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重复注气压降法煤层渗透率模型与原位测试研究

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煤炭科学技术 2023年

作者：李伟杨世龙周红星刘金兆中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心中国矿业大学安全工程学院

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... 详细信息

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2.0m。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，对两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6d和17d，第二轮测试的注气压力高于第一轮。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。

关键词：重复注气压降法渗透率模型注气参数优化原位测试瓦斯抽采

考虑蠕变影响的深部煤体分数阶渗透率模型研究

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岩土工程学报 2020年第8期42卷 1516-1524页

作者：张雷周宏伟王向宇荣腾龙王路军车俊王雷中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京102211

为了考虑深部煤体的蠕变效应对煤体渗透率的影响,结合考虑体积蠕变的深部煤体非线性蠕变三维本构方程、Kozeny-Carman方程、含裂隙煤体渗透率计算方程建立了基于蠕变影响的深部煤体分数阶渗透率模型。利用含瓦斯煤蠕变–渗流试验数据对... 详细信息

为了考虑深部煤体的蠕变效应对煤体渗透率的影响,结合考虑体积蠕变的深部煤体非线性蠕变三维本构方程、Kozeny-Carman方程、含裂隙煤体渗透率计算方程建立了基于蠕变影响的深部煤体分数阶渗透率模型。利用含瓦斯煤蠕变–渗流试验数据对渗透率模型进行参数拟合,确定了模型的物性参数,并对不同试验条件下的渗透率演化过程进行了模拟分析。结果表明:在弹性及黏弹性蠕变阶段,渗透率模型数值逐渐减小,符合煤体在低应力阶段蠕变过程中初始孔隙被逐渐压密渗透率减小的物理过程;在黏塑性蠕变阶段,渗透率模型能够表征加速蠕变阶段即渗透率突增阶段的演化趋势。此外,对分数阶渗透率模型中的关键参数进行了敏感性分析,发现随着煤体性质参数α0数值的升高,加速蠕变阶段即渗透率突增阶段越容易出现。分数阶导数阶次越高,弹性及黏弹性蠕变阶段渗透率下降速率越快,黏塑性蠕变阶段渗透率突增趋势越缓慢。

关键词：深部煤体体积蠕变分数阶渗透率模型

瓦斯压力和应力对裂隙影响下的渗透率模型研究

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煤炭科学技术 2021年第2期49卷 115-121页

作者：蒋长宝余塘段敏克殷文明重庆大学资源与安全学院重庆400030 贵州盘江精煤股份有限公司火烧铺矿贵州盘州553539 安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001 云南省煤炭产业集团有限公司云南昆明650032

煤层的渗透率演化对研究矿井瓦斯抽采、煤层气开采及钻孔优化布置起到至关重要的作用。为了研究瓦斯压力-裂隙及应力-裂隙耦合作用对煤岩渗透率演化模型的影响,基于应变,探讨了瓦斯压力和应力作用对煤体裂隙变形和渗透率的影响,构建了... 详细信息

煤层的渗透率演化对研究矿井瓦斯抽采、煤层气开采及钻孔优化布置起到至关重要的作用。为了研究瓦斯压力-裂隙及应力-裂隙耦合作用对煤岩渗透率演化模型的影响,基于应变,探讨了瓦斯压力和应力作用对煤体裂隙变形和渗透率的影响,构建了基于瓦斯压力-裂隙及应力-裂隙耦合的煤体渗透率理论模型,并结合前人的试验数据,对建立的基于瓦斯压力-裂隙及应力-裂隙耦合的煤体渗透率模型进行了对比验证。研究结果表明:①将煤体的结构单元体简化为立方体模型,分别分析了瓦斯压力引起的裂隙变形与煤体基质吸附变形引起的裂隙变形对煤体渗透率的影响;基于煤岩裂隙宽度与渗透率的关系,推导了瓦斯压力-裂隙耦合作用下煤体的渗透率模型。②侧向应力对裂隙变形的影响与煤体吸附所引起的内膨胀变形相似,均通过改变煤体骨架向裂隙内部膨胀来影响煤体裂隙的变形;通过试验数据验证了侧向应力和法向应力对煤体渗透率的影响机理相同,构建了三向应力-裂隙耦合作用下煤体的渗透率模型。③结合前人的试验数据,进行了全局优化非线性拟合,与基于有效应力的模型相比,所构建的模型与试验数据吻合度较好,验证了所建立模型的可靠性,并发现裂隙对法向应力的敏感性远大于侧向应力。

