重复注气压降法煤层渗透率模型与原位测试研究

煤层渗透率作为衡量瓦斯渗流与抽采难易程度的重要指标,对其进行准确测定具有重要意义。针对现有方法计算渗透率测试周期长、结果不稳定、模型不完善等问题,研究煤层渗透率的快速准确测定方法及相应的计算模型。基于煤层中气体径向不稳定流控制方程,结合不同压差下气体在煤层中的体积流量方程,建立可利用全区间压降数据测定煤层渗透率的注气压降计算模型。应用COMSOL数值模拟软件的达西渗流模块对模型进行求解,针对现场工程设计中可对压降曲线产生影响的测压气室长度进行单变量处理,根据模拟结果分析钻孔的测压气室长度可设计为2.0 m。根据数值模拟结果进行现场布置,搭建井下重复注气压降试验系统,结合煤层瓦斯赋存条件和巷道条件施工两组穿层钻孔,对2个测点分别注入两次高于煤层瓦斯压力的补偿气体进行渗透率原位测试,测试周期分别约为6 d和17 d,第2轮测试的注气压力高于第1轮。结合理论推导验证了注气压降过程中煤层瓦斯的雷诺数均处于线性达西渗流段,瓦斯在煤层中的渗流符合达西定律,满足计算模型的假设。与传统煤层渗透率计算方法进行了比较,结果表明:本方法和径向流量法的计算结果基本一致,可以满足实际工程需要。重复注气压降法的测试结果稳定可靠,具备快速测定的优点。

清洁压裂液与水对煤层渗透率影响对比试验研究

针对煤矿井下采用不同压裂液增加煤层透气性的工程问题,开展了多组有效应力作用下烘干、含水与含清洁压裂液3种煤样的渗透率对比试验,并利用多孔介质和流体力学理论分析了压裂液影响煤层渗透率的机理。研究结果表明:饱和清洁压裂液煤样渗透率比饱和水煤样渗透率平均高出177.83%,随着有效应力增加,煤样渗透率均呈指数关系降低;压裂液对煤层渗透率的影响受表面张力影响,表面张力大,液体会在煤体内占据更多瓦斯运移通道,从而降低煤层透气性,与清水相比,清洁压裂液有效降低了煤体内部孔隙表面液体张力,增大了瓦斯运移通道,提高了煤层渗透率,有利于煤层气的抽采。

煤层渗透率各向异性对钻孔瓦斯抽采的影响

为揭示渗透率各向异性对钻孔瓦斯抽采的影响,假设煤层是一种孔隙-裂隙结构的弹性连续介质,构建各向异性渗透率方程;基于多物理场耦合理论,建立考虑气-水两相流的煤层流固耦合模型,结合试验测得的煤层不同方向上的渗透率,模拟确定煤层瓦斯抽采的合理钻孔间距和钻孔布置方向。结果表明:由于渗透率各向异性,在钻孔附近形成椭圆形的压降区域,该区域向煤层边界扩展,逐渐变为鼓形;在模拟工况下,抽采120天内达标的合理钻孔间距应为2.346~2.598 m;钻孔与最大渗透率方向的夹角越大,瓦斯抽采量越大,钻孔布置方向与煤层最大渗透率方向应保持较大夹角。

煤层渗透率统计预测方法

以沁水盆地和鄂尔多斯盆地为例,本文运用线性回归分析方法,建立了煤储层试井渗透率和埋深之间的回归方程。相关系数检验结果表明,该回归方程具有显著性。运用此回归方程便可确定未勘探区煤储层试井渗透率的变化范围。根据历史拟合的煤层渗透率与试井测试的煤层渗透率之间的比较关系,针对具体煤层气田(藏)确定出一个合理的比例关系,再乘以由回归方程得出的试井渗透率预测值,从而可确定出较为真实的煤层渗透率值,供煤层气可采资源量计算使用。

