第36卷第1期煤 炭 学 报V o.l 36 N o .1 2011年
1月
J OURNAL OF C H I N A COAL SOC I ETY
Jan .
2011
文章编号:0253-9993(2011)01-0065-05
地应力对煤层气井水力压裂裂缝发育的影响
唐书恒1
,朱宝存1
,颜志丰
2
(1 中国地质大学(北京)能源学院,北京 100083;2 河北工程大学资源学院,河北邯郸 056038)
摘 要:以晋城矿区西部3号煤层的地应力及煤岩的力学性质数据为基础,采用数值模拟方法求解
了不同地应力条件下井壁处及天然裂缝缝端的破裂压力,分析了地应力对水力压裂起裂压力、起裂位置的影响。研究发现:起裂压力和起裂位置不但与地应力方位有关,而且与地应力大小有关;随水平主应力差系数增大,天然裂缝与最大水平主应力间的夹角对破裂压力的影响程度增大。对于晋城矿区西部3号煤层,当水平主应力差系数大于0 84时,易产生较为平直的水力主缝;小于0 47时,易于产生网状裂缝;在0 47~0 84时,起裂方位与天然裂缝的分布有关。不同地区,用于判断起裂方位的水平主应力差系数不同。
关键词:地应力;煤层气井;水力压裂;天然裂缝;破裂压力;起裂方位中图分类号:TE357 1 文献标志码:A
收稿日期:2010-06-23 责任编辑:韩晋平
基金项目:国家科技重大专项课题(2008ZX05034-003);国家自然科学基金资助项目(40972108);国家863计划专题课题(2006AA 06Z235);
长江学者和创新团队发展计划(IRT0864)
作者简介:唐书恒(1965 ),男,河北正定人,教授。T e:l 010-********,E -ma i :l t angsh @cugb edu cn
E ffect of crustal stress on hydraulic fracturi ng in coalbed m ethane w ells
TANG Shu heng 1
,ZHU Bao cun 1
,YAN Zhi feng
2
(1 S chool o f En e rgy R esou rces ,China Un i versit y of G eoscie nces (Be i jing ),B eiji ng 100083,China;2 School of R esou rces ,H e bei Un i versit y of E ng ineeri ng,
H andan 056038,Ch i na )
Abst ract :The crusta l stress and m echan ics properties data fro m No 3coa l sea m in the w estern Ji n cheng m i n i n g area w ere ana l y zed .W ith a fi n ite e le m entm ethod ,the f o r m ation fracture pressure at bo reho le w alls and natural fracture tips under d ifferent conditi o ns o f crusta l stress w as ca lculated .The effect o f crusta l stress on i n itiation pressure and azi m uth w as ca lculated .Initiation pressure and azi m u t h are related w ith the m agn itude and direction of cr ustal stress .The i n fl u ence degree of the ang le bet w een a natural fracture and the m ax i m um horizontal princi p al stress on fracture pressure i n creases w ith i n creasi n g princ i p al stress difference coeffic ien.t In No 3coal sea m in the w estern Jincheng m ini n g are a ,hydrau lic m a i n fractures are easy to occur when the coefficient exceeds 0 84,net li k e fractures are easy to occur w hen t h e coeffic i e nt is less than 0 47,and i n itiation azi m uth is related w ith natural fracture distri b ution w hen the coef ficient is bet w een 0 47and 0 84.I n difference areas ,the coeffi c ient used to analyze t h e i n itiati o n azi m u t h is differ ence .
K ey words :cr ustal stress ;coa l bed m ethane ;hydrau lic fracturi n g ;natural fractures ;fracture pressure ;i n iti a ti o n azi m uth 地应力条件不仅对于煤储层渗透性具有重要的影响
[1-2]
,同时,地应力大小和方向也是控制煤层气
井水力压裂裂缝起裂压力、起裂位置及裂缝形态的重要参数。钻井之前,地应力处于平衡状态;钻开井眼,局部扰动破坏了原有平衡状态,井筒周围地应力重新分布。压裂施工后,最初在井筒处产生多条裂缝,这
些裂缝在距井筒一定范围内发生转向或相互扭曲,随着裂缝的延伸,最终在垂直于最小水平主应力方向形成一条裂缝[3]
。水力裂缝起裂方位不但与地应力方
位有关,而且地应力大小也影响裂缝的扩展模式。在进行随机裂缝性储层压裂时,高水平主应力差条件下,容易产生较为平直的水力主缝;在低水平主应力
煤 炭 学 报
2011年第36卷
差条件下,径向网状扩展模式占优势[4-6]
。
目前,关于起裂压力的研究比较充分
[7-10]
,而对
水力裂缝起裂位置的研究较为欠缺。本文以晋城矿区西部3号煤层的地应力和煤岩的力学性质数据为基
础,利用ANSYS 软件,采用数值模拟方法研究了地应力及局部扰动对水力压裂起裂压力、起裂位置的影响。
1 数值模型及方法
1 1 数值模型
模型基于以下假设:岩石线弹性、均质、各向同性,体力为零,垂向作用力不变,压应力为正;不考虑煤层中渗流场、温度场与地应力场的耦合效应。
井筒半径0 1m,考虑到边界效应,地层模型的平面尺寸大于井筒半径20倍。采用直角坐标系,井筒中心为坐标原点,单位m,如图1(a)
所示。
图1 模型边界条件
F i g 1 Boundary cond iti ons of m ode l
模型边界条件如图1(b)所示。左边界x 方向和底边界y 方向约束,右边界施加 H (最大水平主应力),上边界施加 h (最小水平主应力),井筒及裂缝处施加液压p 。
晋城矿区西部3号煤层的弹性模量5 08GPa ,泊松比0 28,抗拉强度0 4MPa
[10]
。3号煤层地应力
特征:最小水平主应力为2 1~11 6M Pa ,平均值为7 5M Pa ;最大水平主应力为4 5~17 9MPa ,平均值为10 0M Pa ;水平主应力差为0~7 7MPa ,平均值为2 4M Pa
[10]
。
1 2 理论模型
水力压裂的力学模型可简化为一个平面问题,相当于两个主应力 H 和 h 作用在有一圆孔(半径为a )的无限大平板上,据弹性力学分析圆孔外任一点M 处的应力为
r =[( H + h )/2][1-(a 2
