开发过程中煤储层渗透率动态变化特征

为了摸清开发过程中煤储层渗透率动态变化特征,分析了影响煤储层渗透率动态变化的3种效应,引用了P & M渗透率模型,并以沁水煤层气田二叠系山西组3号煤储层为例,模拟了储层压力从初始值降至衰竭压力整个过程中煤储层渗透率的变化.结果显示:渗透率先减小后增大;压力降至临界解吸压力3.8 MPa,渗透率衰减少了34%,降至最低值;继续降压至2.5 MPa,渗透率回弹至初始水平;降压至衰竭压力0.7 MPa时,渗透率增至初始渗透率的2.8倍,预示该区块有较好的产气条件和前景.并通过敏感性分析得出,杨氏模量越大,基质收缩效果越显著,含气饱和度越高,越有利于改善煤储层渗透率.并据此提出2条建议：① 在进行煤层气区块优选时,应加入“动态渗透率”这个关键参数,这样可能会发现“先天”条件差而开发中后期物性易得到改善、开发潜力较大的区块;② 以渗透率动态变化特征为依据,不断调整和优化排水降压幅度和节奏.     

利用NMRI技术测定煤储层渗透率

将先进的无损检测技术NMRI(nuclear magnetic resonance imaging)引入测定煤储层渗透率研究，阐述了利用NMRI成像技术测定煤储层渗透率机理，利用毛管渗流定律和BT弛豫理论给出了煤储层核磁渗透率的计算公式，指出T2分布谱与宏观的煤储层渗透率和微观的煤孔隙结构均具有较好的对应关系，建立了核磁参数与煤储层渗透率间的关系表达式．以不同地域煤矿为例(阜新五龙矿、孙家湾矿，北京大台井，鸡西滴道矿)，选取5个煤样试件．利用Bracket47/40型核磁共振成像仪分别在TX，CZ和SZ剖面得到了水分布状态云图，分析了不同煤储层孔隙一裂隙结构特点及分布规律，并据此计算了煤储层渗透率．核磁实验结果表明，鸡西滴道矿煤层渗透率最大为9．36％，大台井煤层渗透率最小为2．34％．     

煤储层渗透性研究现状及展望

煤储层渗透率是控制煤层气开采的主要储层参数之一,对研究煤层气的产出及运移规律有着重要意义,总结其影响因素对于有效预测煤储层渗透率、寻找有利勘探区块具有重要的实际价值。在系统整理国内外有关研究资料的基础上,对储层物理模型、煤层气渗流模型、煤储层渗透性影响因素等方面的研究进展进行了梳理总结。对今后的煤储层渗透性研究工作提出了作者的一些看法。     

构造曲率对煤储层渗透率的控制关系

基于沁水盆地丰富的试井渗透率资料,结合研究区的构造地质背景,对煤储层渗透率和构造曲率之间的关系展开了探讨.研究结果表明:试井渗透率大于0.5md对应的构造曲率介于(0.05～0.2)×10-4/m之间,对于煤层气开采的有利区而言,构造主曲率以中等为好,过低或过高都不利于煤储层渗透率的提高.     

求取煤储层渗透率的试井方法比较

煤储层渗透率可以通过不同的方法获得，而用试井方法求取煤储层渗透率是目前国内外广泛应用于煤层气勘探过程中行之有效的方法。本文详细地介绍了目前煤层气勘探阶段所采用的4种试井方法以及这些方法的设计、工艺和施工程序，并指出了这些方法的适用范围和优、缺点。     

PEEK材料在LNMR法测煤储层渗透率中的应用

煤储层渗透率的研究一直是煤层气等相关领域研究的热点,低场核磁共振技术(LNMR)又是研究煤储层较新的方法,由于LNMR法测煤储层渗透率对制作岩心加持器材料的要求较高,为了满足此法对仪器的要求,通过实验室现有的2种PEEK材料,分3种情况进行测试,对比分析得出,黑色材料无论和纯水一起测量还是加热后测量,信号波动都较小,是比较理想的选择。     

沁水盆地煤储层渗透性影响因素研究

渗透率是评价煤储层渗透性的重要参数,通过对沁水盆地煤储层渗透性影响因素的研究,认为渗透率取决于煤层裂隙特别是煤层割理的发育情况,同时煤级控制了煤层割理的发育,后期方解石等地下流体的充填作用对煤储层割理渗透性产生严重的负面影响,而煤岩成分、煤相、矿物质等因素对割理渗透性的作用有限;有效应力、煤层埋深与渗透率呈负指数关系;随着煤层气的开采煤基质的收缩作用增大了煤层渗透性。     

