究原料配比、烧结温度对孔隙率及压缩性能的影响,分析孔隙率与吸能效率的关系。结果表明,多孔铜内孔洞大小不一,大孔直径约180~210μm,小孔直径约2~6μm;多孔铜中造孔剂K_2CO_3已充分溶解,且随着铜与K_2CO_3配比的减少,多孔铜孔隙率增大,同时多孔铜压缩曲线平台区随着孔隙率增大而增长;烧结温度对孔隙率以及压缩性能影响较小;孔隙率对吸能性有影响,孔隙率越大其吸能性越好。     

上保护层开采下原煤孔隙结构及损伤破坏特征研究

为研究上保护层开采下被保护层原煤孔隙结构及损伤 破坏特征,以中国平煤神马集团十二矿的己15-31030 煤层为研 究对象,分别对被保护层同一走向的原煤进行了压汞试验和 计算机断层扫描(CT)。结果表明:保护层开采下,受保护层 开采影响煤样的中孔、大孔的数量增多,内部孔隙结构的复 杂程度降低,孔隙演化呈现出由微孔、小孔转为中孔、大孔的 递增趋势,相比于未受保护层开采影响煤样孔隙率平均提高 了59.23%。同时,垂直于节理方向和平行于节理方向的受 保护层开采影响煤样的损伤分别比未受保护层开采影响煤 样增加了95.26%和26.66%。研究结果为揭示保护层开采 卸压防突机理提供了参考依据。     

含砂层开采顶板突水溃砂机理的细观数值模拟研究

为研究含砂层开采顶板突水溃砂的细观机理,运用PFC2D数值模拟软件分析顶板突水细观机理。模拟结果表明,当工作面由60 m推进至80 m时,顶板最大下沉量增幅最大,约为65%;最大孔隙率由0.170变为0.270,增幅最大,约为58.8%;裂隙的最大长度增幅比较大,裂隙扩展到含水层,导致顶板发生突水,水流带走含砂层中细小的颗粒,随着渗流力的增加,最后可能导致较粗的颗粒也会流失,引起顶板发生大范围的突水溃砂。通过数值模拟分析提出了顶板突水治理对策,为现场预防和治理顶板突水提供借鉴。     

华恒井田断层量化及对底板灰岩突水的影响

华恒矿采深较大,受底板灰岩突水威胁严重,针对断层控制突水的问题,利用分形理论及断层影响因子对煤层底板构造进行定量化研究;依据新汶矿区底板灰岩突水案例,利用散点图法和灰色关联分析法,对断裂构造与突水的相关性进行了分析,研究表明,断裂复杂程度与断层型底板灰岩突水危险性呈非线性正相关,断层影响因子是突水主控因素,断层分维值是次要因素;在此基础上,提出了断层型底板灰岩突水的断层控制指数,来判断井田内断层复杂程度、底板受构造破坏程度及突水危险性;通过分析计算,得出华恒矿断层控制指数临界值为0.70,并依此划分了突水危险区和安全区。     

低透气性煤孔隙结构连通率对煤层渗透性的影响规律研究

为研究低透气性煤的孔隙结构特征及孔隙连通程度,对原煤煤样进行试验,分析饱和水和残余水状态下煤样的T2曲线,得到煤样的自由流体值、束缚流体值、有效孔隙率、孔径分布及渗透率等参数,建立了孔隙连通率定量计算模型。结果表明:煤样孔隙率为6.30%～11.02%,孔径分布呈3段式,孔隙主要集中分布在0～100 nm段,微小孔发育、中大孔及裂隙不发育;吸附孔与孔隙率成反比,渗流孔与孔隙率成正比;煤样孔隙连通率为31.50%～62.05%,孔隙连通率受孔隙尺度的影响,煤样孔径在100 nm以下的孔隙连通率最高为58.45%,孔径为100 nm以上的孔隙连通率在94%以上;孔隙连通率与孔隙率、有效孔隙度、渗透率表现出了较好的正相关关系。     

