地应力对滇东老厂矿区煤层渗透性影响及其控制机理研究

来源：核心期刊咨询网时间：2019-06-03 10:0212

摘要：摘 要：在本次研究中，我们针对煤层渗透性以及水力压裂裂縫的内容进行拓展分析，能够从理想煤储层地应力的因素，地应力对渗透率的影响规律，以及相应的控制措施，并对煤储层渗透性的影响因素进行分析。结果发现在影响地应力状态的因素中构造作用，煤层类型，

　　摘 要：在本次研究中，我们针对煤层渗透性以及水力压裂裂縫的内容进行拓展分析，能够从理想煤储层地应力的因素，地应力对渗透率的影响规律，以及相应的控制措施，并对煤储层渗透性的影响因素进行分析。结果发现在影响地应力状态的因素中构造作用，煤层类型，埋藏深度是重要的因素。

　　关键词：地应力;煤层;渗透性;控制机理

　　1 影响煤储层地应力状态的因素

　　需要从地应力影响成因上对地应力进行划分，包括变异、构造以及附加应力等分析。这些地应力是与地球作用力的共同结果。应力解除，钻孔通络，单孔全地应力检测等多种方法，当前针对地应力的研究集中于煤层气地面以及煤炭开采中，常采用的测量方法主要是应力接触以及水压致裂等方法。其中见效最快的是水压裂法，利用了垂直状况最小和最大水平主应力会随钻孔的深度呈现不同的数据，通过上覆岩层质量能够进一步计算垂直上应力值，国外研究学者针对煤场特定参数包括最大以及最小水平方向上的应力值，而垂直主应力以及多个应力方向，煤层气地应力影响状态中包括埋深，煤岩，顺序构造等因素[1]。首先在构造作用上，构造不仅能影响煤岩渗透性，连续性，同时还会影响现代应力场的分布情况，现代构造运动能够直接决定应力场，相互挤压之后进行压力收集是以水平为主，垂直应力低，对于背离地壳剩余拉伸则表现为垂直方向的主应力高，而水平方向主应力低，断层能够通过改变力场介质，会对方向大小产生一定影响[2]。

　　我们结合滇东老厂矿区的构造可以发现在该地区地应力会受到构造作用的控制，具体来看我们将该地区的渗透率与水平主应力以及垂直主应力进行拟合，分析地应力对渗透率的影响，结果发现，渗透率随最大或最小水平主应力增加而减小，当最小水平主应力高于20MPa，最大水平主应力高于30MPa时，其渗透率低于0.1X10-3md。然而，控制煤储层渗透性分布是取决于构造与现代应力的配置关系，构造作用对于地应力非均质性分布是十分重要的。从埋藏深度上来看，该区域的煤层在最大，最小水平地应力以及垂直主应力上，随着埋藏深度增加而呈现地应力增加，最大，最小水平主应力呈现西南到东北方向递减，随着埋深的增加会相应增加，说明地应力与埋深具有一定联系。最大水平主应力会随埋藏的增加而不断增加，应力值增加最快，说明斜率最高，其次为垂直主应力。煤储存压力与埋藏深度的斜率较小，我们可以利用储层压力和埋藏深度，增加其储层压力最小且最大水平主应力，最大，最小水平主应力和垂直主应力会随深度变化而发生变化。当埋藏深度较小时，最小水平主应力会高于垂直主应力，当其达到一定的临界值时，垂直主应力等于最小水平主应力，当大于临界值时垂直主地应力将高于最小的水平主应力。

　　从煤岩类型上来看，煤岩的力学参数是与其应用大小具有一定关联的，主要是由于岩石弹性模量高，结构完整，在一定条件下才能够累积煤层应力，由于受到煤变质程度，煤岩纤维成份的差异，这样会使煤岩与围岩力学性质产生较大差异，导致不同类型的煤岩累积，地应力值不同，不同煤岩类型，由于岩石性质的差异，导致地应力方向不同。同时，不同煤岩类型也会受到构造影响，非均质性能够对后期改造产生影响。

　　2 地应力渗透性分析

　　当前我们从地应力对于煤层渗透率的影响因素上来看，主要为以下三点：现代地应力的特征对于渗透率的影响，模拟有效应力，数值模拟不同应力对于煤储层渗透率产生的影响。我们主要从现代地应力场对于煤层渗透率产生的影响上来看，研究学者针对滇东老厂矿区的煤层以及现代构造应力场的关系进行分析，预测了该矿区中南部高渗透率煤储存的位置[3]。此外，研究学者还建立最小水平主应力以及渗透率的模型，结果发现其渗透率随主应力增加而减小，利用统计学软件分析煤层气渗透率。利用统计学分析了煤层气井中渗透率比水平的主应力、垂直主应力之间的关系。分析了在煤储层渗透性和压裂中的重要性，进一步也说明了地应力场能够直接影响该区域煤储层渗透性的分布。通过对渗透率与水平主应力，垂直主应力进行模拟计算，我们发现渗透率是与水平主应力具有指数关系的，随最大最小水平主应力增加相应减小[4-5]。

　　3 地应力对渗透率的控制机理分析

　　现代应力场对于渗透率的控制与构造应力场不同，主要存在以下三点[3]：现代应力场的活动会超过其破裂强度，进而形成新的构造裂缝，同时会从一定程度上提升煤储存的渗透率，较强的现代构造应力场会对煤岩产生较大破坏性，也会降低煤储层渗透率。其次，已经发育的裂缝，其开闭状态会受到现代应力场大小以及方向的影响。总之，裂缝的驱动以及开启度对于煤储层渗透性会产生影响，当前地应力场对渗透性的影响是基于网络系统变形进而改变渗透性等。

　　4 小结

　　在本次研究中，我们针对滇东老厂矿区地应力对于煤储存渗透性的影响进行分析，并且提出了有关的控制机理。

　　参考文献：

　　[1]刘大锰，周三栋，蔡益栋等.地应力对煤储层渗透性影响及其控制机理研究[J].煤炭科学技术，2017，45(06)：1-2.

　　[2]谢晓彤，杨乐，任秀文等.地应力对煤储层渗透性的影响浅析[J].地质论评，2013，59(S1)：1265-1266.

　　[3]秦勇，汤达祯，刘大锰等.煤储层开发动态地质评价理论与技术进展[J].煤炭科学技术，2014，42(01)：80-88.

　　[4]刘见宝，宋志敏，李冰，etal.地应力对煤层渗透性控制作用的研究进展[J].能源与环保，2018，40(09)：19-23.

　　[5]康永尚，李喆，刘娜，etal.滇东恩洪和老厂煤层气可动性及对产气动态的影响[J].煤炭科学技术，2018，46(09)：222-231.

　　作者简介：满春华(1990-)，男，云南大理人，本科，学士，初级工程师，研究方向：煤层气勘探开发。

　　推荐阅读：《高校地质学报》(曾用刊名：南京大学学报.地球科学)，于1995年9月创刊，16开本120页，(每年的3、6、9、12月末出版)是全国高等地质院、校(系)联合创办的地球科学类综合性学术刊物。

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