低煤阶煤储层敏感性分析及对煤层气排采的影响

为实现低煤阶储层煤层气的高效开发,对大佛寺井田4煤进行了流速敏感性和压力敏感性实验分析,并研究了储层敏感性对煤层气排采作业的影响。结果表明:低煤阶煤储层存在流速敏感性,当渗流速度大于临界流速,储层渗透率有所下降。低煤阶煤储层具有强压力敏感性,且存在不可逆性;升压结束后,渗透率损害率高达90%以上;卸压后,渗透率不能恢复到初始水平,不可逆渗透率损害率达60%以上。为了降低储层敏感性对煤层气井的影响,就必须遵循缓慢、连续、稳定降压的排采原则。     

沁水盆地典型煤矿区煤的流速敏感性实验及控制机理

采用沁水盆地3个典型煤矿中、高煤阶煤样,开展了实验室煤样流速敏感性实验,分析了不同流速条件下煤样渗透率的变化规律,建立了煤储层渗透性与流速之间的关系和模型,揭示了中、高煤阶煤储层流速敏感性的控制机理。研究结果表明,煤样渗透率随流速发生变化,且存在一个临界流速。在临界流速之前随着注入流量(或流速)的增加煤样渗透率增加,当流速超过临界流速后,煤样的渗透率随着流体流速的增加反而减少。煤储层流速敏感性主要受控于煤储层物性和煤中速敏矿物。随着煤储层孔隙度、渗透率和流体流量的增高,煤储层速敏损害率按对数函数关系增高。实验煤样黏土矿物占矿物质含量为66.63%~99.89%,主要以高岭石、伊利石为主,存在潜在的速敏伤害,速敏实验结果表明,本区实验煤样存在不同程度的速敏损害,煤样速敏损害程度由弱至中等偏强,临界流速低。随着煤中黏土矿物含量的增加,煤储层速敏损害率也增高。在煤层气井排采过程中,寺河煤矿和西山煤矿煤层气井排采降速应为赵庄煤矿的6倍左右。     

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。     

考虑应力敏感性的煤层气井产能模型及应用分析

煤储层应力敏感性是影响煤层气井产能的地质因素,在煤层气井排采过程中如何降低或避免煤储层应力敏感性对煤层气井产量的影响是值得考虑的问题。在对煤储层应力敏感性分析的基础上,推导了考虑应力敏感性的煤层气气井产能模型,提出了用产量降低幅度值(β)描述应力敏感性对煤层气井产量的影响程度,揭示了有效应力对煤储层渗透性和煤层气井产能的影响规律。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,在煤层气开发中煤储层表现出明显的应力敏感性。考虑煤储层应力敏感性后,煤层气井的产量低于不考虑应力敏感性的气井产量;随生产压差的增大,煤层气井的产量增加幅度较小,并逐渐趋向稳定,且煤层气井产量下降幅度β值增大;煤层气井的产量降低幅度β值随应力敏感系数的增大整体呈增高趋势。随着生产压差的增加,煤层气井的产量增加幅度较小,并逐渐趋向稳定,说明放大生产压差并不能获得最大产量,煤层气开发需要制定合理的生产压差和严格控制排采强度。     

不同煤阶煤储层应力敏感性差异及其对煤层气产出的影响

通过开展鄂尔多斯盆地东缘高中低煤阶不同含水饱和度煤储层应力敏感性实验,研究了煤储层渗透率动态变化规律及其对煤层气产出的影响。实验结果证实:不同煤阶煤储层渗透率随有效应力的增加均呈现负指数函数降低的规律。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73%~95%,平均87%,煤储层应力敏感性最强;有效应力在5~10 MPa时,渗透率随有效应力增加而较快下降5%~18%,平均10.4%,煤储层应力敏感性较强;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。实验结果表明中高煤阶煤储层应力敏感性随有效应力增加要弱于低煤阶。随着煤样含水饱和度的增加,煤储层应力敏感性也逐渐增强。根据煤储层渗透率动态变化规律提出了煤层气井排采过程中应遵循缓慢—保压—持续的排采工作制度,才能获得煤层气最大产出量。     