尺度效应对破碎岩体水沙渗流特性的影响

为研究尺度效应对破碎岩体水沙渗流特性的影响,设计了一套水沙渗透系统,利用CMT5305 型电子万能试验机进行试验。在破碎岩体初始孔隙率相同时,岩样厚度的增加在一定程度上可增加破碎岩体的滤沙能力,减少溃沙量,从而降低溃沙灾害的风险;当破碎岩体初始孔隙率较大时,岩样厚度对其滤沙量的影响也较大,而当破碎岩体初始孔隙率较小时,破碎岩体的滤沙量受岩样厚度的影响也较小;破碎岩体的滤沙能力不会随着岩样厚度的增加而无限增加;岩样厚度的增加对水渗流的影响并不明显;初始孔隙率对水沙渗流特性的影响比岩样厚度的影响更大。根据试验结果提出了破碎岩体滤筛模型,给出了可表征初始孔隙率与筛层厚度对筛层滤沙能力综合影响的关系式。     

矿粉改善水泥-石灰石粉砂浆孔结构的研究

采用可蒸发水含量法研究了矿粉对水泥-石灰石粉砂浆孔结构的改善作用。结果表明,石灰石粉和矿粉掺量对水泥胶凝体系的初始孔隙率影响较小。7 d龄期时,水泥砂浆总孔隙率、大孔孔隙率和大孔比例随石灰石粉掺量增加先减小后增加,小孔孔隙率和小孔比例先增加后减小,石灰石粉掺量为10%时取得最大值或最小值;28 d龄期时水泥砂浆总孔隙率、大孔孔隙率、小孔孔隙率和大孔比例均随之增大,产生孔粗化效应。随着矿粉掺量增加,水泥-石灰石粉砂浆的7 d和28 d总孔隙率、大孔和小孔孔隙率减小,小孔比例增加。     

基于流固耦合效应的岩层渗透系数演化规律与断层活化突水数值模拟研究

针对断层活化突水数值研究过程常忽略流固耦合效应的影响且各层位渗透系数常设为固定值的弊端,采用FLAC^3D有限差分软件建立采动断层活化突水数值计算模型,并基于Fish语言编制断层及顶底板岩层在弹性及塑性范围内渗透系数随有效应力、初始孔隙率、残余孔隙率等变化的程序,用于采动断层活化突水数值计算,在考虑塑性区及孔隙压力、渗流矢量变化的基础上,分析了不同水压对断层活化突水的影响规律。结果表明,断层活化范围与承压水水压呈正相关的关系,当模型水压分别为3.0、3.5 MPa时,断层上部及底部发生了活化而中部未发生活化现象;当水压为4.0 MPa时,煤层底板断层整体发生了活化。通过对理论公式的赋参计算,得到了临界突水水压为3.97 MPa,验证了数值结果的正确性。     

不同热破裂温度下煤岩的孔裂隙演化特征研究

为了研究不同温度下煤页岩的细观孔隙结构,对经过20、100、300、500℃热破裂温度下的煤岩试样进行微米CT扫描试验,基于阈值分割算法得到了三维孔隙重构模型,并分析了孔隙率、孔喉尺寸参数和孔隙连通度的量化指标随温度变化的关系。结果表明,利用CT扫描技术获得煤岩的二维切片,经过重构可得到三维孔隙结构模型;表征孔隙含量的孔隙率与温度呈指数型函数关系;最大孔喉长度L和平均孔喉半径R随温度上升的增速呈先慢后快的特点;煤页岩的孔隙连通度随环境温度的升高保持初期迅速上升,在中期缓慢上升,到后期有所下降的变化。     

基于CT三维重建的高阶煤孔裂隙结构综合表征和分析

为有效研究煤的孔裂隙结构特征,实现对煤的孔裂隙结构的定性定量表征和分析。以内蒙古巴彦高勒煤矿311102运输巷的煤样为研究对象,基于ZEISS Xradia510 Versa X射线显微镜扫描得到的CT数据,结合三维可视化软件AVIZO中内置数学算法,提出了煤的孔裂隙结构定量表征的方法,并建立了煤的三维孔裂隙结构模型和具有拓扑结构的孔隙网络简化模型。通过本文提出的方法,对巴彦高勒煤矿煤样的孔裂隙微观参数——孔径大小、孔体积、孔隙率、配位数、喉道长度等进行了统计分析。研究表明:在微米的尺度下,内蒙古巴彦高勒煤矿的煤样以大孔为主,并伴有网状的割理裂隙,有效孔隙率为10.34%,通过孔隙网络模型统计出的孔隙数为12 834,喉道数为432及其他的微观结构参数。     

