Диссертация (1172988), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Напряжённое состояние в пласте определяет степень развитиясистемы кливажей и трещин. Изменение поля напряжений, действующих в пласте,приводит к размыканию и смыканию кливажей, и, следовательно, приводит кизменениям проницаемости. Следующие явления были объяснены автором Palmer[87].641) При снижении давления в угольном пласте путем первичной добычи метанаувеличиваются эффективные напряжения и уменьшается проницаемость изза увеличения объема угольной матрицы (разбухания) и сжатия системыкливажей.2) По мере снижения пластового давления происходит десорбция метана, и этосопровождается усадкой матрицы угольного пласта, что приводит кразмыканию кливажей и увеличению проницаемости.Многие исследователи изучили эти явления.
Harpalani и другие [88] провелиэкспериментальные исследования для выяснения влияния десорбции метана напроницаемость пласта. Результаты их исследований доказали, что десорбция метанаприводит к усадке угольной матрицы. Gray [89] дальше подтвердил, что приповторной адсорбции метана наблюдается увеличение объема матрицы угольнойпороды (разбухание). Кроме того, экспериментальные работы авторов Fu и других [90]показали, что отрицательный эффект напряжения и положительный эффект усадкиугольной матрицы мало влияют на изменение проницаемости угольного пласта,которое составляет от 0,07% до 1,10% от первоначальной проницаемости, но при этомнаблюдается очевидная закономерность.
На рисунке 2.8 показано типичноеизменение проницаемости угольной породы в зависимости от пластового давления.При более низком давлении наблюдается тенденция повышения проницаемости, окотором свидетельствуют лабораторные эксперименты и полевые исследования вметаноугольных бассейнах San Juan и Raton [87].Проницаемость, мД32.521.510.5002468Давление, МПа1012Рисунок 2.8 Изменение проницаемости в зависимости от давления [87]Результатыизмерения65напряженногосостояниявокрестностишестипараметрических скважин на участке QD бассейна Qinshui показаны в таблице 2.12.В общем, давление смыкания и давление разрыва в пласте S меньше, чем в пласте SW.Минимальное горизонтальное напряжение (давления смыкания трещин припроведении мини ГРП) в пласте S составляет 8,154-10,045 МПа, в среднем 9,047 МПа,градиент напряжения составляет 0,0107-0,0152 МПа/м; минимальное горизонтальноенапряжение в пласте SW составляет 9,590-15,028 МПа, в среднем 11,492 МПа,градиент напряжения составляет 0,0103-0,0174 МПа/м, и находится в нормальныхпределах.Механические свойства породы угольного пласта, кровли и подошвыпредставлены в таблице 2.13.
Породы, окружающие продуктивные угольные пластыучастка QD, в основном состоят из аргиллита и известняка. Механические свойстваугольных пластов, кровель и подошв влияют на эффективность обработкипродуктивных пластов и качества заканчивания скважин.Таблица 2.12 Результаты измерения напряженного состояния научастке QD бассейна QinshuiДавлениеНомер Номерсмыкания,скв.пластаМПаS9,137П1SW9,590S9,442П2SW10,104S8,436П3SW10,612S9,070П4SW15,028S8,154П5SW11,092S10,045П6SW12,527Градиент давлениясмыкания, МПа/м0,01420,01300,01070,01030,01500,01600,01140,01690,01520,01740,01200,0134Давлениеразрыва,МПа10,69212,69416,85321,3428,77810,80514,62617,9888,37010,75214,33017,503Градиент давленияразрыва, МПа/м0,01660,01730,01910,02180,01560,01630,01840,02030,01560,01690,01720,018766Таблица 2.13 Механические свойства кровель, подошв и угольных пластовНомерскв.