大倾角地层范文

大倾角地层范文（精选4篇）

大倾角地层 第1篇

1) 地层:勘探区地层从老到新有志留系、三叠系、侏罗系和第四系;

2) 含煤地层及煤层:井田共含煤七层, 其中主要可采煤层为2层煤、4层煤。2层煤分布全区, 煤层比较稳定, 煤厚在1.81~37.61m之间, 平均15.0左右;4层煤比较稳定, 煤厚在1.44~19.72m, 平均16.0m。2层煤与4层煤的间距一般为40.0~100.0m, 平均60.0m;

3) 构造:勘探区位于王家山向斜构造的北翼, 地层走向近东西, 倾向南, 地层倾角在测区西部约为30°~40°, 在测区东部局部高达50°~60°, 主要目的层埋深400~1000m。勘探区深部边界附近有F21断层, 浅部以F15为主要断层。

2 地震地质条件

1) 表、浅层地震地质条件:勘探区地形跌宕起伏, 且冲沟发育, 地表相对高差最大132m, 区内地表条件十分复杂, 坡度一般在20°~30°, 部分坡度达50°~60°, 个别有直立陡坎和冲沟, 高差达20余米。区内大部分地段为第四系松散黄土覆盖, 厚度变化较大;局部地段白垩系、侏罗系直接出露;区内潜水面深不可及。只是在沟谷及低洼坳谷中有潜水。地表大部分地段被黄土覆盖;局部地段黄土、砂砾石并存, 碎石遍布。成孔困难, 而且其地层结构松散, 对地震波的吸收衰减作用较强, 造成目的层反射波能量的衰减及高频成份的损失, 对高分辨率地震勘探工作不利;

2) 深层地震地质条件:勘探区地层倾角大 (30°~60°之间变化) , 不利于野外施工、资料处理及解释;勘探区内煤层较厚, 煤层与其顶底板围岩间有较大的波阻抗差异, 能形成较强的反射波, 但勘探区煤层结构、煤层层间距及厚度变化较大 (2层煤、4层煤间距在40~100m之间变化) , 这给地震资料解释带来较大的困难。故深层地震地质条件属复杂地区。

3 主要技术措施

采用规则束状三维观测系统布设的测线束, 基本上垂直煤系地层走向[1], 以保证勘探成果的精度。

根据试验结论确定了施工方法及其相关技术参数。野外数据采集采用8线10炮束状观测系统, 覆盖次数24次, 根据区内煤层倾角较大, 故采用下倾端点放炮。按照“施工质量保证措施”进行野外生产, 其生产技术参数如下。

3.1 激发参数

1) 基岩出露地段:井深1m, 采用人工坑炮, 4井组合, 药量4井1.0kg;

2) 黄土覆盖区:井深5m, 人工孔, 4井组合, 药量4井1.0kg。

3.2 接收

三维观测系统类型:8线10炮制束状观测系统;

接收线数:8条 (每条48道接收) ;

总接收道数:48道8=384道;

偏移距:20m;

接收线距:40m;

接收道距:20m;

炮线距:20~60m;

炮排距:80m;

叠加次数:24次;

激发方式:地层下倾方向端点放炮;

横向炮检距:最大310m, 最小10m;

纵向炮检距:最大960m, 最小20m;

最大非纵炮检距:1008.81m, 最小非纵炮检距:22.36m。

3.3 仪器因素

仪器:法国产428XL数字网络地震仪;

采样间隔:1ms;

记录长度:2S;

前放增益:12db;

记录格式:SEG-Y;

检波器:60Hz。

3.4 组合检波

根据试验及本区地震地质条件, 采用6个检波器串联点式小面积组合的接收方式, 有利于压制干扰波, 提高有效波的信噪比。

3.5 施工中采取的措施

1) 勘探区深部煤层倾角较大, 对地震能量的反射有发散作用, 为防止地震波的散射, 采用下倾激发, 上倾接收的施工方法[2], 保证了资料的质量;

2) 施工区地形复杂, 黄土覆盖层松软, 为保证资料的质量, 采用炮点恢复性变观处理, 在允许的范围内将炮点移至地形低洼处, 确保良好的激发条件;

3) 根据本区以往地震勘探经验, 该区属于地震地质条件复杂区, 由此在本次施工中采取了应对措施, 施工中抓好各个施工环节的质量关, 从而保证数据采集质量;

4) 严格按照“规程”规定, “设计”要求做;

5) 对炮点、接收点均要测出坐标高程。

4 地震资料处理

在表、浅层地震地质条件不利因素条件下, 首先认真作好静校正、精细的速度分析、三维偏移成像, 选取适合本测区资料特点的模块和参数。

1) 三维地表一致性剩余静校正:本次处理先后做了二次三维地表一致性剩余静校正迭代, 每次剩余静校正后, 剩余静校正量均有所减少, 最后剩余静校正量基本控制在一个采样间隔范围内, 符合处理精度要求;