沁水盆地中高煤阶煤储层覆压孔渗试验研究

为了研究中、高煤阶煤储层在覆压条件下孔隙度、渗透率及应力敏感性的差异变化特征,从山西沁水盆地采集4块中煤阶样品和4块高煤阶样品,开展了覆压孔渗试验对比研究,探讨了中煤阶煤和高煤阶煤的应力敏感性的差异,研究了应力敏感性随煤阶改变的变化规律。研究结果表明:煤的孔隙度随镜质组最大反射率R_(o,max)的增大呈现先增大后减小的趋势,而渗透率则与镜质组最大反射率之间无明显关系;中、高煤阶煤覆压下的孔隙度和渗透率均随有效应力增加呈现指数式减小;高煤阶煤平均孔隙压缩系数、应力敏感性系数分别是中煤阶煤的1.61倍和1.26倍,高煤阶煤的孔隙度和渗透率损害率分别是中煤阶煤的1.42倍和1.1倍,中、高煤阶煤的无因次渗透率曲率随有效应力的增加而降低,当有效应力为12 MPa时,高煤阶煤的平均渗透率曲率是中煤阶煤的1.33倍。随R_(o,max)的增大,煤的应力敏感性呈现增强的趋势,即高煤阶煤的应力敏感性高于中煤阶煤。因此,在不同煤阶煤储层排采过程中,针对不同煤阶煤储层所采用的生产压差应当有所差异。与中煤阶煤储层相比,高煤阶煤储层随有效应力增加孔隙度、渗透率损害率高,渗透率曲率降低幅度大,因此针对高煤阶煤储层排采过程中所采用的生产压差应低于中煤阶煤储层,才能获得较高的煤层气产出量。     

重复荷载下不同饱水压力中阶煤应力敏感性研究

为了查明煤层气开发中有效应力变化对含水中阶煤储层渗透性的影响,对黔西松河区块1+3号煤层的同一煤柱重复开展了应力敏感性试验,分析了重复荷载作用与饱水压力对煤储层渗透率及应力敏感性的影响机理,并探讨了煤层气井储层改造与排采优化措施。研究表明:重复荷载作用与煤样饱水压力共同影响着中阶煤储层气测渗透率及应力敏感性。随着重复荷载次数增加,煤体发生塑性-弹性变形演化,应力敏感性逐渐减弱,渗透率不可逆损害率降低。与10 MPa饱水压力相比,20MPa饱水煤样初始气测渗透率显著降低,应力敏感性减弱并逐渐趋于稳定。中阶煤储层微观孔裂隙发育,渗透率应力敏感性强,煤层气开发工程中应重视煤储层保护。     

沁水盆地南部煤层气井排采储层应力敏感研究

为分析煤层气排采不同阶段煤储层应力敏感性及渗透率变化的影响因素,采集沁水盆地南部煤样,开展了不同实验条件的应力敏感实验。结果表明:有效应力从0增加到10 MPa时,煤样渗透率减少了50%~70%;有效应力从10 MPa增加到20 MPa时,损失量仅约占初始渗透率的10%;有效应力低于2.5 MPa时,应力敏感性较强;有效应力增加到3.5 MPa的过程中,渗透率损害系数急剧上升,渗透率损耗为20%~30%;有效应力从2.5 MPa增加到9 MPa时,应力敏感性最强,有效应力从3.5 MPa上升至9 MPa时,渗透率损害系数快速下降,渗透率损耗约60%;有效应力自9MPa之后,渗透率损害系数缓慢下降,渗透率损耗约10%;渗透率损害率介于30%~65%,临界应力为7~11 MPa。有效应力较低且不变时,煤样渗透率随孔隙压力增加而增加。围压不变时,随有效应力下降和孔隙压力增加,煤样渗透率下降,这与有效应力和孔隙压力变化引起的煤储层渗透率变化量有关。     

