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沁水盆地南部煤储层赋存环境条件及其对渗透率的影响

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煤炭学报 2024年第1期49卷 545-554页

作者：孟召平任华鑫禹艺娜杨宇王宇乾阿古泽仁中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 煤与煤层气共采全国重点实验室山西晋城048012 贵州师范大学材料与建筑工程学院贵州贵阳550025

煤层气赋存与产出受控于煤储层地应力、压力和地温等赋存环境条件,正确分析煤储层赋存环境条件及其对渗透率的影响是煤层气有效开发所关注的关键问题。采用沁水盆地南部煤层气井63个测试资料,系统分析了研究区煤储层地应力、压力和温度... 详细信息

煤层气赋存与产出受控于煤储层地应力、压力和地温等赋存环境条件,正确分析煤储层赋存环境条件及其对渗透率的影响是煤层气有效开发所关注的关键问题。采用沁水盆地南部煤层气井63个测试资料,系统分析了研究区煤储层地应力、压力和温度条件,揭示了煤储层应力、压力和温度随埋藏深度的变化规律,建立最小水平主应力与垂直主应力和煤储层压力之间关系模型。采用三轴渗流试验系统,开展了不同应力、压力和温度条件下煤层气渗流试验研究,揭示了不同温度、应力和压力条件下煤样渗透率变化规律及其控制机理。研究结果表明,研究区煤储层最大、最小水平主应力分别为6.62~42.06和3.30~26.40 MPa,其梯度分别为1.20~5.26和0.99~2.95 MPa/hm;煤储层压力及其梯度分别为0.99~12.63 MPa和0.23~1.18 MPa/hm;煤储层温度及其梯度为19.36~38.84℃和1.98℃/hm;且煤储层应力、压力和温度均随深度的增加呈线性增大的规律。随着有效应力的增加,煤储层渗透率不断降低,在初始加压阶段,渗透率下降幅度较大,随着有效应力的增加,下降幅度变缓。在相同的应力条件下,温度的增加使得煤样渗透率不断降低,渗透率的下降速率随温度的升高而减小。随着有效应力和温度的增加,煤储层渗透率按负指数函数规律降低。随着孔隙压力的降低,有效应力增加,煤储层渗透率不断降低。在初始降压阶段,煤储层渗透率急剧下降,随着孔隙压力的降低,渗透率下降速率逐渐变缓;当孔隙压力小于0.6 MPa后,煤储层渗透率随孔隙压力的降低而升高。在高孔隙压力条件下,渗透率随温度的升高呈负指数函数降低,在低孔隙压力条件下,煤储层渗透率随温度的升高呈线性降低。在此基础上,建立了煤储层渗透率与应力、压力和温度之间的关系模型,揭示了煤储层渗透率随应力、压力和温度应力的增加按负指数函数降低的规律和控制机理。

关键词：煤储层渗透率地应力储层压力储层温度沁水盆地

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基于深度学习的多孔材料渗透率预测研究进展

计算机集成制造系统 2024年第3期30卷 791-810页

作者：钱淼周骥向忠王嘉琦魏鹏郦李俊浙江理工大学浙江省现代纺织装备技术重点实验室浙江杭州310018

渗透率作为描述多孔材料流动性能的重要指标,在机械、能源等领域有着广泛的应用。经验关系式作为传统的多孔材料渗透率预测方法,往往通过实验统计法建立,在通用性、预测精度方面存在不足。近年来,基于深度学习构建渗透率预测模型的方法... 详细信息

渗透率作为描述多孔材料流动性能的重要指标,在机械、能源等领域有着广泛的应用。经验关系式作为传统的多孔材料渗透率预测方法,往往通过实验统计法建立,在通用性、预测精度方面存在不足。近年来,基于深度学习构建渗透率预测模型的方法受到了众多学者的关注,在解决经验关系式存在的不足方面表现出很好的前景。为此,围绕基于深度学习的多孔材料渗透率预测建模方法,首先阐述了深度学习技术在结构模型重构中的应用及发展趋势,然后综述了结构参数-渗透率、图像-渗透率以及图像-流场-渗透率快速预测建模方法的基本原理和研究进展,最后展望了该领域的研究方向,以及对多孔材料制造系统性能提升方面的前景。