北部湾盆地涠洲12-2靶区流沙港组低渗透砂岩孔隙结构特征研究

涠西南凹陷流沙港组具有丰富的油气储量,但是其储层存在物性较差、中孔低渗、非均质性强等特点,目前对其储层的孔隙结构特征缺乏深入研究。采用场发射扫描电镜、氮气吸附、高压压汞等实验方法,对北部湾盆地涠西南凹陷低渗透砂岩储层微观孔隙结构开展精细研究。结果表明,涠西南凹陷低渗透砂岩储层非均质性强,孔隙类型多样,孔隙形状以狭缝型孔隙为主;低渗储层孔体积主要由宏孔提供,中孔较为发育,比表面积相对较大。流沙港组储层表现出中孔低渗的特征,这可能与细小孔喉的存在且孔喉分选性较差有关;低渗储层的渗透率与平均孔径大小、孔喉分选程度密切相关,与孔隙度无明显相关性,且渗透率对低渗储层含油气性有明显的控制作用。     

基于格子Boltzmann理论的弱胶结裂隙岩体水沙两相流特性

通过格子Boltzmann方法对裂隙岩体水沙两相流动规律进行理论分析,建立裂隙岩体水沙两相流动的格子Boltzmann模型,推导了水沙两相的基本守恒方程并建立了水沙两相流动系统的控制方程,基于浸入边界法,利用欧拉点和拉格朗日点处理水沙两相界面。通过数值模拟裂隙溃沙情况,分析了沙粒进入裂隙前后的流动形态,研究了颗粒粒径和裂隙宽度对溃沙速度的影响。借助单裂隙下的研究结果,建立上覆厚松散沙层矿井开采模型,分析裂隙发育下突水溃沙情况,发现在初始阶段,沙粒的溃入会堵塞裂隙,抑制裂隙的发育;随着水压的持续施加,大量水沙混合物开始涌入裂隙,岩体孔隙压力增大,导致裂隙迅速发育扩展,甚至会造成顶板垮落,加剧突水溃沙灾害。     

煤体瓦斯愈渗机理与研究方法

以物理学单纯孔隙介质的愈渗概念与方法为基础，提出了孔隙、裂隙介质愈渗研究方法，针对煤体中瓦斯赋存与渗流问题，在二维情况下，通过数值试验研究揭示了连通团个数、最大连通团孔隙比随孔隙率和裂隙分形维数的变化规律．结果表明，在裂隙数量分布初值n0=1的标准情况下，随着裂隙数量、分形维数增加，连通团个数对应的孔隙率点由30％逐渐降低到20％左右；当孔隙率高于35％时，裂隙数量分形维数高于1．45以后，最大连通团孔隙比增加较快，低于此值时，所有连通团包含的孔隙数均极小，这就是煤体低渗透的本质．     

漳村煤矿1312工作面顶板突水原因分析

漳村煤矿1312工作面在回采过程中发生间断性涌水,但依据经验公式计算顶板断裂带高度并未发育到含水层。通过分析顶板水文地质条件,运用RFPA数值模拟与现场实际探测研究顶板导水裂隙带发育规律。结果表明： ①经验公式计算得到的顶板导水断裂带最大高度为45～58 m,与RFPA数值模拟得到的95 m相差较大,顶板亚关键层薄以及距3煤顶板距离小于58 m是使得裂隙带发育偏高的主要原因;②现场探测测得顶板裂隙带发育高度约为96 m,与RFPA模拟相符合;③关键层与含水层空间位置及岩层分布规律决定了工作面回采顶板会发生间断性涌水以及滞后涌水。     

雨汪井田超压含煤地层孔隙特征及孔隙体积模量演变规律

煤及煤层气开发中的异常高压现象会对资源开发带来危险,从而威胁到人员和财产的安全.本文选取云南雨汪煤矿的6个煤样,联合CT扫描技术和低温液氮吸附实验方法,分析测试得到超压煤样孔隙半径、孔喉半径、孔容-孔径微分分布的孔隙特征参数;基于Gassmann模型的机理,推导了不同围压条件下的干燥及饱和超压煤样孔隙体积模量.结果表明...