地應(yīng)力對(duì)滇東老廠礦區(qū)煤層滲透性影響及其控制機(jī)理研究

摘 要：在本次研究中，我們針對(duì)煤層滲透性以及水力壓裂裂縫的內(nèi)容進(jìn)行拓展分析，能夠從理想煤儲(chǔ)層地應(yīng)力的因素，地應(yīng)力對(duì)滲透率的影響規(guī)律，以及相應(yīng)的控制措施，并對(duì)煤儲(chǔ)層滲透性的影響因素進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在影響地應(yīng)力狀態(tài)的因素中構(gòu)造作用，煤層類(lèi)型，埋藏深度是重要的因素。

關(guān)鍵詞：地應(yīng)力；煤層；滲透性；控制機(jī)理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.075

1 影響煤儲(chǔ)層地應(yīng)力狀態(tài)的因素

需要從地應(yīng)力影響成因上對(duì)地應(yīng)力進(jìn)行劃分，包括變異、構(gòu)造以及附加應(yīng)力等分析。這些地應(yīng)力是與地球作用力的共同結(jié)果。應(yīng)力解除，鉆孔通絡(luò)，單孔全地應(yīng)力檢測(cè)等多種方法，當(dāng)前針對(duì)地應(yīng)力的研究集中于煤層氣地面以及煤炭開(kāi)采中，常采用的測(cè)量方法主要是應(yīng)力接觸以及水壓致裂等方法。其中見(jiàn)效最快的是水壓裂法，利用了垂直狀況最小和最大水平主應(yīng)力會(huì)隨鉆孔的深度呈現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)，通過(guò)上覆巖層質(zhì)量能夠進(jìn)一步計(jì)算垂直上應(yīng)力值，國(guó)外研究學(xué)者針對(duì)煤場(chǎng)特定參數(shù)包括最大以及最小水平方向上的應(yīng)力值，而垂直主應(yīng)力以及多個(gè)應(yīng)力方向，煤層氣地應(yīng)力影響狀態(tài)中包括埋深，煤巖，順序構(gòu)造等因素[1]。首先在構(gòu)造作用上，構(gòu)造不僅能影響煤巖滲透性，連續(xù)性，同時(shí)還會(huì)影響現(xiàn)代應(yīng)力場(chǎng)的分布情況，現(xiàn)代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)能夠直接決定應(yīng)力場(chǎng)，相互擠壓之后進(jìn)行壓力收集是以水平為主，垂直應(yīng)力低，對(duì)于背離地殼剩余拉伸則表現(xiàn)為垂直方向的主應(yīng)力高，而水平方向主應(yīng)力低，斷層能夠通過(guò)改變力場(chǎng)介質(zhì)，會(huì)對(duì)方向大小產(chǎn)生一定影響[2]。我們結(jié)合滇東老廠礦區(qū)的構(gòu)造可以發(fā)現(xiàn)在該地區(qū)地應(yīng)力會(huì)受到構(gòu)造作用的控制，具體來(lái)看我們將該地區(qū)的滲透率與水平主應(yīng)力以及垂直主應(yīng)力進(jìn)行擬合，分析地應(yīng)力對(duì)滲透率的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，滲透率隨最大或最小水平主應(yīng)力增加而減小，當(dāng)最小水平主應(yīng)力高于20MPa，最大水平主應(yīng)力高于30MPa時(shí)，其滲透率低于0.1X10-3md。然而，控制煤儲(chǔ)層滲透性分布是取決于構(gòu)造與現(xiàn)代應(yīng)力的配置關(guān)系，構(gòu)造作用對(duì)于地應(yīng)力非均質(zhì)性分布是十分重要的。從埋藏深度上來(lái)看，該區(qū)域的煤層在最大，最小水平地應(yīng)力以及垂直主應(yīng)力上，隨著埋藏深度增加而呈現(xiàn)地應(yīng)力增加，最大，最小水平主應(yīng)力呈現(xiàn)西南到東北方向遞減，隨著埋深的增加會(huì)相應(yīng)增加，說(shuō)明地應(yīng)力與埋深具有一定聯(lián)系。最大水平主應(yīng)力會(huì)隨埋藏的增加而不斷增加，應(yīng)力值增加最快，說(shuō)明斜率最高，其次為垂直主應(yīng)力。煤儲(chǔ)存壓力與埋藏深度的斜率較小，我們可以利用儲(chǔ)層壓力和埋藏深度，增加其儲(chǔ)層壓力最小且最大水平主應(yīng)力，最大，最小水平主應(yīng)力和垂直主應(yīng)力會(huì)隨深度變化而發(fā)生變化。當(dāng)埋藏深度較小時(shí)，最小水平主應(yīng)力會(huì)高于垂直主應(yīng)力，當(dāng)其達(dá)到一定的臨界值時(shí)，垂直主應(yīng)力等于最小水平主應(yīng)力，當(dāng)大于臨界值時(shí)垂直主地應(yīng)力將高于最小的水平主應(yīng)力。