/r 2
)]+[( H - h )/
2]cos [1-(4a 2
/r 2
)+(3a 4
/r 4
)] =[( H + h )/2][1+(a 2
/r 2
)]-[( H -
h )/2]cos [1+(3a 4
/r 4
)]
r =- r =-[( H - h )/
2]s i n 2 [1+(2a 2
/r 2
)-(3a 4
/r 4
)]
(1)
其中, r 为M 点的径向应力; 为切向应力; r 、 r 为剪应力;r 为M 点到圆孔中心的距离; 为M 点和圆孔中心连线与最大水平主应力 H 的夹角。当r =a 时,由式(1)可得出孔壁上A 、B 两点(图1(a))的应力集中分别为
A =3 h - H ,
B =3 H - h
使孔壁产生张性破裂的外加液压p c 称为起裂压力。不考虑孔隙压力条件下,地层起裂压力等于孔壁破裂处的应力集中加上岩石的抗张强度T ,即
p c =3 h - H +T
(2)
1 3 计算方法
H ossa i n 等
[11]
认为,采用最大拉应力准则作为地
层破裂的判据比其他破裂准则更精确。因此本文以最大拉应力准则作为预测地层破裂的判据。
水力压裂时,工作液压在井壁处产生的拉应力超过岩石的抗拉强度时地层中会出现微裂缝。数值模拟求解出井壁处产生的最大周向拉应力,与岩石的抗拉强度比较,两者相等时的工作压力p c 即为目标地层的起裂压力。研究表明,外加液压与井壁处产生的最大周向拉应力间存在很好的线性关系,由求解数据得出两者的回归方程,代入岩石的抗拉强度,计算出
的工作压力即为一定地应力条件下的地层起裂压力。1 4 地应力条件
水力压裂模拟中要求模拟地层条件,其中最主要的是地应力的大小和分布。水平地应力场的特征可用水平主应力差系数K h (无因次)表示,定义为
K h =
H - h
h
依据晋城矿区西部3号煤层的地应力特征[12]
,
设计的地层应力条件见表1。
表1 地应力数据
Table 1 The data of cursta l stresses
地应力条件
h /M Pa
H /M Pa K h
2104 00 4101 50 6100 67 8100 25 10100 10120 20 10140 40 10160 6066
第1期唐书恒等:地应力对煤层气井水力压裂裂缝发育的影响
2 井筒周围的地应力特征
钻井以后(井筒半径0 1m ),井筒附近原地应力的平衡状态被破坏,引起地应力在井筒附近重新分布。由于井筒对地应力的局部扰动,使最大水平主应力沿井筒周向呈环状分布,最小水平主应力沿井筒呈放射状分布。
图2表示最小水平主应力沿图1(a)中路径AC 、BD 的分布。由图2可以看出,应力集中范围与地应力大小无关,最小水平主应力沿路径AC 、BD 在距O 点(井筒中心)1m 处接近原地应力大小,应力集中的
影响范围约为井筒半径的10倍。Chen Zhong m i n g [13]
也证明应力集中的范围一般不超过5倍井眼直径的
距离。
图2 最小水平主应力沿AC 、BD 路径分布F ig 2 M i ni m u m ho rizontal princ i pa l stress distr i buti on
a l ong AC and BD path
3 裂缝起裂压力
3 1 应力集中对起裂压力的影响
由于应力集中,钻井后井筒附近地应力重新分配,影响范围约为井筒半径的10倍,井筒对地层应力的局部扰动改变了地层的起裂压力。
根据弹性力学理论,不考虑孔隙压力条件下,地层起裂压力等于孔壁破裂处的应力集中加上岩石的抗张强度(式(2))。采用有限元方法求解不同地应力条件下(表1)地层的起裂压力。比较起裂压力的有限元解和解析解,发现二者吻合的很好(图3)。但起裂压力存在负值区域,这时的起裂压力具有一定的
理论意义,说明当水平主应力差足够大时(K h >2),
由于井筒对地层应力的局部扰动,在井壁处可以产生大于地层起裂压力的张应力,不需要外加液压地层即可破裂,在井筒附近形成复杂的裂缝。
图3 起裂压力与3 h - H 的关系
F ig 3 R elati onsh i p bet w een i n itiation pressure and 3 h - H
3 2 天然裂缝对破裂压力的影响
煤储层中(特别是井筒附近)存在各种成因的天然裂缝。天然裂缝不但使岩石抗张强度降低,也改变井筒附近地应力的大小和方向,影响压裂裂缝的起裂、扩展。表2为采用有限元方法计算的天然裂缝与最大水平主应力夹角 为0、30、45、60、90 时,在不同地应力条件下的地层破裂压力。
表2 煤层破裂压力数据
Tab l e 2 Frac ture pressure data of coa l
M P a
地应力条件井壁处破裂压力天然裂缝缝端破裂压力0 30 45 60
90
-3 772 181 853 39 2 204 444 335 497 3611 21 8 186 706 727 568 8011 21 14 158 969 129 6010 2611 21 20 0311 2211 0311 2111 2111 21
18 0211 2211 0311 8412 4913 47 15 9811 2211 0312 1813 4315 73 13 9311 2211 0312 6014 3117 99
11 89
11 22
11 03
12 93
15 17
20 25
由于天然裂缝对地应力的局部扰动,地层破裂压
力不再受井筒引起的应力集中的影响。 值不同,对地应力产生不同程度的影响。图4为不同地应力条件下破裂压力随夹角 的变化。 <30 时,对破裂压力的影响很小,破裂压力由最小水平地应力大小和煤岩的抗拉强度决定。 >30 时,相同地应力条件下,破裂压力随 值增大而增大;但地应力条件不同, 值对破裂压力的影响程度不同。相同地应力条件下,夹角 对破裂压力的影响可用角度影响系数K (无因次)表示,定义为
K =
p c90-p c30
p c30
式中,p c90为 =90 时的破裂压力;p c30为 =30 时的
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煤 炭 学 报
2011年第36卷
破裂压力。图4 破裂压力随夹角 的变化
F i g 4 T he change curves of fract ure pressure w it h
图5反映了地应力条件与K 的关系。随K h 增大K 线性增大,说明随着水平主应力差增大,夹角 对
地层破裂压力的影响程度增大。
图5 K 与K h 的关系
F ig 5 R elati onsh i p bet w een K and K h
4 裂缝起裂方位
若仅考虑井筒引起的地应力局部扰动,水力裂缝的起裂方位由水平主应力特征决定。最初在井壁处
产生多条裂缝,随着裂缝的延伸,最终在垂直于最小水平主应力方向形成一条裂缝
[3]
。Ye w
[14]
认为裂缝
的转向仅存在于近井筒区域。由于应力集中的影响
范围仅限于井筒附近,因此,对裂缝起裂方位的研究特别关注井筒附近区域。
钻井后井筒周围 H 沿井筒周向呈环状分布, h 沿井筒呈放射状分布。压裂施工的外加液压改变了井筒附近的地应力分布,使 H 沿井筒周向呈环状分布, h 沿井筒呈放射状分布。由于井筒周围地应力分布特征,压裂裂缝从井壁处起裂,当水平主应力差较小时,可以形成放射状的多条裂缝[15]
。
煤储层压裂施工后,近井筒区域可以形成复杂的裂缝:一方面是受井筒应力集中的影响;另一方面是由于煤储层近井筒区域存在各种成因的天然裂缝,天然裂缝影响了煤储层的破裂压力和起裂方位。可以通过比较相同地应力条件下井壁处破裂压力与天然裂缝缝端破裂压力的相对大小来研究天然裂缝对起
裂方位的影响。
井壁处及天然裂缝缝端破裂压力数据见表2,两者相对大小可用破裂压力差系数K p (无因次)表示,定义为
K p =
p c2-p c1
p c1
其中,p c1为井壁处破裂压力;p c2为天然裂缝缝端破裂
压力。当K p <0时,水力裂缝沿天然裂缝起裂、扩展;K p >0时,在井壁处垂直最小水平主应力方位起裂。