关键词：深度学习多孔材料模型重构渗透率预测模型

基于体积应变的煤体渗透率模型及影响参数分析

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煤炭学报 2024年第6期49卷 2741-2756页

作者：王伟余金昊方志明李小春李琦陈向军王亮河南大学土木建筑学院河南开封475004 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室—省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454000 煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室江苏徐州221116

为研究瓦斯压力变化过程中渗透率演化规律,基于煤体代表性单元体(REV)细观尺度参数与体积应变关联特征推导了4种不同形式渗透率模型。利用实验数据对模型进行了可靠性验证,分析了有效应力引起的应变和吸附应变的变化规律,并与经典渗透... 详细信息

为研究瓦斯压力变化过程中渗透率演化规律,基于煤体代表性单元体(REV)细观尺度参数与体积应变关联特征推导了4种不同形式渗透率模型。利用实验数据对模型进行了可靠性验证,分析了有效应力引起的应变和吸附应变的变化规律,并与经典渗透率模型(P-M模型、S-D模型、CONNELL模型)进行对比验证。讨论了模型参数的敏感性,明确了REV细观尺度参数与裂隙率、渗透率的相关关系,并分析了吸附应变系数影响机理,进而对国内主要矿井渗透率极值压力进行了研究。结果表明:基于REV体积应变与REV裂隙体积应变的4种渗透率模型,其REV体积应变与REV裂隙体积应变线性相关,相关系数为初始裂隙率;体积模量与吸附应变系数分别控制有效应力和吸附应变对渗透率的影响;恒定围压、恒定孔压、恒定差压3种实验条件下,相比经典渗透率模型,4种渗透率模型对实验数据都有较好的匹配效果,但双参数拟合(体积模量与吸附应变系数)相比单参数拟合(吸附应变系数),参数的拟合误差较大,由参数敏感性分析可知,当参数变化时(渗透率预测结果相比真实值也有较大偏差;以沁水盆地为例,计算的煤体REV细观尺度参数a_(0)、b_(0)范围分别为1.73~46.31μm和0.06~0.49μm;恒定围压与恒定差压条件下,吸附应变系数与差压大小、气体类型及初始裂隙率有关;国内主要矿井CO_(2)极值压力在0.94~5.33 MPa,CH4极值压力在1.06~6.94 MPa。

关键词：渗透率表征单元体多实验条件模型参数敏感性吸附应变系数

加卸载条件下含瓦斯水合物煤体应变及渗透率试验研究

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煤炭学报 2024年第3期49卷 1414-1431页

作者：张保勇赵国建高霞吴强黑龙江科技大学安全工程学院黑龙江哈尔滨150022 黑龙江科技大学建筑工程学院黑龙江哈尔滨150022

为探究瓦斯水合固化及加卸载条件下含瓦斯水合物煤体应变及渗透率变化规律,采用自主设计的应力–渗流–化学耦合作用煤体三轴试验装置,测量瓦斯水合物生成前后煤体渗透率及升轴压卸围压条件下煤体(3种粒径:0.425~0.850(20~40目)、0.250~... 详细信息

为探究瓦斯水合固化及加卸载条件下含瓦斯水合物煤体应变及渗透率变化规律,采用自主设计的应力–渗流–化学耦合作用煤体三轴试验装置,测量瓦斯水合物生成前后煤体渗透率及升轴压卸围压条件下煤体(3种粒径:0.425~0.850(20~40目)、0.250~0.425(40~60目)、0.180~0.250 mm(60~80目);3种饱和度:40%、60%、80%)应变及渗透率,获取加卸载条件下应力–应变曲线确定煤体变形特征,分析瓦斯水合物生成、水合物饱和度及偏应力对煤体渗透率的影响规律,通过渗透率损失率、变形角公式对煤体渗透率影响程度、体积膨胀效应进行量化表征,基于渗透率模型初步探讨水合物分布模式对煤体渗透率的影响机制。研究表明:①饱和度对煤体渗透率变化规律影响较为复杂,总体而言,随着饱和度增加,渗透率降低百分比越大,堵塞程度越显著。瓦斯水合物生成后,煤体渗透率明显降低,降低幅度为58.3%~83.3%(20~40目)、61.5%~95.0%(40~60目)、81.8%~90.9%(60~80目),随着饱和度增加,煤体渗透率整体呈降低趋势,下降幅度为55.6%~86.1%。②煤体轴向应变随着时间增加呈现出稳定增大、缓慢增大和快速增大3个阶段,煤体渗透率与应变具有一定相关性,并随着偏应力增加呈二项式函数增大、先减小后增大、先增大后减小3种趋势,二项式函数可较好预测采掘应力扰动下瓦斯水合固化后煤体渗透率变化规律。③引入渗透率损失率,在相同水合物饱和度下,随着偏应力增加,煤体渗透率损失率整体呈增大趋势。④引入体积膨胀变形角,在相同偏应力差下,随着饱和度增加,煤体体积膨胀变形角由19.0°~63.9°降至0.2°~38.2°,说明水合物饱和度越低,煤体体积膨胀效应越显著。