Название образцаКровля пласта SУгольный пласт SПодошва пласта SП1П2П3Кровля пласта SWУгольный пласт SWПодошва пласта SWКровля пласта SУгольный пласт SПодошва пласта SКровля пласта SWУгольный пласт SWПодошва пласта SWКровля пласта SУгольный пласт SПодошва пласта SКровля пласта SWУгольный пласт SWПодошва пласта SWЛитологияГлубина, мАргиллитУгольАргиллитИзвестнякАргиллитУгольАргиллитАргиллитУгольАргиллитИзвестнякУгольАргиллитАргиллитУгольАргиллитИзвестнякУгольАргиллит640,10-640,40641,50-641,80647,30-647,60732,30-732,60732,60-732,70735,65-735,95739,10-739,40880,10-880,40880,40-887,10887,10-887,40974,90-975,20975,20-979,00979,05-979,35550,30-560,60562,65-565,00567,30-567,60660,70-661,10662,30-662,60664,50-664,80Прочностьна сжатие,МПа24,910,524,047,858,914,523,822,314,528,333,910,813,518,94,523,826,04,828,0Прочность на Характеристики деформациирастяжение, МодульКоэфф.МПаупругости, ГПа Пуассона0,9865,500,24-23,800,292,3430,200,171,3130,200,191,8222,800,12-23,800,271,0850,300,300,7330,120,41-13,800,381,9321,240,363,1726,760,56-13,780,421,1711,560,401,2222,800,32-13,400,281,0850,300,241,7919,600,20-14,600,261,7824,500,2167Продолжение таблицы 2.13Номерскв.Название образцаКровля пласта SУгольный пласт SПодошва пласта SП4П5П6Кровля пласта SWУгольный пласт SWПодошва пласта SWКровля пласта SУгольный пласт SПодошва пласта SКровля пласта SWУгольный пласт SWПодошва пласта SWКровля пласта SУгольный пласт SПодошва пласта SКровля пласта SWУгольный пласт SWПодошва пласта SWЛитологияГлубина, мАргиллитУгольАргиллитИзвестнякАргиллитУгольАргиллитАргиллитУгольАргиллитИзвестнякУгольАргиллитАргиллитУгольАргиллитИзвестнякАргиллитУгольАргиллит791,60-791,90793,20-793,60798,05-798,35884,20-884,60884,60-884,70884,90-885,20889,50-889,80532,60-532,90533,90-534,20539,15-539,40634,53-634,82636,83-637,15639,05-639,35830,80-831,10831,15-838,00838,05-838,35930,65-930,85930,90-931,00931,50-936,00936,05-936,35Прочностьна сжатие,МПа16,99,726,034,526,97,113,320,26,8131,226,09,7226,914,910,524,047,858,914,523,8Прочность нарастяжение,МПа0,94-1,891,331,80-1,042,14-2,431,89-1,940,98-2,341,311,82-1,08Характеристики деформацииМодульКоэфф.упругости, ГПа Пуассона86,400,3124,500,2434,200,2530,000,1822,500,1723,900,4040,400,2745,600,3123,700,3238,700,2934,200,2524,500,2851,600,2165,500,2423,800,2830,200,1730,200,1922,800,1223,800,2650,300,2468Несмотря на то, что значения этих механических свойств изменяются в большомдиапазоне, и существует много факторов, которые на них влияют.
Средние значениямеханических свойств четко отражают влияние литологии на механические свойствапороды. Например, из таблицы 2.13 видно, известняк имеет большую прочность насжатие и растяжение, далее следует аргиллит, уголь – наименьшие прочности;разница в модулях упругости более очевидна, даже на порядок; коэффициентПуассона угля выше, чем у окружающих его пород. Под воздействием напряженийуголь возможно подвергается пластическим деформациям, а вышележащие породы сотносительно высокими прочностями на сжатие и растяжение хорошо выдержаны ибудут играть защитную роль.2.7.8 Метаноносность и химический состав газаМетаноносностью называется количество метана, фактически содержащегося впластовых условиях в единице веса или объема угля или породы (измеряется в м3/тили м3/м3).
Метаноносность в значительной степени определяет запасы и плотностьресурсов метана. Она также обусловливает возможность рентабельной добычи МУП.По мнению Mandal [91], проект добычи МУП может быть экономическижизнеспособным только в том случае, если метаноносность больше 4,5 м³/т ипроницаемость пласта больше 1 мД.Основными факторами, определяющими метаноносность угольных отложений,являются: степень метаморфизмагазопроницаемостьсорбционнаяпласта,способность,углей,влажность,глубинапластовыегеологическаяисториязалегания,давлениепористость ии температура,месторожденияит.д.Метаноносность обычно определяется в лабораторных условиях, ее значения могутварьироваться от единицы до нескольких десятков кубометров в тонне угля.