黔西土城向斜煤储层覆压孔渗试验研究

为研究土城向斜中阶煤煤储层孔隙度、渗透率、应力敏感性特征及对煤层气开采的影响，采集土城向斜1号、3号、5号、15号、17号、291号、292号煤层煤心煤样，以覆压孔渗试验为手段，对比各煤储层孔隙度和渗透率随有效应力的变化规律，利用孔隙度应力损害率、渗透率应力损害率及渗透率曲率等参数，分析了各煤储层有效应力敏感性。结果表明：煤储层随有效应力的增大，孔隙度及气体渗透率均呈负指数降低；试验煤储层应力敏感性系数为0.035～0.073 MPa-1,3号煤层应力敏感性回归系数最大;孔隙度应力损害率随有效应力的增加而增加，埋深较浅的3号煤层的应力损害率相对较大；渗透率应力损害率随有效应力的增加而呈指数增加，3号煤层的渗透率损害率明显大于其余煤样；煤储层渗透率曲率随着有效应力的增加，应力敏感性呈指数减弱；在相同有效应力下，3号煤层应力敏感性大于5号、15号、29号煤层，1号、17号煤层应力敏感性最弱。     

沁水盆地南部高煤阶煤储层敏感性

为实现沁水盆地南部煤层气的高效开采,对该区主力煤储层3号煤进行了流速敏感性、水敏感性、碱敏感性和应力敏感性实验分析。实验结果表明:3号煤速敏损害程度为中等偏弱,在实际煤层气开发过程中要重视含砂压裂液对煤层冲刷产生的煤粉运移造成的速敏损害;3号煤为中等偏弱水敏储层,向工作液中添加少量KCl可以起到降低水敏的效果;3号煤为弱碱敏储层,但高pH值工作液会使压裂用的石英砂受碱液溶解而降低支撑效果;3号煤为强应力敏储层,根据升压和降压阶段渗透率变化对比,不可逆损害率达55.88%。在煤层气藏的开发过程中,通过加强储层保护理论上可以提升煤层气产量。     

煤与瓦斯突出预测敏感指标临界值的确定

某矿C19煤层自建井以来共发生6次煤与瓦斯突出事故,在煤巷掘进过程中有明显的突出预兆发生,造成防突工程量大,掘进速度缓慢,采掘接替失衡。为有效预测C19煤层煤巷掘进过程中的煤与瓦斯突出事故,采用历史预测资料统计与分析、实验室研究及现场考察分析相结合的方法,研究得出了适合C19煤层的敏感指标(K1、S)临界值,有效地减少了防突工程量,提高了掘进速度。     

兴隆庄煤矿生态系统服务价值评估

以兖州矿区兴隆庄煤矿为例,基于1990-2018年间的遥感影像数据,从供给、调节、支持和文化4个方面对兴隆庄生态系统服务价值进行测算评估,并分析其动态变化度及敏感性。评估结果表明,总生态服务价值表现为先增加后减少,1990-2010年矿区生态系统服务总价值从18841.5万元增加至29034.2万元,主要原因是采煤塌陷导致耕地向塌陷水体转变以及林地面积的增加;2010-2018年生态总价值减少了2484.8万元,主要在于耕地大规模地转变为建设用地以及区域地下水位下降造成的水域面积减小。敏感性分析显示,耕地和水体是平原矿区生态系统服务价值最敏感的因素,耕地的敏感性指数由1990年的0.79降为2018年的0.28,说明其在生态服务价值中的影响逐年降低。     

低煤阶应力敏感性机理及其对产气的影响——以二连盆地为例

为研究低煤阶应力敏感性机理,建立双重孔隙介质应力敏感性模型和产气预测模型,基于应力敏感性实验和数值模拟,讨论了应力敏感性对高、低煤阶的产气影响。研究表明:应力敏感性与煤岩微观结构、力学参数、压缩性质有关,弹性模量越小、裂缝压缩系数越大,应力敏感性越强;含裂缝煤岩应力敏感性强于无裂缝煤岩,多次升降压会造成渗透率的不可逆降低;非连续排水会产生地层压力波动,产气量比连续排水时要低,而且应力敏感性越强,非连续排水对产气影响越大;应力敏感性对霍林河地区产气影响大于樊庄地区,针对巨厚煤层、强应力敏感性的特点,可试验直井"分段间接"压裂、顶板"L"型水平井分段压裂以降低应力敏感性、改善渗透性,提高单井产量。     