关键词：煤与瓦斯突出含瓦斯水合物煤体加卸载应变渗透率

不同冷却速率下干热花岗岩渗透率演化特征对比研究

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岩石力学与工程学报 2024年第2期43卷 385-398页

作者：朱振南王殿永杨圣奇解经宇袁益龙吴廷尧田文岭孙博文田红陈劲中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 中国地质大学(武汉)教育部岩土钻掘与防护教育部工程研究中心湖北武汉430074 吉林大学地热资源开发技术与装备教育部工程研究中心吉林长春130026 西南交通大学土木工程学院四川成都610031 中建桥梁有限公司重庆402260 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 重庆大学土木工程学院重庆400045

深部干热岩地热开采过程中向高温储层注入低温水,将会改变储层岩石渗透率,进而直接影响增强型地热系统(enhanced geothermal system,EGS)采热效率。为探究遇水冷却下干热花岗岩渗透率变化规律及演化机制,利用岩石全自动气体渗透率测试... 详细信息

深部干热岩地热开采过程中向高温储层注入低温水,将会改变储层岩石渗透率,进而直接影响增强型地热系统(enhanced geothermal system,EGS)采热效率。为探究遇水冷却下干热花岗岩渗透率变化规律及演化机制,利用岩石全自动气体渗透率测试系统进行不同冷却速率下干热花岗岩渗透率演化测试,分析围压和加载方式对花岗岩渗透率的影响规律,并采用偏光显微镜和计算机断层扫描进行干热花岗岩细观结构观测,探讨其二维和三维微观结构变化特征,揭示其渗透率演化机制。试验结果表明:(1)不同冷却速率下干热花岗岩渗透率和渗透流量随温度的升高逐渐增大,且遇水冷却条件下花岗岩渗透率和渗透流量总是大于自然冷却条件下的值,而最小渗透压力则呈现相反的趋势。(2)不同冷却速率下花岗岩试样的二维微裂纹密度和平均宽度、三维孔隙率均随温度的升高而不断增加,且遇水冷却条件下微裂纹密度、平均宽度和孔隙率的值均大于自然冷却条件下的值。(3)不同冷却速率下花岗岩渗透率的变化主要与岩石内部微裂纹的演化有关,而岩石内部微裂纹的演化主要是由于矿物非均匀膨胀和内部物理化学反应所引起的,遇水冷却促进其渗透率进一步提高。(4)随着围压的增大,不同冷却速率下干热花岗岩渗透率呈负指减小的趋势,卸荷作用下花岗岩渗透率远小于加载作用下的值。研究结果期望揭示深部干热岩地热开采过程中渗透率演化机制,并为EGS采热模拟提供可靠的参数。

关键词：岩石力学渗透率花岗岩冷却速率细观结构卸荷地热能

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煤粉侵入对支撑裂缝渗透率的动态影响规律

煤炭学报 2024年第5期49卷 2338-2346页

作者：张惜图胡胜勇武玺李国富冯国瑞王艳峰陈召英太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024 晋能控股装备制造集团有限公司山西晋城048006 煤与煤层气共采全国重点实验室山西晋城048012 山西蓝焰煤层气集团有限责任公司山西晋城048200 太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

煤粉侵入煤层水力压裂支撑裂缝容易导致裂缝堵塞,造成支撑裂缝导流能力和煤储层渗透率降低,进而严重影响煤层气井的稳定排采及产量。分别建立煤层气井停井前与重启后煤粉侵入支撑裂缝渗透率动态演化模型,并利用煤岩导流性能测试系统进... 详细信息