掘进工作面煤层渗透率变化对瓦斯涌出量的影响分析

利用有限差分法对掘进工作面巷道周围瓦斯压力梯度的分布进行了数值模拟,通过考察和对比在渗透率恒定不变和考虑巷道周围一定范围内围岩应力发生变化而引起渗透率变化时煤层巷道瓦斯涌出量的变化和分布,得出结论:在煤壁暴露初期,由于工作面掘进引起渗透率的变化对巷道瓦斯涌出量影响较大,随着暴露时间增长影响越来越小。但是由于瓦斯涌出量的大小与煤壁处渗透率成正比,所以在计算掘进巷道瓦斯涌出量时,必须考虑渗透率为变量对瓦斯涌出量大小的影响。

鸡西盆地梨树镇坳陷煤层渗透率展布特征

应用JHCF智能岩心流动测试仪,对鸡西盆地梨树镇坳陷的煤层,分别进行了恒定温度不同有效应力、以及恒定有效应力不同温度的渗透率敏感性试验,通过对试验所得数据整理分析,获得了煤层渗透率随温度和有效应力的变化规律,煤层渗透率随有效应力的增大呈指数式下降,而随温度的变化不明显,因此建立了煤层渗透率与地应力场和温度场关系的数学物理方程。利用数值分析方法,基于前人关于梨树镇坳陷的地质构造及应力场演化的研究,构建了区域煤层气储层的三维地质模型,计算了区域地应力场和温度场,结合煤层渗透率与地应力场、地温场关系数学物理方程,反演了区域渗透率的展布特征,为鸡西煤层气有利区选择提供了指导。

新景矿3号煤层渗透率对有效应力敏感性实验分析

利用KDZS-Ⅱ型煤体瓦斯瞬时解吸及渗流特性测试仪在0.31、0.61 MPa气体压力条件下,开展了新景矿3号煤层渗透率对有效应力敏感性实验分析。结果表明:新景矿3号煤层渗透率对有效应力具有极强的敏感性,煤层渗透率随有效应力增加而降低,二者之间具有良好的负指数幂函数关系;相同气体压力和有效应力下各煤样试件的渗透率变化不同且分异现象显著;煤样试件的渗透率大小与孔隙度、裂隙方向密切相关,煤样试件裂隙方向平行于轴线方向、孔隙度大时,煤样试件的渗透率相对较大;煤样试件的裂隙方向垂直于轴线方向、孔隙度较小时,煤样试件的渗透率相对较小。

煤层渗透率预测瓦斯流量可行性研究

由现场测定矿井瓦斯含量,根据煤样结构盒维数计算得到煤层渗透率,然后转化为区域煤层透气性系数经现场实测瓦斯流量曲线和数值模拟预测的钻孔瓦斯流量曲线分析,在走向趋势和数量级上没有差别,并且同时符合钻孔瓦斯流量衰减的规律,即呈指数衰减,说明预测渗透率反映了煤层钻孔瓦斯流动的真实情况。

循环微波改性对无烟煤渗透率的影响

微波增透是提高煤层气抽采效率的潜在可行性储层改造技术之一。采用微波炉对沁水盆地晋城地区15号无烟煤样进行3次循环微波改性实验,通过自主研发的固气耦合渗流平台测试了自然煤样及每次改性后煤样的气体渗透率;经显微CT扫描及图像处理技术表征煤样的孔隙属性,并基于分形理论探讨了改性前后煤样孔裂隙网络的复杂程度。研究结果表明:无烟煤样气体渗透率循环次数增加而增大,3次循环后增加了8.8倍,微波辐射引起无烟煤孔裂隙的扩展和连通是气体渗透率增大的根本原因;3次循环后煤样总孔隙率由3.48%增大至6.19%,其中,连通孔裂隙占比由27.0%升高至77.4%,而孤立孔占比由73.0%降低至22.6%;连通孔裂隙的孔数量、孔体积、孔表面积和喉道数量、喉道表面积及孔喉配位数随循环次数的增加而增大,而最大喉道长度有所减小,证实了微波改性对孔隙的“扩展、连通”作用;煤样3处典型截面孔裂隙二维分形维数都随循环次数增加而增大,3次循环后分别由1.25、1.16、1.09增大至1.46、1.54、1.37;循环微波改性会使煤样内孔裂隙网络(气体渗流通道)发育得更为复杂。

