单相水流阶段煤储层动水孔隙度变化规律

查明煤层气井排采过程中动水孔隙度的变化规律能为产水量准确预测、排采工作制度合理制定提供依据。借助复变函数理论和弹塑性力学理论,构建了原始状态不同裂隙展布下储层应力分布的数理模型;结合损伤理论、有效应力原理以及结构变形理论,构建了排采过程中应力与结构的损伤动态演化模型;基于水运移平衡条件以及储层孔裂隙展布规律,耦合应力、结构变形损伤作用,构建了单相水流阶段动水孔隙度的数理模型。以沁水盆地樊庄区块为例,计算得出:当裂隙宽度为0.1μm左右时,裂隙周围应力、结构损伤加剧,相关研究佐证了这一结论。随着排采的进行,储层压力的降低,动水孔隙度呈指数形式减小并最终趋于稳定。随孔隙度的增大呈线性增大;随尺寸较小的裂隙比例增大呈线性降低。     

基于损伤力学的煤储层有效应力数学模型

为了准确确定不同煤储层属性在不同围岩应力条件下煤基质部分所受的应力,充分考虑煤储层内部固、液、气三相与孔隙结构耦合作用,构建煤基质所受应力数学模型。考虑煤储层内部物质组成,以球形孔隙结构为基础构建了煤储层几何概念模型,结合弹塑性力学理论得出有效应力系数数学模型;引入损伤力学理论,充分考虑煤岩总应力、孔隙应力损伤演化过程,构建了煤储层基质有效应力数学模型。以樊庄区块煤原始储层参数为例,得出研究区不同储层物性参数对有效应力的影响:有效应力受孔隙度、含气饱和度影响较大,其他条件相同时,随着孔隙度的增加或含气饱和度的增加,煤基质所受应力均呈指数形式减小;受孔隙度影响更为剧烈,与含气饱和度的曲线关系更为明显;孔径分布不同,所受应力也不同,孔隙度相同情况下,随大孔比例增加呈对数形式增加;随含水饱和度增大有效应力呈线性减小。     

气水两相流阶段煤基质收缩量预测方法

为了尽量避免实验室对煤中甲烷气体解吸时煤基质收缩量测试结果的局限性,综合考虑煤层气井排采时气、水两相流阶段煤储层中气、水产出时引起的煤基质压缩变形与解吸收缩,构建具有一定普适性的力学预测模型显得很有必要。基于有效应力、损伤等力学理论,结合煤储层孔隙结构特征,构建了有效应力压缩煤基质的压缩效应模型;根据吉布斯公式、Bangham理论和Langmuir方程,构建了气体解吸引起的煤基质收缩解吸效应模型;基于表面自由能和煤基质弹性能等能量理论、断裂力学理论,建立了压缩效应与解吸效应相互影响下煤基质收缩数理模型。以沁水盆地樊庄区块为实例对气、水两相流阶段的煤基质收缩量进行了计算。结果表明:对基质收缩量的贡献方面,压缩、解吸效应及2者相互影响的4种效应贡献能力处于同一数量级。其中解吸效应影响最大,解吸效应的收缩量计算结果与其他学者实验室的测试结果基本相符。所建煤基质收缩量数学模型能对不同储层地质条件下气、水两相流阶段煤基质收缩量做出较准确的预测。     

气、水两相流阶段煤基质收缩变化规律研究

查明煤层气井产气后煤基质收缩变化规律是进行此阶段渗透率变化研究的基础。基于排采过程中表面自由能、有效应力系数、弹性模量的改变对煤基质变形的重要影响,根据表面物理化学、损伤断裂理论分别对表面自由能增量数理模型、有效应力系数数理模型与弹性模量数理模型进行了构建;并基于弹塑性力学对三者的影响进行了叠加,结合樊庄区块地质与压裂排采资料,对气、水两相流阶段煤基质收缩变化规律进行了研究。结果表明:气、水两相流过程中综合表面自由能、有效应力系数与弹性模量影响下的煤基质收缩变形呈近对数形式持续逐步增加。其中表面自由能、有效应力系数对基质收缩变形的影响较大,弹性模量影响较小。排采时在气、水两相流阶段应注意后续气、水补给的连续性。     

晋城矿区煤层气井连续多次压裂裂缝展布特征

以0.5m为间隔,对晋城矿区煤储层段宏观煤岩类型、煤岩裂隙参数进行精细描述,结合水力压裂时形成新缝的临界夹角数理模型,计算得出煤层段裂隙面与最大主应力方向的夹角;根据水力压裂技术工艺特点,分析得出一次压裂后煤层段横、纵剖面上存在未改造区、改造未有效支撑区等;根据损伤力学理论,结合一次压裂后裂缝展布特征,得出一次压裂后不同方向上的应力释放量;在此基础上,分析得出二次压裂后裂缝分布特征.结果表明:裂缝既可在原有基础上进一步拓展,使有效支撑区增加,同时又会营造出新的裂缝,部分裂缝发生转向.晋城矿区马必区块一次压裂和二次压裂井实测产气量对比结果表明:连续多次压裂技术对裂隙改造效果显著.     