煤粉侵入煤层水力压裂支撑裂缝容易导致裂缝堵塞,造成支撑裂缝导流能力和煤储层渗透率降低,进而严重影响煤层气井的稳定排采及产量。分别建立煤层气井停井前与重启后煤粉侵入支撑裂缝渗透率动态演化模型,并利用煤岩导流性能测试系统进行煤粉连续流动与间歇流动条件下的煤粉侵入支撑裂缝实验,验证了模型的正确性,研究了煤层气井停井与排采流速对支撑裂缝渗透率时空演化的影响规律。研究表明:随煤粉运移时间增加,支撑裂缝渗透率骤降后缓慢衰减,且沿煤粉运移方向,支撑裂缝内部空间孔隙损失率逐渐降低,裂缝内部渗透率沿煤粉运移方向逐渐升高。随煤粉持续侵入支撑裂缝,煤层气井关井重启后支撑裂缝孔隙损失率较停井前孔隙损失率更大,渗透率不能恢复至停井前。排采流速越慢,煤粉侵入支撑裂缝渗透率衰减速度越慢,渗透率越高,支撑裂缝渗透率受煤粉侵入影响在低排采流速下对流速变化更为敏感,缓慢排采流速下停井对支撑裂缝渗透率伤害更低。煤粉沉积系数越大,煤粉侵入过程中支撑裂缝近端渗透率越小,远端渗透率越大,而弥散系数越大,支撑裂缝远端渗透率越小,裂缝近端渗透率受弥散系数影响极小,煤层气井停井对支撑裂缝近端渗透率伤害更严重。煤粉侵入过程中支撑裂缝近端渗透率衰减速度更快,裂缝远端渗透率衰减速度更缓慢,沉积系数变化对支撑裂缝近端渗透率影响显著,而弥散系数变化对支撑裂缝远端渗透率影响更显著。

关键词：水力压裂支撑裂缝煤粉渗透率停井

致密砂岩孔喉结构分析与渗透率预测方法——以川中地区侏罗系沙溪庙组为例

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石油实验地质 2024年第1期46卷 202-214页

作者：陈少云杨勇强邱隆伟王小娟杨保良叶热杰普·哈布腊什木中国石油大学(华东)地球科学与技术学院山东青岛266580 深层油气全国重点实验室山东青岛266580 中国石油西南油气田公司勘探开发研究院成都610041

致密砂岩储层孔喉结构精细表征和渗透性预测是优质储层评价和开发的关键。以川中地区侏罗系沙溪庙组为例,利用高压压汞实验和分形理论,对孔喉结构进行静态表征,探讨孔喉结构、分形维数、储层物性之间的关系,进而分析孔喉结构对渗透率的... 详细信息

致密砂岩储层孔喉结构精细表征和渗透性预测是优质储层评价和开发的关键。以川中地区侏罗系沙溪庙组为例,利用高压压汞实验和分形理论,对孔喉结构进行静态表征,探讨孔喉结构、分形维数、储层物性之间的关系,进而分析孔喉结构对渗透率的贡献,建立渗透率预测模型。沙溪庙组样品可分为4种类型:Ⅰ类样品排驱压力低、物性好、孔隙连通性好、平均分形维数为2.11,孔隙以半径大于0.1μm的大孔和中孔为主,半径大于1μm的孔喉贡献了90%以上的渗透率;Ⅱ类样品排驱压力在0.4~1.0 MPa之间,平均孔渗分别为9.72%、0.375×10^(-3)μm^(2),分形维数为2.20,半径大于0.1μm的中孔含量上升,并贡献了大部分渗透率;Ⅲ、Ⅳ类样品排驱压力与分形维数明显高于Ⅰ、Ⅱ类样品,孔隙度低且缺乏大孔导致渗透率较低。半径大于0.1μm的大孔和中孔贡献了沙溪庙组98%以上的渗透率。分形维数是指示孔喉结构的良好标志,分形维数与孔喉半径、最大进汞饱和度、渗透率均呈现明显的负相关关系,而与排驱压力、孔喉相对分选系数呈正相关关系。分形维数与孔喉组成有着强相关性,基于分形维数、孔隙度、最大孔喉半径建立了“孔隙型”储层渗透率定量预测模型。