关键词：煤岩瓦斯三向应力裂隙渗透率模型

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渗透率模型研究进展

测井技术 2012年第4期36卷 329-335页

作者：孙建孟闫国亮中国石油大学地球科学与技术学院山东青岛266555

讨论单重孔隙介质和双重孔隙介质渗透率模型的发展,分析渗透率建模面临的问题:建模理论研究缺乏,至今没有提出统一的模型,双重孔隙介质渗透率模型亟待发展。单重孔隙介质渗透率与孔隙度相关性较好,但仅有孔隙度不能建立精确的渗透率模型... 详细信息

讨论单重孔隙介质和双重孔隙介质渗透率模型的发展,分析渗透率建模面临的问题:建模理论研究缺乏,至今没有提出统一的模型,双重孔隙介质渗透率模型亟待发展。单重孔隙介质渗透率与孔隙度相关性较好,但仅有孔隙度不能建立精确的渗透率模型,还需考虑岩石结构和孔隙结构参数。双重孔隙介质渗透率可分为基质渗透率和裂缝渗透率2个方面研究,它们之间的耦合是渗透率建模重点考虑的问题。提出应用分形理论和成像测井有望提高双重孔隙介质渗透率模型的建模精度。渗透率建模发展方向是三维数字岩心技术和激发极化法的应用。

关键词：测井解释岩石物理性质渗透率模型单重孔隙介质双重孔隙介质研究进展数字岩心

力热耦合作用下煤岩损伤演化规律及渗透率模型研究

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安全与环境学报 2020年第5期20卷 1727-1735页

作者：李波波任崇鸿杨康李建华张尧许江贵州大学矿业学院贵阳550025 贵州大学喀斯特山区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室贵阳550025 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

为探究深部煤体开挖中的损伤演化规律和瓦斯渗流特性,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置和HCA型高压容量法吸附装置,分别开展了不同温度下煤岩三轴渗流试验和等温吸附试验,建立了力热耦合条件下煤岩损伤本构模型及考虑热损... 详细信息

为探究深部煤体开挖中的损伤演化规律和瓦斯渗流特性,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置和HCA型高压容量法吸附装置,分别开展了不同温度下煤岩三轴渗流试验和等温吸附试验,建立了力热耦合条件下煤岩损伤本构模型及考虑热损伤和吸附效应的煤岩渗透率模型。结果表明:1)煤岩变形可分为压密、线弹性、屈服和破坏后阶段,煤岩峰值强度随温度升高而降低,其峰后渗透率随温度升高而增大;2)煤岩损伤分为热损伤和力损伤,热损伤DT随温度升高而增大,建立的煤岩损伤本构模型能精确匹配不同温度下的全应力-应变曲线;3)基于分段和对称函数的数学思想,提出了修正因子L的概念,建立了考虑热损伤及吸附效应的渗透率模型,试验验证了其合理性,可表征不同温度下的渗透率演化特征。

关键词：安全工程损伤力热耦合吸附渗透率模型

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煤层气开采过程中渗透率模型比较研究

中国安全生产科学技术 2018年第9期14卷 50-54页

作者：张波谢雄刚贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 喀斯特地区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室贵州贵阳550025

为了得到煤层气开采过程中渗透率的准确预测模型,分析了不同泊松比和孔隙压力下的储层孔隙率变化规律,通过理论分析对4种经典渗透率模型进行了比较研究。研究结果表明:P&M模型和C&B模型对泊松比敏感度较小,改进P&M模型和S&D模型对泊松... 详细信息

为了得到煤层气开采过程中渗透率的准确预测模型,分析了不同泊松比和孔隙压力下的储层孔隙率变化规律,通过理论分析对4种经典渗透率模型进行了比较研究。研究结果表明:P&M模型和C&B模型对泊松比敏感度较小,改进P&M模型和S&D模型对泊松比敏感度较大;改进P&M模型能有效反映渗透率变化趋势,在p4.1 MPa时k/k0数值拟合度较高;P&M模型和S&D模型不能准确描述p1.4MPa时k/k0数值拟合度较高;煤层渗透率随孔隙压力增大表现为"U"型趋势,包含低孔隙压力骤减区、中孔隙压力稳定区和高孔隙压力稳步升高区3个阶段,改进P&M和S&D模型更能表现煤层气渗透率随孔隙压力变化趋势。