图6(a)表示不同地层应力条件下K p 的变化情况。随着K h 增大K p 增大;夹角 不同,K p 随K h 的变化趋势不同。相对于每一个夹角 存在一个临界水平主应力差系数K h0,当K h >K h0时,K p >0;当K h 图6 K p 、K h 及K h0、 间的关系 F i g 6 R e l ationsh i ps bet ween K p and K h ,bet ween K h0and 晋城矿区西部3号煤层的地应力及煤岩力学性质条件下,K h0值较小,变化范围在0 47~0 84(图6(b))。K h >0 84时,对应于不同夹角 的K p >0,天然裂缝缝端破裂压力大于井壁处破裂压力;水力裂缝不容易沿天然裂缝延伸,易于在井壁处沿垂直最小水平主应力的方位起裂并延伸,产生较为平直的水力主缝。由于K h 越大,夹角 对地层破裂压力的影响程度越大(图5),因此,K h 越大,越容易产生较为平直的水力主缝。K h <0 47时,对应于不同夹角 的K p <0,天然裂缝缝端破裂压力小于井壁处破裂压力,水力裂缝容易沟通各种成因的天然裂缝,并沿天然裂缝扩展,产生网状裂缝。K h 在0 47~0 84时,水力裂缝起裂方位与天然裂缝的发育类型及分布有关。 68 第1期唐书恒等:地应力对煤层气井水力压裂裂缝发育的影响 参数K h0具有相对性,不同地区的地应力条件不同,K h0大小和变化范围不同,但总可以求出。不同地区,虽然没有统一的K h0值,但地应力对起裂方位的影响可表述为高水平主应力差条件下,容易产生较为平直的水力主缝;在低水平主应力差条件下,径向网状扩展模式占优势[6]。 5 结 论 (1)应力集中使最大水平主应力 H沿井筒周向呈环状分布,最小水平主应力 h沿井筒呈放射状分布。应力集中的影响范围约为井筒半径的10倍。 (2)天然裂缝与最大水平主应力夹角 值不同,对破裂压力的影响程度不同。 <30 时,对破裂压力的影响很小; >30 时,破裂压力随 值增大而增大。随水平主应力差系数K h增大,夹角 对地层破裂压力的影响程度增大。 (3)天然裂缝的存在影响水力裂缝的起裂方位。可以通过比较井壁处与天然裂缝缝端破裂压力大小来判断水力裂缝起裂方位。 (4)水力裂缝起裂方位不但与水平主地应力方位有关,而且与水平主应力差的大小有关。高水平主应力差条件下,水力裂缝易于在井壁处沿垂直最小水平主应力的方位起裂并延伸,产生较为平直的水力主缝。低水平主应力差条件下,水力裂缝容易沟通各种成因的天然裂缝,并沿天然裂缝扩展,产生网状裂缝。 (5)随天然裂缝与最大水平主应力夹角 增大,临界水平主应力差系数K h0以对数形式减小。每一个地区可以求出一组K h0用以判断水力裂缝的起裂方位。 参考文献: [1] 李志强,鲜学福,徐龙君,等.地应力、地温场中煤层气相对高渗 区定量预测方法[J].煤炭学报,2009,34(6):766-770. 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[15] W arp i ns k iN R,Loren z J C.Author s rep l y t o d iscussion of exa m i nation of a cored hydrau lic fract ure in a deep gas w ell[R].SPE 26946,1992. 69 煤层气地球物理测井技术的思考 发表时间：2018-08-06T10:35:55.557Z 来源：《科技中国》2018年3期作者：唐万亨 [导读] 摘要：近一二十年来，随着大气污染，环保形势越来越严峻，煤层气作为一种热值高，燃烧后清洁，被重新审视，成为国际国内崛起的洁净、优质能源和化工原料。作为传统的煤田地质勘探行业，对煤层气这一新型的非常规能源的开采利用须要引起足够的重视。煤层气可以作为能源利用的开采方法，现在主要参照天然气开采模式，即采用地面钻井抽采。作为非传统能源，煤层气的勘探开采工艺肯定区别于传统煤田的工艺，这对勘探开采中起重要作用的 摘要：近一二十年来，随着大气污染，环保形势越来越严峻，煤层气作为一种热值高，燃烧后清洁，被重新审视，成为国际国内崛起的洁净、优质能源和化工原料。作为传统的煤田地质勘探行业，对煤层气这一新型的非常规能源的开采利用须要引起足够的重视。煤层气可以作为能源利用的开采方法，现在主要参照天然气开采模式，即采用地面钻井抽采。作为非传统能源，煤层气的勘探开采工艺肯定区别于传统煤田的工艺，这对勘探开采中起重要作用的测井工作也提出了新的要求。煤层气作为煤田伴生的一种非传统能源，因其的环保性，越来越受到广泛重视，本文就煤层气勘探开采过程中需要用到的测井技术浅谈下想法。 关键词：煤层气；测井技术；勘探开采 煤层气，指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，俗称“瓦斯”，瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。在高温、高压的环境中，在成煤的同时，由于物理和化学作用，继续生成瓦斯。瓦斯是无色、无味的气体，但有时可以闻到类似苹果的香味，这是由于芳香族的碳氢气体同瓦斯同时涌出的缘故。瓦斯对空气的相对密度是0.554，在标准状态下瓦斯的密度为0.716kg/m3，瓦斯的渗透能力是空气的1.6倍，难溶于水，不助燃也不能维持呼吸，达到一定浓度时，能使人因缺氧而窒息，并能发生燃烧或爆炸。瓦斯在煤体或围岩中是以游离状态和吸着状态存在的。瓦斯是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，其主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。如遇明火，即可燃烧，发生“瓦斯”爆炸，直接威胁着矿工的生命安全。因此，矿井工作对“瓦斯”十分重视，除去采取一些必要的安全措施外，有的矿工会提着一个装有金丝雀的鸟笼下到矿井，把鸟笼挂在工作区内。原来，金丝雀对“瓦斯”或其他毒气特别敏感，只要有非常淡薄的“瓦斯”产生，对人体还远不能有致命作用时，金丝雀就已经失去知觉而昏倒。矿工们察觉到这种情景后，可立即撤出矿井，避免伤亡事故的发生。瓦斯爆炸一直是煤矿安全生产的一个重大隐患。近一二十年来，随着大气污染，环保形势越来越严峻，煤层气作为一种热值高，燃烧后清洁，被重新审视，成为国际国内崛起的洁净、优质能源和化工原料。 作为传统的煤田地质勘探行业，对煤层气这一新型的非常规能源的开采利用须要引起足够的重视。煤层气可以作为能源利用的开采方法，现在主要参照天然气开采模式，即采用地面钻井抽采。作为非传统能源，煤层气的勘探开采工艺肯定区别于传统煤田的工艺，这对勘探开采中起重要作用的测井工作也提出了新的要求。下面就煤层气的勘探开采对于测井工作所需要解决的的技术需求，浅谈下想法。 一、勘探过程中的测井 众所周知，气体能够长期保存在地下，有其必要的条件，因而应该从其赋存条件选择合适的测井方法。煤层气作为一种气体，评价其储量，必须有含气量、饱和度、孔隙度、渗透率（绝对渗透率和相对渗透率）、储层压力等。常规的煤田地质测井参数双侧向（DLL）、自然伽玛（GR）、自然电位（SP）、补偿密度（DEN）、补偿声波（AC）、井温（TEMP）、顶角（DEV）、方位角（AZIM）、双井径（CAL）等曲线。这些曲线显然不能满足对煤层气的评价，应引入新的测井参数，对煤层及所赋存的煤层气进行综合评价。补偿中子（CNL）测井，是在贴井壁的滑板上安装同位素中子源和远、近两个热中子探测器，用远、近探测器计数率比值来测量地层含氢指数的一种测井方法。目前广泛使用补偿中子来进行孔隙度测井。利用孔隙度和其它参数结合可以推算出渗透率、饱和度等相关评价参数。这些参数可以有效的对煤层气钻孔中煤层气的储量进行评价。 二、完井开采过程中的测井 固井阶段 煤层气开采井在裸眼井完工后，为了保证抽取生产，需要进行固井完井工艺。在此过程中，需要对固井完井质量进行检查，需要引入水泥胶结测井（CBL）和声波变密度测井（VDL）。两种方法的原理是通过声波幅度进行测井。