從煤巖類(lèi)型上來(lái)看，煤巖的力學(xué)參數(shù)是與其應(yīng)用大小具有一定關(guān)聯(lián)的，主要是由于巖石彈性模量高，結(jié)構(gòu)完整，在一定條件下才能夠累積煤層應(yīng)力，由于受到煤變質(zhì)程度，煤巖纖維成份的差異，這樣會(huì)使煤巖與圍巖力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生較大差異，導(dǎo)致不同類(lèi)型的煤巖累積，地應(yīng)力值不同，不同煤巖類(lèi)型，由于巖石性質(zhì)的差異，導(dǎo)致地應(yīng)力方向不同。同時(shí)，不同煤巖類(lèi)型也會(huì)受到構(gòu)造影響，非均質(zhì)性能夠?qū)笃诟脑飚a(chǎn)生影響。

2 地應(yīng)力滲透性分析

當(dāng)前我們從地應(yīng)力對(duì)于煤層滲透率的影響因素上來(lái)看，主要為以下三點(diǎn)：現(xiàn)代地應(yīng)力的特征對(duì)于滲透率的影響，模擬有效應(yīng)力，數(shù)值模擬不同應(yīng)力對(duì)于煤儲(chǔ)層滲透率產(chǎn)生的影響。我們主要從現(xiàn)代地應(yīng)力場(chǎng)對(duì)于煤層滲透率產(chǎn)生的影響上來(lái)看，研究學(xué)者針對(duì)滇東老廠礦區(qū)的煤層以及現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的關(guān)系進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)了該礦區(qū)中南部高滲透率煤儲(chǔ)存的位置[3]。此外，研究學(xué)者還建立最小水平主應(yīng)力以及滲透率的模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其滲透率隨主應(yīng)力增加而減小，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件分析煤層氣滲透率。利用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析了煤層氣井中滲透率比水平的主應(yīng)力、垂直主應(yīng)力之間的關(guān)系。分析了在煤儲(chǔ)層滲透性和壓裂中的重要性，進(jìn)一步也說(shuō)明了地應(yīng)力場(chǎng)能夠直接影響該區(qū)域煤儲(chǔ)層滲透性的分布。通過(guò)對(duì)滲透率與水平主應(yīng)力，垂直主應(yīng)力進(jìn)行模擬計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)滲透率是與水平主應(yīng)力具有指數(shù)關(guān)系的，隨最大最小水平主應(yīng)力增加相應(yīng)減小[4-5]。

3 地應(yīng)力對(duì)滲透率的控制機(jī)理分析

現(xiàn)代應(yīng)力場(chǎng)對(duì)于滲透率的控制與構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)不同，主要存在以下三點(diǎn)[3]：現(xiàn)代應(yīng)力場(chǎng)的活動(dòng)會(huì)超過(guò)其破裂強(qiáng)度，進(jìn)而形成新的構(gòu)造裂縫，同時(shí)會(huì)從一定程度上提升煤儲(chǔ)存的滲透率，較強(qiáng)的現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)會(huì)對(duì)煤巖產(chǎn)生較大破壞性，也會(huì)降低煤儲(chǔ)層滲透率。其次，已經(jīng)發(fā)育的裂縫，其開(kāi)閉狀態(tài)會(huì)受到現(xiàn)代應(yīng)力場(chǎng)大小以及方向的影響?？傊芽p的驅(qū)動(dòng)以及開(kāi)啟度對(duì)于煤儲(chǔ)層滲透性會(huì)產(chǎn)生影響，當(dāng)前地應(yīng)力場(chǎng)對(duì)滲透性的影響是基于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)變形進(jìn)而改變滲透性等。

4 小結(jié)

在本次研究中，我們針對(duì)滇東老廠礦區(qū)地應(yīng)力對(duì)于煤儲(chǔ)存滲透性的影響進(jìn)行分析，并且提出了有關(guān)的控制機(jī)理。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：滿(mǎn)春華（1990-），男，云南大理人，本科，學(xué)士，初級(jí)工程師，研究方向：煤層氣勘探開(kāi)發(fā)。