关键词：分形维数孔喉结构渗透率致密砂岩沙溪庙组侏罗系川中地区

煤孔裂隙多尺度表征及其对渗透率的影响分析——以中国14个大型煤炭基地为例

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重庆大学学报 2024年第4期47卷 34-50页

作者：王刚陈雪畅程卫民陈昊山东科技大学矿山灾害预防控制国家重点实验室培育基地山东青岛266590 山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590

为探究煤体不同尺度孔裂隙特征及其对渗透率的影响,从我国14个大型煤炭基地分别取样,进行氮气吸附、压汞和CT实验,并将CT扫描后的煤样进行渗流实验。结果表明,各煤样中微孔和过渡孔多为封闭孔,连通性差,不利于渗流的进行。r=10 nm和r=10... 详细信息

为探究煤体不同尺度孔裂隙特征及其对渗透率的影响,从我国14个大型煤炭基地分别取样,进行氮气吸附、压汞和CT实验,并将CT扫描后的煤样进行渗流实验。结果表明,各煤样中微孔和过渡孔多为封闭孔,连通性差,不利于渗流的进行。r=10 nm和r=100μm的孔裂隙体积占比相对较大,贡献了煤体大部分孔隙率,S2和S3中的大尺度平行板孔隙为渗流提供了充足的空间。通过划分3种实验表征的优势孔径段,提出了综合表征孔隙率和分形维数的方法,得到各煤样的孔隙率范围为1.62%~11.60%,分形维数范围为2.29~2.78。煤样渗透率在0.0002×10^(-15)~0.6525×10^(-15)m^(2)之间,以中低渗为主。r8.5μm的孔隙率分量与渗透率的关系分别为y=0.2741x-0.0781、y=0.0674x+0.0237和y=0.0039x^(2.5986),其中r>8.5μm的孔隙率分量与渗透率的相关性最强。相对于氮气吸附和压汞实验,CT实验更适用于分析孔裂隙结构对水渗的影响。

关键词：煤多尺度表征分形维数孔隙率渗透率

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致密储层不同二氧化碳注入方式下的沥青质沉积特征及其对渗透率的影响

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油田化学 2024年第1期41卷 85-92页

作者：杨明洋黄世军赵凤兰孙浩月陈新阳中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249 油气资源与工程全国重点实验室(中国石油大学(北京)) 北京102249

注CO_(2)引起的原油沥青质沉积对致密储层造成的伤害严重影响其开发效果。为明确不同CO_(2)注入方式下的沥青质沉积特征及其对储层渗透率的影响,对致密岩心分别进行了CO_(2)驱替和吞吐两种注入方式的实验,通过核磁共振和扫描电镜等,分... 详细信息

注CO_(2)引起的原油沥青质沉积对致密储层造成的伤害严重影响其开发效果。为明确不同CO_(2)注入方式下的沥青质沉积特征及其对储层渗透率的影响,对致密岩心分别进行了CO_(2)驱替和吞吐两种注入方式的实验,通过核磁共振和扫描电镜等,分析了两种注入方式下的沥青质沉积特征、原油采出程度以及对致密岩心渗透率的影响。结果表明,两种CO_(2)注入方式下的致密岩心均会产生沥青质沉积,且主要以膜状吸附的方式沉积在孔隙表面。受CO_(2)与原油相互作用时间的影响,吞吐方式下的沥青质沉积量大于驱替方式,且吞吐方式下的沉积孔径范围高于驱替方式。沥青质沉积对致密岩心渗透率的伤害程度与原油的产出方向有关。驱替方式下沥青质沉积对岩心正向(CO_(2)注入方向)渗透率的伤害程度较大,而吞吐方式下沥青质沉积对岩心逆向渗透率的伤害程度较大。在围压为10、5 MPa时,CO_(2)驱替和吞吐方式下的沥青质沉积对岩心正向渗透率的伤害程度(正向渗透率平均降幅)分别为7.05%和1.67%,对岩心逆向渗透率的伤害程度(逆向渗透率平均降幅)分别为0.41%和2.66%。受注采模式和流动机制的影响,CO_(2)吞吐方式下的采出程度低于驱替方式。研究结果对于致密储层CO_(2)驱沥青质沉积不同方向上储层伤害程度的认识及注入方式的优选具有一定的指导意义。

关键词：致密储层 CO_(2)驱替 CO_(2)吞吐沥青质沉积渗透率