水泥胶结测井（CBL）可以判断固井水泥环和套管的胶结程度，再引入声波变密度测井（VDL）可以评价水泥环和地层、套管的胶结程度。这些基本上可以解决固井质量评价。基于这两种原理的基础上，最新发展起来了水泥评价测井（CET）和脉冲回声测井（PET）,可以更好的不受外界微小环境及自身所处环境状态的影响，更好的完成水泥胶结评价。 射孔阶段 射孔是采用特殊聚能器材进入井眼预定层位进行爆炸开孔让井下地层内流体进入孔眼的作业活动。煤层气裸眼井固井完成后，需要进行目的层射孔。参考中国石油天然气集团对旗下的五大钻探工程公司（大庆、川庆、西部、渤海、长城）的测井分公司及中国石油天然气集团测井公司的分工，射孔属于测井公司业务的一部分。目前世界各国的射孔技术按输送方式可以分为两类：一是电缆输送射孔；二是油管输送射孔。按其穿孔作用原理可分为子弹射孔技术、聚能式射孔技术、水力喷射射孔技术、机械割缝式射孔技术、复合射孔技术等。煤层气抽采井在固井完成之后，要投入生产阶段，必须要进行目的层的射孔作业，因此射孔作业，也是煤层气测井需要关注的一个方面。 三、结语 煤层气测井是指根据煤层气储层(煤层) 与围岩在岩性物性上的差别，利用自然电位、双侧向（或感应）、微电极、补偿密度、自然伽马、声波时差、声波全波列、中子孔隙度以及井径测井等对其进行测井，煤层不仅是储存甲烷的储层，而且是生成甲烷的源岩。煤层的物理结构是一个双重孔隙，即煤层中有由基质孔隙和裂缝孔隙的孔隙系统，其裂缝孔隙又由主割理(面割理)和次级割理(端割理)组成。煤层甲烷呈三种状态存在于煤中，即以分子状态吸附在基质孔隙的内表面上；以游离气体状态存在于孔隙和裂缝；或溶于煤层的地层水中。由于煤层的物理结构以及煤层气(甲烷)的存储、运移等方面区别于常规天然气，因而传统的常规天然气储层的评价方法不适合于评价煤层气层。综上所述，煤层气测井对于我们传统煤田地质勘探系统的测井工作，面临诸多的新技术、问题和挑战，但是也有我们自身的优势。我们对 摘要：由于我所在的工地，地下室墙板混凝土出现了一些裂缝，我起草了本工程的地下室墙板混凝裂缝的修补方案，同时也对混凝土裂缝的产生、修补有了一定的了解 1、前言 混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均质脆性材料。由于由于混凝土施工、本身变形和约束等一系列问题，使混凝土裂缝成了土木、水利、桥梁、隧道等工程中最常见的工程病害。轻者使内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性等，严重的将威胁到人民的生命、财产。 2、出现混凝土裂缝的原因 从微观上看，混凝土是由水泥、砂、石、空气、水组成的多相结合体，由于混凝土的组成材料、微观构造以及所收外界影响的不同，混凝土裂缝产生的原因也有很多种： 1、大体积混凝土水化时产生的大量水化热得不到散发，导致混凝土内外温差较大使混凝土的形变超过极限而引起的裂缝： 2、混凝土在硬化的过程中由于干缩引起的体积变形受到约束时产生的裂缝，这种裂缝的宽度有时会很大，甚至会贯穿整个构件。 3、在大厚度的构件中，由于混凝土的塑性塌落受到模板或顶部钢筋的抑制，在浇捣后数小时会发生这种由于混凝土塑性塌落引起的裂缝。 4、当有约束时，混凝土热胀冷缩所产生的体积胀缩因为受到约束力的限制，在内部产生了温度应力，由于混凝土抗拉强度较低，容易被温度引起的拉应力拉裂从而产生温度裂缝。（由于太阳曝晒产生裂缝是工程中最常见的现象） 5、混凝土加水拌和后，水泥中的碱与活性骨料中的活性氧化硅起反应，析出的胶状碱—硅胶从周围介质中吸水膨胀，体积增大到三倍从而使混凝土胀裂产生裂缝。 6、在炎热或大风天气，混凝土表面水分蒸发过快以及混凝土水化热高等，在混凝土浇筑后数小时仍处于塑性状态时易产生塑性收缩裂缝。 7、构件承受荷载所产生的裂缝：如、构件在均布荷载或集中荷载作用下产生内力弯矩，出现垂直于构件纵轴的裂缝；构件在较大剪力作用下，产生斜裂缝，并向上、下延伸。 8、当结构的基础出现不均匀沉降时，结构构件受到强迫变形，而使结构构件开裂，随着不均匀沉陷的进一步发展，裂缝会进一步扩大。 9、当钢筋混凝土构件处于不利的环境中，如海洋等时，由于混凝土保护层厚度过薄，特别是混凝土的密实性不良，环境中的氯离子和溶于海水中的氧会使混凝土中的钢筋生锈生成氧化铁。氧化铁的体积比原来金属的体积大得多，铁锈体积膨胀，对周围混凝土挤压，使混凝土胀裂。这种裂缝一般沿钢筋方向，比较容易识别。顺钢筋方向的裂缝发生后，更加速了钢筋锈蚀过程，最后导致保护层成片剥落，这种顺筋裂缝对耐久性的影响较大。 我所在工地的地下室外墙板浇捣的混凝土就出现了裂缝。经分析裂缝产生的原因是： 本工程采用C50这样高强度的混凝土，水灰比较大，虽然加入了减水剂，但还是未能有效抵消混凝土的收缩变形；另外该地下室墙板的厚度较厚，达40mm，因而容易产生较大的内外温差。产生温度和收缩变形，长墙结构所产生的温度和收缩变形在高度方向是自由的，但在纵向却受到另一结构地下室底板的约束，在长墙承受降温和收缩作用时，必将产生缩短变形，受到底板的约束，引起拉应力，当拉应力超过抗拉强度时便引起开裂，这时裂缝方向永远垂直于拉应力方向，故为竖向。 此外本工程外墙混凝土浇筑后并没有严格按要求进行养护。一般来说膨胀混凝土淋水养护须7～14D，最少为7D，在混凝土终凝后2D即可开始浇水养护，而混凝土的膨胀值一般要14D 才基本稳定。同时，掺膨胀剂的混凝土，水化时需水量大，比普通砼更要加强养护，覆盖淋水，使其表面始终处于潮湿条件。 由于施工队是第一次施工如此高强度的混凝土，施工经验不足，在混凝土养护上并没有采取 P13 现浇钢筋混凝土板的裂缝板裂缝产生的原因较多，裂缝形状各异，在房屋建筑中普遍存在。 1）挑檐、遮阳板、外廊等悬挑板裂缝。这些构件裂缝有两类：一是由于纵向受力钢筋施工时被踩，位置下移，截面有效高度减小，或超载所造成的垂直于纵向钢筋挑板根部的受力裂缝，这类裂缝一旦出现，宽度较大，是影响承载力的受力裂缝，有的工程挑檐、阳台因纵向钢筋严重位移，在拆模时造成倾覆破坏；二是由于温度影响产生平行于纵向钢筋的胀缩裂缝，其宽度随外挑长度和结构单元长度的不同而不等，这类裂缝几乎所有这些构件中到处可见，在冬夏温差大的地区房屋中更为突出。 2）大跨度（长向7M以上）双向板裂缝。其一是地板不规则裂缝，这类裂缝由于董其施工养护条件差，拆模板过早，尤其寒冷地区没有保温施工措施，出现不规则收缩裂缝；其二是因酷热夏天施工，浇灌混凝土后没有及时喷水养护，板面混凝土脱水过快，出现板面的不规则收缩裂缝。这类裂缝较细，有的不仔细看不易发现。 3）建筑物平面长度较大，没有采取留施工后浇缝等措施，施工时因混凝土硬化收缩而使用过程中温度影响，楼板产生裂缝。这类裂缝在楼梯口、大洞口、平面变截面以及平面的延长方向中部更为明显，尤其这些部位的屋顶板裂缝将在板和梁中同时出现，而且裂缝宽度较其他层较大。 值得注意的是，地处我国北方地区的钢筋混凝土结构房屋，由于冬季与夏季的温度差大，在施工期间夏季浇灌构建混凝土，入冬后尚未完成建筑的围护结构，使结构处于外露状态，造成梁板因温度影响产生裂缝。 P32 为防止或减轻钢筋混凝土梁板的胀缩裂缝应采取以下措施： （1）房屋及外墙面设置有效的保温隔热措施，是防止或减小梁板受温度影响胀缩裂缝的主要途径。 （2）跨度较大、截面较高的非预应力混凝土大梁，腰筋满足规范的规定外，直径宜适当加大，间距适当加密。 （3）平面楼层每隔30m左右设置施工后浇缝（图片）待一个月后采用比设计强度等级提高一级的无收缩混凝土（采用硫铝酸盐水泥或加产生自应力的外加剂配制）灌填严实，并加强养护。 （4）外露的挑檐、雨罩、阳台、挑廊等结构，每隔10-15m留一道伸缩缝，位置宜在柱子处，宽度10mm。挑檐、雨罩如采用卷材防水，在伸缩出或连通铺设；当刚性防水时，则应同阳台，挑廊一样，采用防水密封胶嵌缝（图片）。这些构件的分布钢筋直径宜适当加大，间距加密。 （5）厚度大于160mm的大跨度现浇板，单向板的分布钢筋直径宜适当加大，间距加密；双向板宜增设跨中上部钢筋，可将支座上钢筋的1/3拉通，或另设双向防裂网，与板支座上钢筋按搭接长度。