改进煤层压后压降的渗透率计算方法

压后压降测试分析是目前获取煤层渗透率的有效方法。通过对压裂停泵后压降测试数据进行分析,在Nolte经典模型基础上,结合裂缝闭合后压力分析的线性流和径向流数学模型,运用Horner法产量等效原则及Duhamel叠加原理,创建了储层渗透率的计算方法。并利用逐步最小二乘法,实现井底压力的自动拟合,提高了储层渗透率的求取准确性和效率。新疆煤层气井的实例计算说明了该方法的准确性和可靠性,并证实了XX区块渗透率较高、物性较好,具有较大的开发价值。

焦作煤田煤层渗透率控制因素及预测

结合焦作煤田煤层渗透率的现场测试结果和实验室测试结果,分析了煤体结构、煤层裂隙、构造作用、煤化程度、煤岩组分和煤层埋深6个控制因素对煤层渗透率的影响,预测了焦作煤田的煤层渗透性。

钻孔瓦斯流量法确定煤层渗透率和瓦斯压力的试验研究

针对煤矿生产实践中存在测定煤层渗透率和瓦斯压力难度大、准确率低的问题,依据煤层瓦斯径向流动原理,构建了用于确定煤层渗透率和瓦斯压力的理论和方法,并在五阳煤矿进行了不同钻孔直径和不同流量监测时间段的实测对比。结果表明:钻孔直径对煤层渗透率和瓦斯压力的计算值影响较小;瓦斯流量监测时间段对煤层渗透率和瓦斯压力的计算值影响较为显著,进行q-1-lnt图线性回归分析,为减少误差应选用钻孔施工5d后的流量数据;计算值与实测值相比误差较小,能够满足矿井瓦斯灾害预测和防治中对瓦斯基础参数的测定要求。

柿庄地区15号煤层低渗透率影响因素分析

为了探讨沁水盆地南部柿庄地区15号煤层低渗透率的原因,以柿庄地区15号与3号煤层2层主采煤层的钻井和煤矿样品为研究对象,采用低温液氮、压汞测试、扫描电镜、显微镜观察、X射线衍射、全硫及形态硫分析等方法,并结合对钻井数据的分析,对控制15号煤渗透率的孔隙结构特征、孔隙-裂隙发育特征和煤中矿物发育特征等煤体因素和沉积环境、埋深等煤层赋存条件进行了对比研究。结果表明:15号煤层具有孔隙结构较差、裂隙-孔隙充填严重、煤中矿物较发育、灰分高,垂直应力较大等特征,以上特征是导致15号煤层渗透率较低的主要原因。

深部低渗透率煤层瓦斯抽采气固耦合机理研究

为揭示瓦斯在深部煤层抽采时的渗流机理,基于深部煤层低渗透率、高地应力、高瓦斯压力特征,结合瓦斯运移的Klinkenberg效应,建立了考虑煤体基质、裂隙双重孔隙介质的瓦斯抽采气固耦合模型,并针对具体地质情况进行了耦合模型的数值模拟研究。结果表明:煤层瓦斯压力随抽采时间增长呈下降趋势,钻孔周围出现瓦斯压降漏斗现象,距钻孔越近瓦斯压力下降越明显。深部低渗透煤层瓦斯抽采过程中,煤层体积变形、瓦斯解吸共同影响煤层渗透率变化,瓦斯抽采使煤层瓦斯压力逐渐降低,煤体发生收缩变形导致渗透率增大,同时煤层有效应力增大,煤层中裂隙、基质受压变形,又会导致渗透率逐渐减小。