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。     

沁水盆地南部煤储层赋存环境条件及其对渗透率的影响

煤层气赋存与产出受控于煤储层地应力、压力和地温等赋存环境条件,正确分析煤储层赋存环境条件及其对渗透率的影响是煤层气有效开发所关注的关键问题。采用沁水盆地南部煤层气井63个测试资料,系统分析了研究区煤储层地应力、压力和温度条件,揭示了煤储层应力、压力和温度随埋藏深度的变化规律,建立最小水平主应力与垂直主应力和煤储层压力之间关系模型。采用三轴渗流试验系统,开展了不同应力、压力和温度条件下煤层气渗流试验研究,揭示了不同温度、应力和压力条件下煤样渗透率变化规律及其控制机理。研究结果表明,研究区煤储层最大、最小水平主应力分别为6.62～42.06和3.30～26.40 MPa,其梯度分别为1.20～5.26和0.99～2.95 MPa/hm;煤储层压力及其梯度分别为0.99～12.63 MPa和0.23～1.18 MPa/hm;煤储层温度及其梯度为19.36～38.84 ℃和1.98 ℃/hm;且煤储层应力、压力和温度均随深度的增加呈线性增大的规律。随着有效应力的增加,煤储层渗透率不断降低,在初始加压阶段,渗透率下降幅度较大,随着有效应力的增加,下降幅度变缓。在相同的应力条件下,温度的增加使得煤样渗透率不断降低,渗透率的下降速率随温度的升高而减小。随着有效应力和温度的增加,煤储层渗透率按负指数函数规律降低。随着孔隙压力的降低,有效应力增加,煤储层渗透率不断降低。在初始降压阶段,煤储层渗透率急剧下降,随着孔隙压力的降低,渗透率下降速率逐渐变缓;当孔隙压力小于0.6 MPa后,煤储层渗透率随孔隙压力的降低而升高。在高孔隙压力条件下,渗透率随温度的升高呈负指数函数降低,在低孔隙压力条件下,煤储层渗透率随温度的升高呈线性降低。在此基础上,建立了煤储层渗透率与应力、压力和温度之间的关系模型,揭示了煤储层渗透率随应力、压力和温度应力的增加按负指数函数降低的规律和控制机理。     

用试井方法获取煤储层的渗透率

用试井方法获取储层的渗透率，是目前国内外广泛应用于油气及煤层气勘探评价中的有效方法。本文介绍了表皮效应、井筒储集效应、无限作用径向流、储层的边界响应、调查半径和多孔行为等几个有关试井的基本概念，阐述了试井分析模型的建立条件，利用实例说明了根据储层模型响应及实测的储层响应进行参数分析的原理及步骤。     

基于X-ray μCT扫描的煤孔隙瓦斯微观渗流各向异性特征研究

煤微观孔隙空间结构如同煤体的DNA,对煤层瓦斯的赋存状态和渗流特性起决定性作用。为了从微观角度揭示瓦斯渗流的各向异性特征,以鄂尔多斯盆地低阶煤为研究对象,通过X-ray μCT扫描重建煤孔隙微观空间结构模型,对煤微观孔隙表征单元(REV)内瓦斯渗流进行数值模拟,研究单向和多向瓦斯微观渗流的各向异性特征。研究结果表明：低变质程度煤微观孔隙中,孔隙压力只在某一个方向或某一段渗流长度内发生波动;单向瓦斯渗流过程中,羊场湾褐煤z方向渗透率最高,其值为0.64×10^-3 μm²,而斜沟气煤y方向渗透率最高,其值为0.23×10^-3 μm²;多向瓦斯渗流过程中,羊场湾褐煤+y、+x、-y方向为优势渗流方向,流量占比分别为41.89%、44.22%、38.43%,而斜沟气煤-y、+x方向为优势渗流方向,流量占比分别为51.67%、66.66%、41.56%。     

含水率对含瓦斯煤的渗流特性影响试验研究

利用自主研发的三轴煤岩瓦斯渗流试验系统,测定煤样在含水率、围压和瓦斯压力的不同组合情况下的渗流量,得到含水率与含瓦斯煤渗透特性之间的关系表达式,揭示了受水分影响的含瓦斯煤渗透特性的一些新的认识：① 不同含水率煤样,固定瓦斯压力条件下,含瓦斯煤渗透率随围压的增大而减小,且呈指数函数关系;② 不同含水率条件下的含瓦斯煤,随着瓦斯压力的增大,含瓦斯煤渗透率的先减小后增大,呈现出“V”字型变化趋势,具有明显的Klinkenberg效应;③ 瓦斯压力对含瓦斯煤渗透性的影响大于围压的影响;④ 恒定温度环境条件下,含水率对含瓦斯煤的渗透性有很明显的影响,随着煤样中含水率的增加,含瓦斯煤的渗透率逐渐减小,整体呈负指数关系。     