施工中浇灌混凝土后应加强养护。 P48 聚合物砂浆 聚合物砂浆是由聚丙烯酸、聚醋酸乙烯等乳液与水泥、砂子组合而成，为无机材料，具有良好的渗透性，与混凝土、砖砌体材料粘接性能良好，耐久、耐高温。聚合物砂浆是韩国开发的新型材料，组成高强钢绞线网-聚合物砂浆加固技术。中国建筑科学研究院抗震所和清华大学对这种加固技术的材料进行了国产化的开发研究，近几年来得到迅速发展和应用， 煤层气井钻井完井技术浅议 蒋作焰 【摘要】：煤层在储层物性、机械力学性质及储集方式等方面具有与常规油气储层不同的特征；这些特征决定了煤层气井钻井、取心、完井及储层保护诸技术的特殊性。据此，我们从钻井完井工程的角度分析了现有技术存在的问题和制约煤层气开发效果的主要因素。研究并形成了一整套煤层气井的取心技术、储层保护技术和完井技术。这套技术应用于中国多个煤层气试验开发区，不仅满足了地质评价的需要，也为实现煤层气工业性开采起到了积极推动作用。 【关键词】：煤层气钻井技术完井技术 【作者】：蒋作焰2006年毕业于长江大学石油工程专业，中原石油勘探局钻井一公司工程师。 前言 煤层气又称煤层甲烷,是一种优质高效清洁能源。凭借良好的安全效益、环保效益和经济效益，煤层气的勘探开发已在国际上引起广泛的关注。我国煤层气资源十分丰富,但是目前我国的天然气勘探开发还处于起步阶段。中原钻井通过多年的攻关研究和试验，形成并掌握了一整套适合煤层气的钻井完井工艺技术，其内容包括：煤层造穴技术、连通技术、煤层井眼轨迹控制技术、水平分支井技术、充气欠平衡钻井技术、煤层绳索取心技术、煤层气完井技术、煤储层保护技术、煤层气井完井技术等。 一、煤层气井钻井完井的特殊性 煤层气钻井完井技术是建立在煤层地质力学性质及开采要求基础之上的。煤层具有不同于其他储层的特殊地质特性表现在以下几个方面： 1、井壁稳定性差，容易发生井下复杂故障。 煤层机械强度低，裂缝和割理发育，均质性差，存在较高剪切应力作用。因而煤层段井壁极不稳定，在钻井完井过程中极易发生井壁坍塌、井漏、卡钻甚至埋掉井眼等井下复杂。 2、煤层易受污染，实施煤层保护措施难度大。 煤层段孔隙压力低且孔隙和割理发育，极易受钻井液、完井液和固井水泥浆中固相颗粒及滤液的污染；但在钻井完井过程中，为安全钻穿煤层，防止井壁坍塌，又要适当提高钻井液完井液的密度，保持一定的压力平衡。这就必然会增加其固相含量和滤失量，加重煤层的污染。因此，存在着防止煤层污染和保证安全钻进的矛盾，从而使实施煤层保护较油气层更为困难。 3、煤层破碎含游离气多，取心困难。 新亚洲花园裂缝处理方案 一、成因概况： 工程裂缝是影响建筑工程使用极限状态的主要因素。裂缝产生的原因主要是变形作用，如温度变形、收缩变形、基础不均匀沉降变形等诸多因素，统称为变形作用引起的裂缝问题，此类裂缝几乎占全部裂缝的八成以上。变形裂缝涉及到结构设计、地基基础、施工技术、材料质量及环境状态等诸多因素，特别是泵送混凝土施工工艺的发展，使得混凝土裂缝控制的技术难度大大增加，泵送混凝土的收缩变形约为6×10-4~8×10-4，水化热也大幅度增高。在结构设计方面超静定框架和剪力墙新结构体系约束度显著增加，约束应力相应增加，对于承受很大温差和收缩作用的现浇楼板、大截面梁、剪力墙及长墙等约束度较高的结构，裂缝的概率依然很高。变形作用引起的开裂多发区经常在高层建筑的地下室及地上一、二层强约束区以及项层温差及收缩激烈波动区。混凝土早期裂缝一般出现在一个月内，中期裂缝约在六个月内，其后一至二年或更长时间属于后期裂缝。混凝土裂缝是不可以避免的，其后一至二年或更长时间属于后期裂缝。混凝土裂缝是不可以避免的，其微观裂缝是本身物理力学性质决定的，最严格的允许裂缝宽度为0.1mm。当结构所处的环境下正常，保护层厚度满足设计要求，无侵蚀介质，钢筋混凝土裂缝宽度可放宽至0.4mm；在湿气及土中为0.3mm；在海水及干湿交替中为0.15mm。 对于沿钢筋的顺筋裂缝有害程度高，必须处理，距离五至十米时可看清的0.5mm至1.0 mm的裂缝是必须修补的，呈网状密 布的裂缝，因外观要求必须处理，对有渗水的任何宽度裂缝必须处理。上述裂缝经处理后满足正常使用要求，不应据此降低质量评定等级。 二、楼地面可见裂缝处理方案： 楼地面裂缝产生的主要原因为强约束区的过大约束力超过混凝土的极限抗拉能力而接裂。本工程开裂部位外面有悬跳板，板筋为双层配筋，底筋为分离式配筋，在转角处仅在上层有放射筋，对于边续式板不宜采用分离式配筋，应采用上下两层连续式配筋，对转角处的楼板宜配上下两层放射筋。 对于整栋楼的可见裂缝及局部网状裂缝化学灌浆处理，凿掉抹灰层，查找结构有无裂缝，对于结构裂缝用压力灌浆机将水溶性聚氨脂灌浆料以0.3Mpa的压力灌入，持压5分钟，到充实为止，清理后修补抹灰层，经处理后仍能满足设计的使用要求。 裂缝化学灌浆处理方法： （一）、材料规定： 1、混凝土结构裂缝修补用的化学灌浆材料应符合下列要求: ⑴、浆液的黏度小,可灌性好。⑵、浆液固化后的收缩性小,抗渗性好。⑶、浆液固化后的抗拉，抗压强度高，有较高的黏结强度。 ⑷、浆液固化时间可以调节，灌浆工艺简便。⑸、浆液为无毒或低毒材料。 2、化学灌浆材料主要有甲基丙烯酸脂和环氧树脂类材料，在工程中应用时浆液应进行试配，其可灌性和固化时间应满足设计、施工要求。浆液配方可参照附表进行。有充分试验依据的性能可靠的其他配方也可采用。 环氧树脂浆液配方附表 第33卷 第1期 2009年2月 测 井 技 术 WELL LO GGIN G TECHNOLO GY Vol.33 No.1Feb 2009 基金项目:国家科技大专项大型油气田及煤层气开发课题煤层气地球物理测井技术研究(2008ZX50352002)作者简介:张松扬,男,1963年生,博士,高级工程师,现为煤层气地球物理测井技术研究课题组组长。 文章编号:100421338(2009)0120009207 煤层气地球物理测井技术现状及发展趋势 张松扬 (中国石化石油勘探开发研究院,北京100083) 摘要:在煤层气勘探开发中,地球物理测井是识别煤层、分析煤层特性、评价煤层气储层的重要手段。煤层气储层具有非均质性和各向异性较强、孔隙结构复杂的特点,常规油气勘探中测井解释评价的基本模型在煤层气解释中不能直接套用,必须建立适合煤层气测井的解释方法和模型,才能对煤层气做出正确评价。通过煤层气勘探开发测井技术应用调研,对煤层气测井采集技术、解释评价技术及面临的技术难题进行了阐述,指出当前煤层气勘探开发测井技术的发展趋势。认为我国未来煤层气测井技术的发展将向成像测井技术的应用、煤心刻度测井技术的应用,井中和井间地球物理技术的结合等方向发展。关键词:测井技术;煤层气;解释评价;发展趋势中图分类号:P631.81 文献标识码:A Actualities and Progresses of Coalbed Methane G eophysical Logging T echnologies ZHAN G Song 2yang (Petroleum Exploration and Production Research Institute ,SINOPEC ,Beijing 100083,China ) Abstract :The geop hysical logging technologies are important means to identify coal bed ,analyze coal bed t rait and evaluate t he coalbed met hane reservoir in t he process of coalbed met hane explo 2ration and develop ment.The conventional log interp retation and evaluation models for oil explo 2ration can not be directly used in coalbed met hane evaluation ,because t he coalbed met hane reser 2voir is