Обычносчитается, что метаноносность угольных пластов изменяется с увеличением глубиныих залегания. С одной стороны, с увеличением глубины залегания возрастаютпластовое давление и сорбционная способность углей, уменьшается проницаемостьпласта, и герметичность повышается, что положительно влияет на увеличениеметаноносности; с другой стороны, с увеличением глубины растет пластоваятемпература, что приводит к снижению метаноносности пласта. В определенном69диапазоне глубины залегания (до 1000 м) наблюдается тенденция возрастанияметаноносностисувеличениемглубины,азапределыэтогодиапазонаметаноносность может уменьшаться с увеличением глубины [61, 63, 92].Значения метаноносности в МУП добывающих угольных бассейнах СШАсильно отличаются. Например, бассейны San Juan и Black Warrior имеютсравнительно высокие метаноносность и газонасыщенность, и эффективностьразработки месторождения большая.
Метаноносность угля низкого ранга в бассейнеPowder River относительно низкая, и варьируется в пределах от 3,0 до 8,5 м3/т. Какуже упоминалось выше, причины успешной разработки этого бассейна заключаютсяв низкой глубине залегания, большой толщине и высокой проницаемости. Посравнению с другими странами, метаноносность угольных бассейнов в Китае обычновысока.
Результаты исследования распределения метаноносности в бассейне Qinshuiпоказывают, что метаноносность здесь - большая, обычно в пределах от 10 до 20 м3/т,и максимальное значение достигает 37 м 3/т.Метаноносность угольных пластов на изучаемом участке показана в таблице 2.14.Угольные пласты на изучаемом участке QD характеризуются более высокойметаноносностью. Одной из причин высокой метаноносности является наличиекровель с низкой проницаемостью, которые представлены аргиллитами илиплотными известняками.
Как видно из таблицы 2.14, что в общем метаноносностьугольного пласта SW больше, чем метаноносность вышележащего пласта S.Метаноносность пласта S оценивается от 9,2 до 21,9 м3/т на сухую беззольную массу,и преобладают значения 14,8-20,5 м3/т; а для пласта SW - от 14,1 до 25,5 м3/т, ипреобладают значения 18,5-22,0 м3/т.Для участка QD основными факторами, определяющими метаноносностьугольных отложений, являются: содержание витринита, глубина залегания имощность пласта. Зависимости метаноносности от этих факторов показаны нарисунке 2.9. Из рисунка следует, что 1) c повышением содержания витринитавозрастает метаноносность; 2) с увеличением мощности пласта увеличиваетсяметаноносность; 3) с увеличением глубины залегания пласта также наблюдаетсяпостепенноенарастаниеметаноносности,заисключениемскважиныП2,70расположенной вблизи разлома.П2SWSП3SWSП4SWSП5SWSП6SW15,916,219,321,29,912,318,319,215,413,816,517,122,424,724,027,417,116,620,524,423,225,826,630,214,014,116,015,89,09,111,010,812,012,314,013,919,019,421,020,815,515,617,517,820,021,322,022,514,814,818,519,19,210,915,318,613,913,214,116,120,221,921,925,514,014,820,222,319,720,521,724,913,012,915,314,28,38,19,210,510,811,811,913,017,117,219,119,312,713,917,216,317,016,917,918,5Времясорбции, сут.На сухуювоздухоммассуSНа сухуюбеззольнуюмассуSWНа сухуювоздухоммассуП1121212121212121212121212Общее содержание газа, м3/т Метаноносность, м3/тНа сухуюбеззольнуюмассуSНомер образцаНомер пластаНомерскважиныТаблица 2.14 Метаноносность угольных пластов на изучаемом участке4,174,434,524,744,334,244,784,644,274,794,554,484,234,954,134,764,024,144,144,654,024,144,144,65Кроме того, одним из важнейших геологических факторов, влияющих нараспределении метаноносности угольных пластов, является тектоническое строениеучастка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