基于非达西渗流的采空区自然发火数值模拟

为了研究非达西渗流下的采空区自然发火情况,对4种不同平均粒度的破碎岩样分别进行了稳态渗流实验,再对得到的数据按非达西方程处理,然后进行二元拟合得到非达西渗透系数K与孔隙率n和粒度d的关系式以及非达西流因子β与n和d的关系式。依据流体动力相似准则的雷诺准则将这些关系式推广应用到实际采空区,结合采空区动态移动的特点,建立了移动坐标下的采空区漏风流场、氧浓度场和温度场相耦合的自然发火数学模型,利用有限体积法编制了数值解算程序。以河东矿31005工作面的采空区为例,解算得到了不同推进速度下的氧浓度场和垮落煤岩温度场的分布情况,比较分析后得出加快推进速度能显著降低该采空区自然发火危险。     

CO2致裂钻孔瓦斯径向non-Darcy渗流影响因素研究

CO₂致裂作为提升低透煤层瓦斯抽采效率的关键技术手段,其核心机制在于通过将高压CO₂注入煤层,诱导煤体内部产生裂隙网络,从而大幅度提升煤层的透气性。CO₂致裂技术实施后,致裂孔孔周煤体内形成了大量的宏观扩展裂隙,形成特殊的“环状”孔/裂隙结构,这些孔/裂隙网络构成了孔周瓦斯流动的主要通道。为了深入研究此类“环状”孔/裂隙结构煤体的瓦斯渗流特性,设计构建了LFTD1812−3型瓦斯径向渗流试验系统,以不同粒径组合的“环状”煤样为研究对象,开展了系列瓦斯渗流试验。试验结果表明：① 初始阶段,孔周煤体渗透率随着瓦斯压力的增加有所下降,随后逐渐趋于稳定,在此过程中,破碎区的渗透率普遍高于裂隙区,且随着煤体破坏程度的加深,煤体内流体流动通道持续增多和改善,进一步验证了CO₂致裂技术的有效性。② 非达西流因子β与煤体渗透率存在显著的关联性,随着β的增大,渗透率降低,这与非达西流因子β与煤体孔隙/裂隙结构复杂性的正相关关系一致。原因在于,孔隙度变化较小的情况下(φ≤0.01),由较小粒径(d≤0.4 mm)煤颗粒组成的煤样,其非Darcy流因子从1.28×10⁵最终减小到1.4×10⁴;而由较大粒径(0.6≤d≤1.0 mm)煤颗粒组成的煤样,非Darcy流因子从2.6×10⁴最终减小到7.5×10³,表明由较小粒径煤颗粒所组成试样的非Darcy流现象更为显著。③ 试样粒径的组合方式对其渗透率具有显著影响,粒径越大导致其孔隙空间越大,组合试样渗透率越大。在“环状”组合试样中,当外环粒径保持不变而内环粒径增大时,渗透率呈上升趋势。由较小粒径(0～0.2 mm)煤颗粒组成的外环与由较大粒径(0.4～0.6 mm)煤颗粒组成的外环相比,后者的渗透率显著大于前者,且增长趋势更为显著。④ 随着有效应力的增加,钻孔周围煤体的渗透率呈现下降趋势,且遵循负指数规律,这种关系可以表示为$k = {a_1}{sigma ^{ - {b_1}}} $,对于钻孔破碎区,随着有效应力的增大,渗透率的下降趋势相对缓和。此外,有效应力的变化同时会影响到煤体内部的应力平衡状态,进而促使孔周煤体裂隙扩展,煤层透气性将得到进一步提升。基于以上结论,在CO₂致裂技术实施过程中,可依据致裂钻孔孔周煤体的瓦斯渗流特征参数,精准确定钻孔的致裂半径,并据此为CO₂致裂钻孔间距的合理布置提供理论指导,进而实现低透煤层瓦斯的高效抽采。     

浅析煤灰熔融性测定的影响因素

分析了影响煤灰熔融性测定结果的多种影响因素,提出了提高测定结果的准确性应注意的事项。     

松散煤体导热系数影响因素分析

导热系数是研究煤自燃中的一个重要基础参数,能够获得比较准确的导热系数,对煤炭自燃火源定位等的研究将有很大的帮助.松散煤体为松散多孔介质,对于松散多孔介质,导热系数的影响因素很多,除了煤体本身的性质以外,还受环境因素和传热方式等的影响,本文在实验的基础上,系统分析了松散煤体导热系数的影响因素.     