different from t he oil reservoir in t he following aspect s.It has higher heterogeneity ,higher anisot ropy ,and more complex porosity.The interpretation met hod and model suitable to t he coalbed met hane logging should be established to correctly evaluate t he coalbed met hane reser 2voir.After st udying t he coalbed met hane exploration and develop ment technologies in recent years ,expounded are data acquisition technology ,data interp retation technology in coalbed met h 2ane logs ,t he technology challenges we face and coalbed gas develop ment t rend.It is believed t hat t he coalbed met hane log technology in China should make p rogress by applying imaging logging ,coal core calibration logging ,and combined in 2well and between 2well seismic technologies.K ey w ords :logging technology ,coalbed met hane ,interp retation &evaluation ,develop ment t rend 0 引 言 地球物理测井是煤层气勘探开发配套工艺技术之一,可以提供高精度的煤层气储层测井地质信息。开展煤层气地球物理测井评价技术的研究具有重要意义和广阔应用前景[1210]。近年来,我国煤层气地球物理测井技术研究已取得长足发展[11220]。原地质 矿产部华北石油地质局数字测井站自1991年率先开始在安徽淮南、河南安阳、山西柳林等地区开展了地球物理测井在煤层气储层评价中的应用研究,取得了定性识别煤层特性等方面的一些进展[5,11212]。中国石油集团测井有限公司自1997年开始,先后在山西大城、晋城、吴堡、大宁-吉县和安徽淮北地区对煤系地层应用测井新技术开展相应的煤层气储层 鼎湖森邻一期工程住宅楼裂缝修补施工方案 编制人： 审核人： 审批人： 施工单位：中国建筑第四工程局有限公司编制时间：2011年03 月20 日 一、工程概况： 一期工程为框剪结构，总面积为20000㎡均由A 、B 、C 、D 、J 栋组成，其中A 栋10层、D 栋7层其余均为6层，根据现场观察裂缝主要在客厅及阳台部位，介于第三方检测对此工程建议该裂缝处理采用注射灌浆封闭施工进行处理。 二、专业施工人员： 项目经理： 张益江 项目负责人：张益江 技术负责人：王刘辉 现场负责人：吴康尚 三、裂缝灌浆封闭施工方案 1 2．施工方法：根据现场情况灌浆前应对裂缝进行处理，其处理方法可分为： （1）表面处理法。对于混凝土构件上较细（宽度小于0.3mm 或以上）的裂缝沿着裂缝把缝口修宽，用钢丝刷等工具，清除裂缝表面的灰尘、白灰、浮渣及松散层等污物；然后再用毛刷蘸甲苯、酒精、丙酮等有机溶液，把裂缝两侧擦洗干净并用吹风吹干，保持干燥。 （2）埋设灌浆嘴（管）：表面灌浆处理的裂缝，可用灌浆嘴； ①在裂缝交叉处、较宽处、端部以及裂缝贯穿处，钻孔内均应埋设灌浆嘴。其间距当缝宽小于1㎜时为350～500㎜，当缝宽大于1㎜时为表面处理法 压力灌胶法 填充密封法 检 查 埋设灌浆嘴、管 500～1000㎜。在一条裂缝上必须有进浆嘴。 ②埋设时，先在灌浆嘴（管）的底盘上抹一层厚约1㎜的环氧树脂浆 液，将灌浆嘴的进浆孔骑缝粘贴在预定的位置上。 （3）压力灌胶法：在一定时间内，以较高压力将修补裂缝用的注浆料压入裂缝腔内；此法适用于处理结构贯穿性裂缝，沿着裂缝把缝口修宽,用钢刷、丙酮洗刷干净后用吹风吹干，再用胶带沿缝口贴满。找到缝口最宽的部位安灌浆嘴，然后用胶封牢胶带的部位，等胶达到凝固时间；此时采取压力灌胶（灌胶之前排除缝内空气再灌胶），灌胶效果达到出胶口出胶才算密实，然后把进胶管和出胶管用扎丝绑牢；根据气温条件，气温高24小时能达到凝固强度，气温低则需更长的时间才能达到凝固强度。 （4）填充密封法：在构件表面沿裂缝走向骑缝凿出槽深和槽宽分别不小于20㎜和15㎜的U形沟槽，然后用改性环氧树脂或弹性填缝材料充填。 3. 密封应根据不同裂缝情况来确定。其封缝方法可分为： (1) 环氧树脂胶泥封缝。对于裂缝为0.6㎜的，可用环氧树脂胶泥封闭。先在裂缝两侧（宽20～30㎜）涂一层环氧树脂基液，后抹一层厚1㎜左右、宽20～30㎜的环氧树脂胶泥。抹胶泥时应预防产生小孔和气泡，要刮平整，保证封闭可靠。 (2) 胶封缝。对于裂缝为1～2㎜的，可用胶封缝。可先在槽面上，用毛刷涂刷一层（厚1～3㎜）胶，涂刷要平整均匀，防止出现气孔和波纹，在抹水泥砂浆封闭。 (3) 胶封缝。对沿着裂缝把缝口修宽，可用胶封缝。找到缝口最宽的部位安灌浆嘴，然后用胶封牢胶带的部位，等胶达到凝固时间；此时采取压力灌胶（灌胶之前排除缝内空气再灌胶），灌胶效果达到出胶口出胶才算密实，然后把进胶管和出胶管用扎丝绑牢；根据气温条件，气温高24小时能达到凝固强度，气温低则需更长的时间才能达到凝固强度。 (4) 裂缝封闭后应进行压气试测，检查密闭效果。试测需待封缝胶泥或砂浆有一定强度时进行。试测前沿裂缝涂一层肥皂水，从灌浆嘴通入压缩空气，凡漏气处，应予修补密封至不漏气为止。 因其具有改善能源结构，缓解能源压力，保障煤矿安全生产，保护环境等优点，近年来，煤层气开发利用成为能源勘探的一个亮点。为进一步加大煤层气抽采利用力度，强化煤矿瓦斯治理，减轻煤矿瓦斯灾害，国务院办公厅于2006年6月发布了《关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的若干意见》。在煤炭资源勘探日趋减少的情况下，煤层气勘探给煤炭地质勘探带来了一个新的发展机遇。 1煤层气测井现状 ①早先国内各大石油勘探局（公司）凭着技术、 仪器设备的优势和固井、射孔、压裂方面的能力，率先进入煤层气测井市场，测井项目、测井参数、报告格式均按照石油测井模式进行。现行的唯一一个煤层气测井规程--《煤层气测井作业规程》（中联煤层气有限责任公司企业标准Q/CUCBM 0401-2002）基本照搬了石油测井的标准。测井仪器系统有CSU- D 、SKD-3000、SKH-2000、SKN-3000等等。 ②随着煤层气测井市场的不断扩大，许多煤田 勘探测井队伍进入煤层气测井市场，测井仪器设备主要有美国蒙特系列Ⅲ数字测井仪、渭南煤矿专用设备厂的TYSC 型和北京中地英捷物探仪器研究所的PSJ-2型数字测井仪系统。 2煤层气测井仪器对比分析 ①石油测井仪器设备具有组合化程度高、可测 参数多等优点，如感应测井、地层产状测井、微球聚焦等仪器。但仪器体积大、笨重，施工成本高，采样间隔大，解释精度低。 ②美国蒙特系列Ⅲ数字测井系统方法仪器多， 配备有中子、全波列、产状仪等，基本可以满足煤层气测井参数要求；渭南煤矿专用设备厂的TYSC 型数字测井仪需要另外配备其它仪器厂的补偿中子、双侧向、全波列等测井探管；北京中地英捷物探仪器研究所基本可以配全煤层气测井仪器系统。这些煤田测井仪器设备均具有轻便灵活的特点，虽然组合化程度比石油测井仪器低，但对于煤层气钻孔只是 n ×100m 的孔深来说，效率并不低，而采样间隔密，解 释精度高，施工成本低，适用于煤层气测井。 