深层煤岩微构造对现今地应力的控制机理

唐志潭; 刘敬寿; 闫霞; 冯延青; 蒋恕; 张滨鑫; 张冠杰; 付一鸣

doi:10.13745/j.esf.sf.2024.6.26

地学前缘 ›› 2024, Vol. 31 ›› Issue (5) : 344 -357. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.6.26

变质岩和煤储层裂缝研究

深层煤岩微构造对现今地应力的控制机理

唐志潭 ¹ ,
刘敬寿 ¹^,²^,^* ,
闫霞 ³^,⁴ ,
冯延青 ³^,⁴ ,
蒋恕 ¹ ,
张滨鑫 ² ,
张冠杰 ¹ ,
付一鸣 ²

作者信息 +

The control mechanism of deep coal rock microstructure on in situ stress

Zhitan TANG ¹ ,
Jingshou LIU ¹^,²^,^* ,
Xia YAN ³^,⁴ ,
Yanqing FENG ³^,⁴ ,
Shu JIANG ¹ ,
Binxin ZHANG ² ,
Guanjie ZHANG ¹ ,
Yiming FU ²

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摘要

深部煤层气的勘探开发不能简单套用浅部煤层气的勘探开发理论,原因之一在于深煤层地应力制约了煤层气的吸附/解析、渗流等过程,决定了煤层裂隙的有效性,并影响着水平井轨迹设计。因此,开展深部地应力变化规律研究对煤层气的勘探开发具有重要意义。本文以鄂尔多斯盆地大吉区块为例,利用阵列声波测井、微地震监测数据和岩心测试等资料,综合考虑深层煤岩微构造类型与产状、边界应力条件和顶底板岩石力学性质组合等因素,利用ANSYS有限元软件,建立微构造三维地质力学模型,全面分析了微构造的类型、产状和对煤层应力的控制机理。研究结果表明:煤层微构造越平缓,应力分布越均匀,反之应力越容易集中;煤层微构造产状对煤层应力的影响主要为:随着煤层微构造曲率的增大,挠曲处水平应力差会随之增大,且挠曲处周缘水平最小主应力也会越集中。由微构造类型与煤层力学性质、顶底板岩性、边界应力条件等因素交叉模拟得到,正向微构造下的煤层应力与泊松比呈正相关,与杨氏模量呈负相关,而负向微构造则相反。当顶板为灰岩时,煤层应力大小受微构造类型变化影响比顶板为砂岩时更显著。区域应力大小对深部煤层应力的影响相对较小。论文研究成果可为深部煤层地应力成因机制分析、煤层气高效开发和地质工程一体化实践提供有益的参考。