煤层气直井排采过程中渗透率变化规律研究

基于煤层气储层地质参数的差异对排采过程中煤储层内部应力状态、力学结构性质、能量系统变化的影响,采用孔隙结构、弹塑性、损伤力学,能量平衡转化理论等方法,构建了排采过程渗透率变化的数理模型.提出了"回升系数"的概念,量化了不同条件下渗透率变化规律的差异.结果表明:排采过程中渗透率总体呈现"先降低后增大"的趋势,储层参数不同,渗透率降低幅度和回升能力存在较大差异,埋深越浅,渗透率回升至初值所需的弹性模量越小.当埋深在400m以浅,煤体弹性模量只需4~5GPa渗透率即可回升至初值,当埋深增至600m时,弹性模量需达到7~8GPa渗透率才能回升至初值,当埋深超过800m时,煤体弹性模量在8GPa内渗透率基本不能回升至初值.排采过程渗透率变化的临界地质参数值的确定,为现场的工程实施或渗透率理论研究提供了理论依据.     

GA-BP神经网络对片烟结构的预测研究

针对烟叶复烤厂打叶过程中片烟结构难以预测的问题,文中提出了一种基于MATLAB图像处理的GA-BP神经网络预测模型。对于烟叶分类问题,基于获取的烟叶图片,利用MATLAB软件对图片做预处理,提取衡量片烟结构的主要特征变量,并利用行业标准与聚类分析算法对数据进行分类。通过统计学的标准数学方法,构建了遗传算法优化的BP神经网络预测模型对主要影响参数进行预测优化。研究结果表明,文中所提方法预测精度较高,预测极差均小于0.059,可有效解决打叶过程中片烟的预测问题。     

中原城市群水资源生态足迹变化及驱动研究

基于水资源压力指数,结合扩展的Kaya恒等式、LMDI分解模型,划分了中原城市群的类型,分析了水资源生态足迹的驱动效应。结果表明:①依据水资源压力指数平均值,濮阳等3个城市属于不可持续发展区,聊城等6个城市属于可持续发展较差区,菏泽等3个城市属于可持续发展一般区,商丘等11个城市属于可持续发展良好区,亳州等6个城市属于可持续发展优异区;②在中原城市群的水资源生态足迹驱动效应中,经济活度效应、资本深化效应呈正向驱动,是水资源问题的诱发因素,而资本效率效应、足迹强度效应呈负向驱动,能够有效缓解水资源问题;③经济发展水平较高、经济规模较大的城市,较多的劳动力、资本投入的剧增都能造成水资源问题,资本利用效率较高、用水效率较高的城市,有效缓解水资源问题的能力相对较强。     

河南省水资源效率综合测度及时空分异EI北大核心CSCD

基于DEA模型评价河南省水资源绿色效率、环境效率和经济效率,运用ArcGIS软件分析水资源效率的时空特征,依托GeoDa软件进行相关性分析。结果表明:河南省不同类型水资源效率变化趋势不同,其中水资源经济效率呈现下降趋势,水资源环境效率和绿色效率呈现波动上升趋势;河南省18市水资源效率差距变化趋势不同,其中水资源经济效率差距呈缩小趋势,水资源环境效率和绿色效率差距呈增大趋势,且水资源经济效率明显高于水资源环境效率和绿色效率;河南省水资源经济效率高和中高等级城市、低和中低等级城市各占50%,而水资源环境效率和绿色效率高和中高等级城市、低和中低等级城市则分别占55.6%和44.4%;河南省水资源效率相似的地区存在空间集聚效应,其中水资源经济效率全局空间自相关性呈增强趋势,水资源环境效率和绿色效率全局空间自相关性则呈减弱趋势;河南省水资源经济效率、环境效率和绿色效率低-低集聚地区均为安阳市,经济效率高-高集聚地区为平顶山、许昌、漯河和周口等4市,环境效率高-高集聚地区为平顶山和许昌市,绿色效率高-高集聚地区则为洛阳和许昌市,低-高与高-低集聚地区数都为0。     

单相水流阶段煤层气井裂隙水运移的临界裂隙尺寸数学模型

查明煤层气井排采的单相水流阶段裂隙水运移的裂隙临界尺寸大小,能为煤层气井的压力传播研究提供理论依据。根据煤储层孔裂隙结构特征,构建了煤储层地质概念模型;基于弹塑性力学理论,构建了单相水流阶段煤储层裂隙中水运移的力学平衡方程;结合有效应力原理和损伤理论分析了裂隙周围的应力分配与损伤演化,建立了一种适用于不同储层条件的单相流阶段水运移的煤储层裂隙临界尺寸的数学模型。晋城寺河矿煤储层条件下的计算结果表明:原始状态下煤储层水运移的临界尺寸为0.1μm,所得结果与其他学者实验室测试结果基本相符。同时还得出:随着排采过程中水的产出,水运移的煤储层裂隙的临界尺寸有增大的趋势,但变化幅度较小,仍在0.1μm左右。所建模型能较准确预测不同条件下煤储层单相水流阶段水运移的煤储层裂隙临界尺寸及排采过程中临界尺寸的变化规律。