3测井地质成果 煤层气测井的主要地质任务为： ①划分钻井岩性，进行岩性分析；②确定煤层的深度、厚度及其结构； ③进行煤质分析，计算目的煤层的固定碳、灰 分、水分及挥发份，计算目的煤层的含气量； ④进行含水性、渗透性分析； ⑤测量钻井的井斜角和方位角，计算钻孔歪斜 情况； ⑥测量井温，了解储层温度； ⑦检查固井质量，评价水泥环的胶结情况等。 对于钻井岩性的划分和煤层深度、厚度及其结构的确定，可以说是煤田测井仪器的强项，其较高的仪器分辨率可以划分煤层中10cm 左右的夹矸，井温、井斜测量也可以进行连续测量。在煤质分析、碳、灰、水及含气量计算中，其关键是选择计算参数。在一个地区实施煤层气测井，要尽量收集目的煤层的各项实验室指标，并将其与测井的各项参数进行对比，找出相关关系，以便使测井计算出的煤层各项指标更客观、更接近实际。 作者简介：赵保中（1956—），男，物探工程师，长期从事地球物理测 井、地质勘探等工作。 浅谈煤层气测井技术 赵保中，郑应阁，吴正元 （河南省煤田地质局二队，河南洛阳471023） 摘要：目前用于煤层气测井的主要设备有美国蒙特系列Ⅲ数字测井仪、渭南煤矿专用设备厂TYSC 型和北京中地英捷物探仪器研究所PSJ-2型数字测井仪系统。煤层气裸眼井常测的参数有自然伽马、长短源距人工伽马、自然电位、双侧向、双井径、声波、补偿中子、井温、井斜等，而固井质量检查测井则用自然伽马、声幅、声波变密度和磁定位等方法。受井径过大的影响，密度三侧向测井、声速和补偿中子测井会存在较大误差。另外《煤层气测井作业规程》是单一企业标准，其中有些规定在实际执行过程中存在诸多问题，需在实践中进行修正。关键词：测井仪器；测井方法；固井；测井规范；煤层气中图分类号：P631.8 文献标识码：A 文章编号：１674－1803（２００8）12－００32－０2 中国煤炭地质 COAL GEOLOGY OF CHINA Vol．20No．12Dec ．２００8 第20卷12期２００8年12月 煤层气井出水 截至2010年底，全国累计完成煤层气（煤矿瓦斯）抽采量为88亿立方米，但利用量仅为36亿立方米（地面14.5亿立方米和井下73.5亿立方米），抽采和利用率均较"十一五"规划目标差距较大。而按照规划，到2010年底，全国煤层气抽采量应达100亿立方米，利用量达80亿立方米。 2011年，煤层气（煤矿瓦斯）抽采量115亿立方米，利用量53亿立方米，同比分别增加36.7%和51.4%。其中，井下瓦斯抽采量92亿立方米，利用量35亿立方米，同比增加22.7%和52.2%；地面煤层气产量23亿立方米，利用量18亿立方米，同比增加54.7%和47.5%。2012年全国煤层气产量125亿立方米，利用总量52亿立方米，不足国内天然气利用量的4%，且未完成产量155亿、利用量80亿的年度目标. 1根据国外煤层气长期开发的成功经验，煤层气的排采生产过程一般分为3 个阶段a. 排水降压阶段生产初期阶段，需进行大量排水，使煤储层压力下降。当储层压力下降到临界解吸压力以下，气体才能开始产出。这一阶段所需的时间，取决于煤层气地质条件和储层特征等因，当地质储层条件相同时，则取决于排水速度。 b. 稳产阶段随着排水的继续，气产量逐渐上升并趋于稳定，出现产气高峰，水产量则逐渐下降。该阶段持续时间长短取决于煤层气资源丰度和储层的渗透性特征。 c. 产量递减阶段当大量气体已经产出，煤基质中解吸的气体开始逐渐减少，尽管排水作业仍在继续，气产量和水产量都在不断下降，该阶段延长的时间较长，可达10 a 之久。 2.压裂工程对地下含水层的影响 煤层气井增产强化工程主要包括射孔和水力压裂两部分，压裂作业是最有可能对地下水造成影响的环节。由煤层气产出机理和开发工程分析可知，压裂在近井地带形成一条高导流能力的裂缝，为煤层水和煤层气提供一条顺畅的通道，加速排水降压及煤层气的产出。煤层气压裂主要是使裂缝沿煤层延伸，以保证最大泄流面积及最大产气效果。垂向上，煤层气井压裂缝在目标煤层附近的区域产生一定的高度，从而造成煤层顶板含水层的破坏；横向上，由于煤层气井的服务年限一般较长，长期排采会导致目标煤层中的水大量产出。在构造或水文地质条件较复杂的地区，压裂作业可能会以各种方式影响目标煤层附近的地层，导致煤层气井排采时对邻近地层的含水性造成一定程度的影响。 3 山西沁水盆地南部太原组煤储层产出水氢氧同位素特征 所采集的地表水15号煤层顶板灰岩水、煤层气井排出水和15号煤层水的氢氧同位素数据均分布在我国大气降水线附近, 氢氧同位素组成也均在我国大气降水的氢氧同位素组成范围内。说明地表水、煤层顶板灰岩水、煤层气井排出水和15号煤层水的原始来源均为大气降水, 受大气降水补给。排采15号煤的煤层气井排出水是煤层水和煤层顶板灰岩水的混合水。15号煤储层和顶板灰岩之间存在较强的水力联系,煤层在排水过程中接受灰岩水的大量补给。 2006年3月第21卷第2期 西安石油大学学报(自然科学版 Jourml of Xi’an Shiyou University(Natural Science Edition Mar.2006Ⅷ21N02 文章编号:1673—064X(200602—0029—04 压裂水平井裂缝参数优化研究 Optimization of the fracture parameters of fractured horizontal wells 高海红1,程林松1,曲占庆2 (1中国石油大学石油天然气工程学院,北京102249;2.中国石油大学石油工程学院,山东东营257061 摘要:裂缝是影响压裂水平井产能的主要因素,为了成功的压裂水平井,在压前的施工设计中要充分考虑裂缝参数的优化.利用电模拟实验研究了裂缝参数与压裂水平井产能的关系,所考虑的裂缝参数包括:水平井筒与裂缝夹角、裂缝长度、水平井筒长度、裂缝数目、裂缝位置及裂缝间距等.研究表明:产能随水平井筒与裂缝夹角的增大而增大,超过45。后产能增加的趋势变缓;产能随裂缝长度的增加而增加,但在具体的油藏地质条件下存在最优的裂缝长度和水平井筒长度的匹配;实验中压裂水平井的最优裂缝数为3~5条,其中外裂缝对产能的贡献最大;产能随裂缝问距的增大相应增加.裂缝参数的优化研究可为压裂水平井的施3-设计提供理论性指导. 关键词:水平井;压裂设计;裂缝参数优化;产能 中图分类号:TE357.1+3文献标识码:A 国内外油田开发实践证明,水平井压裂后可更大范围地沟通未动用的油气层…,极大地提高油藏的采出程度,目前已成为广泛应用的采油新技术.压裂后裂缝是影响 这么完整的混凝土裂缝修补方案,必须一看 第一节参考资料 《混凝土结构加固设计规范》(GB 50367-2013); 《工程结构加固材料应用安全性鉴定规范》(GB50728-2011); 《建筑现场临时用电安全技术规程》(JGJ46-2005); 《建筑施工高处作业安全技术规程》(JGJ80-91); 《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001); 第二节裂缝产生原因 混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施工和本身变形、约束等一系列问题，硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝，正是由于这些初始缺陷的存在才使混凝土呈现出一些非均质的特性。 微裂缝通常是一种无害裂缝，对混凝土的承重、防渗及其他一些使用功能不产生危害。但是在混凝土受到荷载、温差等作用之后，微裂缝就会不断的扩展和连通，最终形成我们肉眼可见的宏观裂缝，也就是混凝土工程中常说的裂缝。 根据裂缝的类型不同，修补所采用的材料与方法也不相同。按照裂缝的 现状可分为静止裂缝、活动裂缝和正在发展的裂缝。 第三节主要施工方法 一、施工分类 对于塑性裂缝和干缩裂缝只要确认其宽度超过0.1mm，裂缝深度尚未达到保护层深度，并且裂缝已经处于静止状态，为确保建筑物的安全性能和使用年限的耐久性，就必须进行修补恢复，其修复方法可采用表面封闭法。 对于塑性裂缝和干缩裂缝的活性裂缝，可待其基本稳定后再进行处理或裂缝处理后采取补强加固措施，使用压力注胶法限制其裂缝的开展。 