顺层钻孔抽采半径确定及数值模拟

针对传统抽采半径测定方法难度大、成本高的问题,提出了一种基于钻孔瓦斯涌出衰减特征结合数值模拟验证的新方法。将钻孔的瓦斯涌出过程分为前段和后段,回归分析后段钻孔瓦斯涌出规律,比较后段钻孔瓦斯流量衰减系数及百米钻孔瓦斯极限排放量,最后结合COMSOL数值模拟软件进行验证。

柱状煤心瓦斯径向多尺度动态表观扩散模型与实验

为了提高长钻孔瓦斯含量测定的准确性,进行了φ50 mm×100 mm柱状煤心径向和1~3mm颗粒煤球向瓦斯解吸流动实验。实验结果表明:常系数扩散模型不能准确描述柱状煤心瓦斯的径向流动全过程;90 min前,实验值大于理论值;90 min后,实验值小于理论值,这种现象是由于煤体的多尺度孔隙结构引起的。进而提出了柱状煤心瓦斯径向多尺度动态表观扩散系数新模型。计算表明:新的径向动态表观扩散模型能精确描述瓦斯在柱状煤心中的表观扩散;相同时间内柱状煤的径向解吸比率远小于颗粒煤球向解吸比例,损失量较小;因而,进行长钻孔长时间测定瓦斯含量时,柱状煤心比颗粒煤更有优势。

一种基于分子扩散理论的储层迂曲度测量方法

迂曲度是描述流体在多孔介质中渗流路径弯曲程度的重要参数,也是在实际测量中较难准确测定的参数。在迂曲度实验测量方法中电导率法与分子扩散法应用最为普遍,但电导率法测量的结果存在一定的争议,分子扩散法则更适用于气田开发实际。分子扩散法测试理论认为,迂曲度体现了多孔介质结构的复杂特征,而气体自扩散系数与有效扩散系数的比值表征多孔介质对气体扩散的阻碍效应,二者存在密切联系。以国内外参考文献中测量扩散系数的压力衰减法为基础,改进其计算公式,采用饱和原油的油砂模拟砂岩储层,通过测量甲烷在原油中的扩散系数和不同孔隙度、渗透率的油砂中的有效扩散系数,分析扩散系数、有效扩散系数、孔隙度和迂曲度之间的关系,计算出油砂的迂曲度。经对比分析,发现甲烷在油砂中的有效扩散系数与油砂孔隙度、渗透率呈正相关关系;油砂迂曲度与孔隙度、渗透率呈负相关关系。

基于多频同步电磁波CT技术的煤层水力压裂范围探测试验

当前煤层水力压裂影响范围的探测方法多存在实施复杂、工程量大、成本高及准确率偏低的问题,难以满足高效指导压裂施工方案优化和质量控制的需求,且常规电磁波透视探测中单一频率数据分析可能导致探测分辨率和准确性偏低。针对上述问题,提出了一种基于多频同步电磁波层析成像(CT)技术的煤层水力压裂范围探测方法,该方法基于电磁波透视法原理,一次探测可获取多个频率的数据,从不同分辨率综合分析压裂效果,提升探测准确性和效率。以某瓦斯突出矿井的M6煤层为研究对象进行了煤层水力压裂范围探测试验,研究了0.3,0.5,1.5 MHz三种不同频率电磁波对煤层水力压裂的响应特征,分析了水力压裂的影响范围和效果。结果表明:水力压裂后,压裂区主要表现为电磁波场强高衰减特征,电磁波衰减系数明显增大,衰减系数区间变宽,水力压裂导致压裂区和非压裂区对电磁波的能量吸收差距变大,据此可对煤层压裂范围进行划分;0.3,0.5 MHz电磁波探测的异常区基本呈现片状分布,而1.5 MHz电磁波对水力压裂区的响应更灵敏,呈纵向条带状分布,衰减幅度更明显,横向分辨率较好;注水量与电磁波场强衰减系数呈现正相关变化,衰减系数随注水量增加而增大;高衰减异常区分布范围有一定的对应性,试验区压裂范围主要分布在横坐标为40~90,100~140,210~350 m段,对应于2号,3号,6号—8号钻孔周边围岩半径15~25 m,约占探测范围的65%。

基于瓦斯涌出量衰减特征的钻孔抽采影响半径测定方法

根据煤层瓦斯流动理论,运用RFPA数值软件对钻孔负压抽采及排放过程中瓦斯流动与涌出特征进行了数值研究,确定受抽放负压影响的排放孔的瓦斯涌出量衰减率大于不受抽放孔影响的排放孔,并且根据钻孔周围煤体松动对瓦斯涌出的影响,得出钻孔瓦斯涌出具有分段性特征;提出了用钻孔瓦斯涌出量衰减系数作为考察指标,通过比较衰减系数突变情况和百米钻孔瓦斯极限排放量确定抽采影响半径,运用此方法测定了平煤五矿己15煤层顺层钻孔抽采影响半径。结果表明,钻孔瓦斯涌出量衰减特征法能够准确、方便地测定出该煤层钻孔抽采影响半径。