不同温度-围压-气体压力下煤体蠕变-渗流演化规律

为实现深部煤层气的高效开采,通过研究不同温度、围压和气体压力下煤体蠕变变形和渗透率演化规律,得到多因素作用下煤体蠕变-渗流耦合关系;采用自行设计的岩石三轴蠕变-渗流装置,对焦煤进行多因素变量下的压缩蠕变-渗流试验。结果表明：温度与煤样的蠕变呈正相关性,随温度的增加焦煤煤样径向和轴向应变变化速率增大且高温（110 ℃）下这种变化会一直持续直至煤样破裂;围压强度3 MPa与4 MPa的焦煤煤样在温度30、70、110 ℃下其气体渗透率降低率最大和最小差值分别为7.8%、5.2%、6.5%和4.2%、2.1%、1.9%;焦煤煤样的渗透率最大降低率随着温度水平升高而增大,试验温度110、70、30 ℃下的焦煤煤样的气体渗透率最大降低率均值依次为91%、84.6%、73.25%。     

铁法长焰煤储层煤层气三级渗流数值模拟

基于煤矿井下宏观裂隙观察、显微裂隙电镜测量、孔隙压汞实验,构建了铁法盆地大兴煤矿7号煤层的三元孔、裂隙结构系统;分析了长焰煤储层宏观裂隙、显微裂隙和煤基质块（孔隙）三级压力降和三级渗流/扩散特征,建立了煤层气三级渗流/扩散场物理模型;通过等温吸附、渗透率和扩散系数实验,数值模拟了铁法盆地DT3井上煤组在排水降压开发煤层气的第3阶段的三级渗流/扩散能力分别为2 126,2 951,149 398 m³/d,指出长焰煤储层煤层气产能受制于宏观裂隙渗流场.     

煤矸石山斜坡面矸石散体的空气渗流特性研究

煤矸石山斜坡面矸石散体的颗粒偏析现象对其渗透特性有重要影响。为了研究斜坡面的空气渗流特性,基于自主设计的室内渗透率测定装置,结合散体岩土力学理论、通风理论及FLUENT数值模拟,研究了煤矸石山斜坡面不同高度不同深度处矸石散体孔隙率与渗透率的整体分布规律及空气渗流和温度分布特征,并通过现场实测进行验证。结果表明：在研究预设条件下,矸石山斜坡面浅部的孔隙率和渗透率分布特征受到颗粒偏析现象的显著影响,随着高度与深度增大,呈现出非线性负指数衰减规律;随着斜坡面矸石散体的粒径增大,其孔隙率也呈增大趋势,并且其增速逐渐放缓;矸石山顶部覆盖黄土层,导致渗流速度缓慢,氧气质量浓度较低,不利于氧化放热反应的进行,底部孔隙率较大风速过快,积热条件不佳,因此高温区域位于矸石山中上部距坡面2～3 m处,最高可达780 K;风速场在热风压与外界风压的共同影响下,最高风速位于中上部近坡面处,可达0.06 m/s。此外,沿矸石山X方向和Z方向深入,渗流速度与氧气浓度下降速率逐渐减小;整体而言,矸石山斜坡面孔隙率的分布是影响矸石山内部空气渗流特性的一个极为重要的因素。通过对矸石山风速氧气以及温度场的研究,将矸石山大致划分为表层冷却区、聚热易燃区以及内部低温区。研究成果可为我国干燥多风的中西部矿区煤矸石山自燃火区的准确预测和判定提供基础参考。     

基于ISM的建筑工人安全意识影响因素

矿长安全意识对煤矿安全生产有着重要的影响。为了解矿长安全意识的影响因素及其影响路径,强化矿长安全意识管理,采用文献查阅、问卷调查确定矿长安全意识的影响因素,通过专家访谈确定矿长安全意识影响因素的关系,运用解释结构模型法构建矿长安全意识影响因素解释结构模型并分析了模型的层次和影响路径。研究结果表明：矿长安全意识影响因素包括个体因素、社会因素、组织管理因素3个方面的13个因素,矿长安全意识影响因素有4个层次4种影响路径,影响路径有管理影响型路径、环境影响型路径、心理影响型路径、认知影响型路径。