对于温度裂缝的修复，因温度裂缝一般宽度较大，且以周期性活动裂缝居多，可采用粘度低、粘结性好、弹性模量较小且柔性较好的结构胶灌注，然后根据构件内力计算，对构件进行外部粘贴纤维法加固。 二、施工工艺 ①表面封闭法操作步骤如下： 1、使用钢丝刷或角磨机配金刚石角磨片打磨裂缝四周不小于20mm 的范围，目的是清除混凝土表面炭化部分和污染物，打磨深度为1~3mm。 2、用脱脂棉丝蘸丙酮或酒精擦洗打磨过的区域，以去除混凝土粉末和灰尘。 3、调配环氧石英砂浆，要求石英砂干燥且粒径大于0.1mm 的颗粒不超过总重的50%;环氧树脂和固化剂的比例按固化剂的使用要求;石英砂的掺加数量根据和易性调配。 4、在裂缝周边打磨区域表面涂刷一层环氧浆液，以利于后抹材料与混凝土的结合。 5、用专用抹压工具将调配好的环氧砂浆抹压于裂缝表面，待砂浆固化后即可进行装饰工作及后序施工。对于塑性裂缝和干缩裂缝，如果确认其宽度超过0.1mm 或更大，裂缝深度已经达到或超过保护层深度，并且裂缝已经处于静止状态，其修复方法可采用表面凿槽法，操作步骤如下： (1) 使用电锤或钢钎沿裂缝走向在混凝土表面凿槽，槽宽和槽深根据裂缝深度和有利于封缝来确定，一般槽深大于等于裂缝深度，槽宽不小于20mm 为宜。凿槽时注意应先沿裂缝打开，再向两侧加宽。 (2) 使用钢丝刷或角磨机配金刚石角磨片打磨裂缝两边不小于20mm 的范围，目的是清除混凝土表面炭化部分和污染物，打磨深度为1~3mm。 (3) 用吹风机吹净沟槽内外的浮灰尘，再用脱脂棉丝蘸丙酮或酒精擦洗沟槽的内表面和周遍打磨过的区域，以彻底去除沟槽内外的混凝土粉末和灰尘。 建设工程 地库顶板裂缝加固工程 合肥科创建设加固有限公司 二零一六年四月 一、工程概况： a.工程名称：地下室顶板裂缝修补工程 b.建设单位： c.施工内容：1、裂缝灌注结构胶，碳纤维辅助粘贴 2、C-D/8-9轴、E-F/8-9轴地下室顶板加固工程 二、编制依据 三、施工方案 1、裂缝修补施工 对大于的裂缝采用灌注结构胶进行处理，对小于的裂缝进行结构胶封闭处理，裂缝封闭宽度为40mm厚度不小于4mm 。 施工前，我单位将用裂缝检测仪将裂缝宽度查出，根据不同裂缝宽度进行不同的加固施工。 1.主要材料： 工程师自动压力灌浆器、AB-1灌浆树脂、原子灰，其它材料（1）、工程师自动压力灌浆器 工程师自动压力灌浆器是一种袖珍式可对混凝土微细裂缝进行自动灌浆注入的新型工具。 1.底座 2.前盖 3.连接头 4.软管 5.筒体 6.拉杆 7.弹簧 8.后盖 9.拉环 图1 工程师TM 自动压力灌浆器构造 （2）AB-1灌浆树脂 AB-1型树脂为灌浆专用胶：对于微细裂缝（>）灌浆处理。AB-1型树脂初凝时间30min （20℃），终凝时间24h （20℃）。 AB 树脂性能 型号 类型 粘度（20℃） 抗压强度 （Mpa ） 拉伸强度 （Mpa ） 粘接强度 （MPa ） 延伸率 （%） AB-1 溶剂型 60-100 ≥35 >15 > 8 2）施工步骤 1- 基层处理：清除裂缝表面的灰尘、油污； 观测裂缝 清洁裂缝 预留并安设底座 封闭裂缝 核定裂缝数 安设灌浆器、浆液注入 拆除灌浆清除封缝浆及底结束 1 2 3 4 5 6 7 6 9 8 山西煤层气测井解释方法研究 一煤层电性响应特征 煤层是一种特殊沉积岩，煤层在煤热演化过程中主要产生的副产品是甲烷和少量水，而煤的颗粒细表面积大，每吨煤在0.929×108m2以上，因此煤层具有强吸附能力，所以煤层的甲烷气含量和含氢指数很高。由于煤层的上述特性，反映在电性曲线上的特征是“三高三低”。 三高是：电阻率高、声波时差大、中子测井值高（图1）。 三低是：自然伽马低、体积密度低、光电有效截面低。 根据多井资料统计，煤层的双侧向电阻率变化一般100—7000Ω·m，变质程度差的煤层电阻率一般30—350Ω·m。 测井曲线反映煤层的声波时差一般370—410μs/m；中子值30%—55%；自然伽马一般20—80API；密度测井值1.28—1.7g/cm3；光电有效截面0.35—1.5b/e之间。 不同类型的煤，在电性上的响应有较大的变化。表1中列出了几种煤类与测井信息的响应值。 表1 不同煤类骨架测井响应值 图1 晋1-1井煤层电性典型曲线图 二煤层工业参数解释 煤的重要参数有：煤层有效厚度、镜质反射率、含气量、固定碳、水分、灰分、挥发分等，这些参数是研究煤层组分，评价煤层气的地质勘探、工业分析及经济效果的依据。上述参数一般由钻井取芯后对煤层岩心进行实验测定得出。 1、煤层厚度划分 煤层有效厚度根据电性曲线对煤层的响应特征，以自然伽马和密度或声波时差曲线的半幅度进行划分（见图1），起划厚度为0.6m。2、含气量计算 煤层含气量与煤层的厚度、煤的热演化程度、煤层深度、温度和压力等参数有密切的关系，由于煤的内表面积大，储气能力高，据国外资料统计，煤层比相同体积的常规砂岩多储1～2倍以上的天然气，相当于孔隙度为30%的砂岩含水饱和度为零时的储气能力。据此应用气体状态方程和煤层密度计算含气量： P1V1＝RT1（1） P2V2＝RT2 （2） 则V1＝T1·P2·V2/ P1T2（3） 式中：P1——地面压力，0.1MPa； V1——地面气体体积，m3； T1——地面绝对温度，273.15℃+15℃； 水平井压裂裂缝起裂与扩展 引言： 通过国内外研究人员实践表明：由于水平井具有单井产量高、穿透度大、泄油面积大、油气储量利用率高及能避开障碍与环境复杂的区域等特点。对于低渗透油藏、薄差储层油藏、储量较小的边际油藏以及稠油油气藏等，水平井压裂是这类油藏最佳的开采方式。最近一段时期，随着学者们的不断研究以及钻井完井等工艺技术水平的提高，水平井开发技术成为人们开发低渗透油田的研究重点并被广泛应用。 水平井与垂直井、普通定向井的裂缝起裂机理都有明显区别。水平井自身存在复杂性与特殊性，钻遇地层环境比较复杂，水力裂缝在发生破裂时所需的起裂压力比垂直井的破裂压力高得多，通常会发生裂缝不张开，导致压裂失败。深入研究水平井裂缝起裂机理，找出合理的起裂规律是水平井压裂施工成功前提保障。 第1章水平井井壁上的应力状态 水力压裂时裂缝的形成主要是决定于井壁的应力状态。一般认为：当井壁上出现有一个超过岩石抗拉强度的拉伸应力时，井壁便开始破裂。 1.1 由于地应力所产生的井壁应力 地应力是由地壳岩层的重力场或即上覆地层压力及地质构造应力场所组成的。一般可认为, 地应力中的一个主应力是垂直于地壳表面的,其余两个主应力则是水平的。如果只考虑上覆地层载荷引起的重力作用(即不存在地质构造运动力)，且认为地下岩石处于纯弹性状态,可将初始的地应力分解为垂道方向的正主应力σz和两个相等的水平方向的正主应力σx入和σy。 式中 h-底层的埋藏深度； ρ-上覆岩层的平均容重，其理论值可取。00231kg/cm3; μ-岩石的泊松比。 在有些构造运动活跃的地区会出现异常大的侧应力(水平应力) , 井且在通常的情况下三个原地主应力是不相等的。设取压应力的符号为正, 拉应力为负, 三个主应力分别表示为σ1,σ2和σ3 (σ1>σ2>σ3>0) , 根据地质构造形成时的受力特点, 正断层、逆断层和平推断层发育的区域里, 三个主应力的方向是不相同的(图1)。 图1 不同断层发育地区的顶应力分布情况 休伯特考虑到多数岩石的内摩擦角都接近于30°这个事实, 认为在正断层发育地区, 最大主应力σ1等于有效的上覆压力，最小水平主应力σ3最大的可能是等于1/3上覆压力;在逆断层发育的地区,最小主应力σ3等于有效的上覆压力, 而最大水平主应力σ1顶多会等于3倍的上覆压力; 而在平推断层活跃的区域里, 有效的上覆压力则为中一间主应力。 由于地壳中的岩层可视为弹性半无限体, 井壁上的应力状态可简化为平面向题来分析。如果两个水平方向的压缩地应力不相等(设为σ1>σ2> o )，可把井眼看成是在互相垂道的方向上分别作用有σ1和σ2两个压缩外应力的弹性平板中的一个小圆孔(图2 )，孔壁上的应力就相当于井壁上的水平应力。而井壁上的垂直应力分量仍可视为σz=ρh，为上覆岩层的压力。煤层气地球物理测井技术的思考
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