关键词：煤层气开采渗透率模型水平有效应力孔隙压力吸附瓦斯膨胀应力

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渗透率模型构建方法综述

内蒙古石油化工 2015年第5期41卷 36-38页

作者：滕立志吉林油田分公司钻井工艺研究院吉林松原138000

阐述了国内外渗透率模型在不同尺度下构建方法的研究现状,总结了构建渗透率模型的几种基本方法,介绍了孔隙尺度、岩心尺度和油田尺度等三个尺度下渗透率模型的具体构建方法。结合实际分析了各尺度下渗透率模型的应用效果,展望了渗透率... 详细信息

阐述了国内外渗透率模型在不同尺度下构建方法的研究现状,总结了构建渗透率模型的几种基本方法,介绍了孔隙尺度、岩心尺度和油田尺度等三个尺度下渗透率模型的具体构建方法。结合实际分析了各尺度下渗透率模型的应用效果,展望了渗透率模型构建方法的发展趋势。综合分析认为,不同尺度下新方法和新技术的出现会促进对应尺度新的渗透率模型构建方法的出现。

关键词：渗透率模型孔隙尺度岩心尺度油田尺度研究进展

玛湖地区低渗透致密砂砾岩储层渗透率模型研究及应用

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测井技术 2018年第3期42卷 321-324页

作者：潘军杨国栋中国石油化工股份有限公司油田事业部北京100728 西安理工大学高科学院陕西西安710109

准噶尔盆地三叠系百口泉组发育了大量的低渗透致密砂砾岩油层,储层岩石颗粒粒级分布范围较大,非均质性较强,孔隙度渗透率关系规律不明显,给储层的评价带来困难。为建立适合低渗透致密砂砾岩储层的渗透率模型,从储层岩性、孔隙类型及黏... 详细信息

准噶尔盆地三叠系百口泉组发育了大量的低渗透致密砂砾岩油层,储层岩石颗粒粒级分布范围较大,非均质性较强,孔隙度渗透率关系规律不明显,给储层的评价带来困难。为建立适合低渗透致密砂砾岩储层的渗透率模型,从储层岩性、孔隙类型及黏土含量等因素分析储层渗透率的变化规律。储层发育较好的细砾岩渗透率最好,次生孔隙类型渗透率比原生孔隙发育好,储层渗透率随着黏土含量的增加而降低。提出在分岩性的基础上结合测井数据建立渗透率关于孔隙度和黏土含量的计算模型,并对其进行实际应用,对比常规渗透率模型计算的测井渗透率和分岩性多元回归方法计算渗透率,发现后者计算效果较好,为后期储层精细评价提供可靠依据。

关键词：测井解释低渗透致密砂砾岩测井数据渗透率模型玛湖地区

复杂岩性储层核磁共振渗透率模型研究——以渤海湾Y储层为例

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复杂岩性储层核磁共振渗透率模型研究——以渤海湾Y储层为例

作者：聂晶中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

渗透率是测井储层评价的重要参数之一,会影响储层质量和开采措施。核磁共振测井几乎不受岩石骨架的影响,可以直接反映孔隙结构,因此在渗透率的估算上相对具有优势。渤海湾Y地区的复杂岩性储层岩性多变,孔隙类型多样,非均质性强,常用的... 详细信息

渗透率是测井储层评价的重要参数之一,会影响储层质量和开采措施。核磁共振测井几乎不受岩石骨架的影响,可以直接反映孔隙结构,因此在渗透率的估算上相对具有优势。渤海湾Y地区的复杂岩性储层岩性多变,孔隙类型多样,非均质性强,常用的孔渗回归和经典核磁共振渗透率模型应用效果较差。本文利用收集的岩心分析资料和测井资料,提出核磁共振渗透率新模型,适用研究区的岩石物理评价。首先研究了地区储层特征和测井响应特征,然后从渗透率的直接影响因素孔隙结构入手,以压汞实验得到的毛管压力曲线特征参数为参考,开展基于核磁共振T谱的储层孔隙结构量化研究,探究孔隙大小、形状、分布及连通关系对渗透率的影响,充分挖掘T谱信息,提取并建立相应的特征参数集,最后根据参数集进行参数优选,确定适用于研究区复杂岩性储层的核磁共振渗透率新模型,并与Coates模型和SDR模型进行了对比分析,发现新模型提高了核磁共振测井对渗透率估算的准确度。

关键词：渗透率模型核磁共振测井复杂岩性储层