咪唑类离子液体处理煤热失重以及传热特性研究

离子液体作为新型阻化剂,溶解破坏煤中的活性结构从而抑制煤氧化反应进程,达到阻化煤自燃的效果。为了考察咪唑类离子液体对煤热失重以及热传递特性的影响,采集淮南矿区丁集1/3焦煤作为实验煤样,选取[EMIM][BF4],[BMIM][BF4],[BMIM][NO3]和[BMIM][I]对焦煤处理,并将未处理煤样作为对照组,开展热重-差热同步热分析实验和激光导热实验,得出咪唑类离子液体处理煤的热失重和热物性参数。结果表明:离子液体对煤的氧化热失重过程有明显的减弱作用,且不同离子液体的作用效果不同,效果最好的为[BMIM][BF4]。此外,差热结果显示离子液体处理煤的放热量均低于离子液体未处理煤,其中[BMIM][BF4]处理煤相比较于原煤,波峰温度提高28 ℃。煤样的热物性参数呈现出阶段性变化。30~210 ℃,随着温度的增加,煤样的热扩散系数逐渐降低,比热容和导热系数逐渐增大;210 ℃之后,煤样的热扩散系数逐渐上升,比热容趋于平稳,导热系数快速上升。在同一温度下,离子液体处理煤的热扩散系数以及导热系数均低于原煤,离子液体处理煤的比热容均高于原煤,其中[BMIM][BF4]处理煤的热扩散系数最小,比热容最大,导热系数最小。此外,[BMIM][BF4]处理煤热物性参数变化率最低,对温度的敏感性明显减弱,对煤热量传递抑制作用明显。结果可为煤火的防治提供一定的理论基础和现实依据。     

含瓦斯煤渗透率各向异性研究

为研究含瓦斯煤各向异性渗流特征,以原煤煤样为研究对象,以含瓦斯煤三轴渗流实验系统为实验平台,开展了含瓦斯煤的各向异性渗流规律的研究,确定了含瓦斯煤各向异性渗透率主值及其方位的计算方法,定义了含瓦斯煤渗透率各向异性率,重点分析了含瓦斯煤渗透率各向异性动态变化规律和瓦斯优势流动方向的转变现象。研究结果表明:煤体瓦斯流动具有非常明显的各向异性特征,本文所提出的含瓦斯煤各向异性渗透率计算方法简单有效;含瓦斯煤具有较强的应力敏感性,其渗透率与有效应力之间符合负指数函数变化规律;含瓦斯煤渗透率的各向异性随有效应力的变化表现出了明显的动态变化发展规律,优势流动方向存在转变现象。     

广宁阳晖煤矿通风系统稳定性分析

根据广宁阳晖煤矿提供的风阻与风量等数据,基于风量灵敏度理论及自助开发的流体网络角联分支识别与系统灵敏度分析软件,求出通风系统的灵敏度,以及各分支的影响度与被影响度,分析了广宁阳晖煤矿通风系统稳定性。可为矿井日后的通风系统改进、巷道维护及施工等工作提供理论依据。     

高阶煤渗透率温度应力敏感性试验研究

煤储层渗透率对温度和应力的敏感性响应,是深部煤储层物性评价的基础参数之一。以山西晋城无烟煤样为研究对象,利用高温覆压孔渗测定仪测定了煤样的孔隙率和渗透率,分析了其对温度和压力的敏感性。结果表明:高阶煤的孔隙率、渗透率与压力呈幂函数式负相关关系,在低压阶段随着压力升高迅速降低,在高压阶段趋于稳定。高阶煤渗透率对温度不敏感,当压力低于2MPa时随着温度的升高而降低,压力高于2 MPa则与温度之间关系不显著。压力是影响高阶煤孔隙率和渗透率的主要因素,而温度对孔隙率和渗透率影响较小。基于曲率分析方法对成庄高阶煤渗透率应力敏感性进行了分析,并与郑庄高阶煤和韩城高阶煤对比显示,成庄矿高阶煤的应力敏感性在低应力位置较强。因此,成庄矿进行煤层气开发时,需制定合理的排采制度,避免渗透率应力敏感性导致的负产能效应。