一种井下煤层渗透率直接测定仪

研发了一种井下煤层渗透率直接测定仪器,可实现煤层渗透率的井下直接测定;仪器及配套器材主要包括封孔装置及导气管路、充气装置、煤层渗透率测定仪及导流管组件等。通过重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室对该装置进行了校准鉴定,并利用该装置对煤层渗透率进行现场测定,测试结果表明:该装置能够实现井下现场直接测定煤层渗透率,避免了因取样的偶然性和样芯制作过程中的破坏造成的实验室测量结果失真,测试结果具有准确性和客观性。

极小转弯半径钻井在低渗透率煤层瓦斯抽放中的试验研究

针对在瓦斯渗透率低的煤层中现有的瓦斯抽放方式效率很低的问题,澳大利亚的Grasstree煤矿进行了极小转弯半径钻井系统现场试验.试验采用地面瓦斯抽放方法的极小转弯半径钻井系统能够沿着常规中心竖井在不同埋深的煤层中呈辐射状以极小转弯半径钻进多条深长水平孔,钻进水平瓦斯抽放孔总长1300m,其中最长的182m.试验结果表明,约抽放出900000m3瓦斯,将煤层中瓦斯含量从7.8m3/t减少至3.7m3/t.Grasstree煤矿试验证明极小转弯半径钻井系统在地下煤层瓦斯抽放、减小煤矿瓦斯灾害方面具有很好的应用前景.

瓦斯抽采降压过程中温度对煤变形及渗透率的影响

以重庆松藻煤矿K2煤层为研究对象,利用自行研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置,进行了不同温度条件下含瓦斯煤在气体压力降低过程中的渗流试验,分析了抽采降压过程中温度对含瓦斯煤变形及渗透率的影响。结果表明:在气体压力降低过程中,轴向应变随温度升高先略有减小后逐渐增大,径向应变随温度升高逐渐往负值方向发展;各温度条件下,含瓦斯煤渗透率随气体压力降低均呈现先减小后增大的趋势;在抽采降压过程中,煤样渗透率随温度的变化与应变随温度的变化具有对应关系。

不同坚固性系数f值煤渗透率分布特征及其井下水力压裂适用性分析

针对煤层水力压裂存在的盲目性和效果不确定性等焦点问题,首先以潞安矿区夏店煤矿为例,通过渗透性实验研究了煤坚固性系数f值,煤体结构和渗透率之间的关系,构建了基于坚固性系数的煤层水力压裂渗透率预测模型;然后在分析煤层水力压裂增透机理的基础上,研究了不同煤坚固性系数煤层水力压裂的适用性。结果表明:煤体渗透率与坚固性系数f值的关系近似呈正态分布,存在某一确定的f_c值使煤渗透率最大;煤层水力压裂的适用性与其坚固性系数大小有关,当压裂前煤f值小于f_c值时,水力压裂增透作用效果有限;当压裂前煤f值大于f_c值时,压裂后煤渗透率增加较多,增透效果较好,适用于井下水力压裂技术的实施。工程应用结果与理论分析结果一致。

煤层气储集层渗透性的分形理论和实验室研究

煤层气储层的渗透性是煤层气开发的关键。利用分形理论和实验室测试的方法 ,对阜新王营煤田煤层气储层即煤层的渗透性规律进行研究 ,得到的结果对于煤层气的开采提供了理论基础和科学依据。

基于底板构造曲率的煤层高渗区预测

为预测古交区块8号煤层渗透率,基于最大构造曲率预测煤层裂缝渗透率原理,采用差分法计算煤层底板最大构造曲率,通过分析最大构造曲率、煤层厚度和裂缝间距之间的关系,构建预测煤层渗透率的数值模型。预测结果表明:古交区块煤层渗透率介于0.002~0.650 mD,北部煤层渗透率最高,东部最低;采用该模型预测的煤层渗透率明显高于试验测试的孔隙渗透率,而与试井、试验测试裂缝渗透的结果较为吻合,表明采用此模型预测煤层裂缝渗透率是可行的。