深层煤岩微构造对现今地应力的控制机理

作     者：唐志潭 刘敬寿 闫霞 冯延青 蒋恕 张滨鑫 张冠杰 付一鸣 TANG Zhitan;LIU Jingshou;YAN Xia;FENG Yanqing;JIANG Shu;ZHANG Binxin;ZHANG Guanjie;FU Yiming

作者机构：中国地质大学(武汉)构造与油气资源教育部重点实验室湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)资源学院湖北武汉430074 中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京100095 中石油煤层气有限责任公司北京100028 

出 版 物：《地学前缘》 (Earth Science Frontiers)

年 卷 期：2024年第31卷第5期

页      面：344-357页

核心收录：

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(42102156) 山东省自然科学基金项目(ZR2020QD035) 中国地质大学(武汉)“地大学者”人才岗位科研启动项目(2022046) 

主　　题：微构造 地应力 深层煤岩 大吉区块 有限元模拟 

摘      要：深部煤层气的勘探开发不能简单套用浅部煤层气的勘探开发理论,原因之一在于深煤层地应力制约了煤层气的吸附/解析、渗流等过程,决定了煤层裂隙的有效性,并影响着水平井轨迹设计。因此,开展深部地应力变化规律研究对煤层气的勘探开发具有重要意义。本文以鄂尔多斯盆地大吉区块为例,利用阵列声波测井、微地震监测数据和岩心测试等资料,综合考虑深层煤岩微构造类型与产状、边界应力条件和顶底板岩石力学性质组合等因素,利用ANSYS有限元软件,建立微构造三维地质力学模型,全面分析了微构造的类型、产状和对煤层应力的控制机理。研究结果表明:煤层微构造越平缓,应力分布越均匀,反之应力越容易集中;煤层微构造产状对煤层应力的影响主要为:随着煤层微构造曲率的增大,挠曲处水平应力差会随之增大,且挠曲处周缘水平最小主应力也会越集中。由微构造类型与煤层力学性质、顶底板岩性、边界应力条件等因素交叉模拟得到,正向微构造下的煤层应力与泊松比呈正相关,与杨氏模量呈负相关,而负向微构造则相反。当顶板为灰岩时,煤层应力大小受微构造类型变化影响比顶板为砂岩时更显著。区域应力大小对深部煤层应力的影响相对较小。论文研究成果可为深部煤层地应力成因机制分析、煤层气高效开发和地质工程一体化实践提供有益的参考。