2) 速度分析:为得到本区精确的叠加速度, 建立全区合理的叠加速度场, 采用了CGG系统中的交互速度解释工具;同时利用加密速度拾取点、常速扫描、变速扫描、等速度剖面相结合的方法来得到精确的叠加速度场。偏移速度场是在叠加速度场的基础上, 根据叠加速度场的变化趋势, 同时参考构造产状, 平滑偏移速度场。在偏移速度场建立后, 处理中对偏移速度进行了75%~110%的偏移速度扫描, 最后通过综合分析对比, 确定偏移速度85%;

3) 偏移:首先是偏移速度场的建立, 将叠加速度在纵、横两个方向上进行人工平滑, 使速度在空间上的变化与构造相吻合, 然后进行三维速度内插平滑得到偏移速度场。其次选择合理的算法, 通过大量的试验, 本次采用的偏移方法是一步法偏移。这种方法既能使陡倾角偏移归位, 又能很好的适应偏移速度场的横向变化。

5 地震资料解释

分析全区地震时间剖面, 有T1波和T4波两组反射波。其地质属性用人工合成记录标定为2煤与4煤的反射波[3]如图1所示, 对本区资料进行了波的追踪对比解释。

1) 褶曲解释:本区处在王家山向斜构造的北翼, 地层形态为一走向近东西、向南倾的单斜构造;

2) 断层解释:图2、图3为勘探区边界F21、DF42断层在时间剖面上的反映;图4为测区中部DF44断层在时间剖面上的反映。

6 主要地质成果

本次三维地震勘探由于施工方案合理, 技术措施方法得当, 野外施工严格, 原始记录质量较好;精细资料处理后目的层齐全, 信噪比高, 地质现象清晰, 断层、异常带都有明显的反映, 解释方法正确。查明了主要可采煤层底板起伏形态和赋存范围, 并绘制了主要煤层底板等高线图;查明了区内落差5M以上断层;区内解释断层7条;控制了主要煤层的厚度变化趋势。如图5所示。

7 结论

本次三维地震勘探在大倾角地层的地区施工方法合理, 技术措施得当, 野外数据采集方法正确, 原始资料质量高;资料处理流程及参数选择正确, 解释方法科学, 解释依据充分, 圆满地完成了地质任务。

参考文献

[1]陆基孟, 王永刚.地震勘探原理[M].北京:中国石油大学出版社, 2009.

[2]王永.煤矿采用三维地震精细解释应用研究[J].中国煤田地质, 2005, 13 (5) :49-51.

煤矿大倾角皮带机应用问题研究 第2篇

【关键词】煤矿机电；皮带机；驱动装置；制动装置

对于倾斜输送物料的带式输送机，其平均倾角大于4°时，当满载停车时会发生上运物料时带的逆转和下运物料时带的顺滑现象，从而引起物料的堆积、飞车等事故，所以应设置制动装置。制动器是用于机器或机构减速使其停止的装置，有时也能用作调节或限制机构的运行速度，它是保证机构或机器安全正常工作的重要部件。

1.驱动装置的选用

带式输送机的负载是一种典型的恒转矩负载，而且不可避免地要带负荷起动和制动（即满起动和停车）。电动机的起动特性与负载的起动要求不相适应在带式输送机上比较突出，一方面为了保证必要的起动力矩，电机起动时的电流要比额定运行时的电流大6～7倍，要保证电动机不因电流的冲击过热而烧坏，电网不因大电流使电压过分降低，这就要求电动机的起动要尽量快，即提高转子的加速度，使起动过程不超过3～5s。为了做到这一点，过去曾用加大电动机功率的方法，对于小型、短的带式输送机还可以。另一方面，输送带是一种粘性体，大型带式输送机在起动（制动）的不稳定阶段，驱动装置施加到输送带上的牵引力（制动力）及惯性力将以一定的波速在带内传播、叠加、反射，在输送带内引起多边的应力变化，若其瞬时峰值应力超过允许值，将会损伤输送带甚至使之破段，或使托辊、滚筒早期损坏，这要求有尽量小的起动（制动）加速度以降低起动（制动）时的冲击。现代带式输送机的起动加速度要求控制在0.1-0.3m/s2之间。大型带式输送机停车制动时在输送带上出现的应力变化有时甚至比起动时更剧烈。为了解决这一矛盾，缓解对电动机的冲击，常常使用液力偶合器、可控减速器、CST可控驱动系统。驱动装置是整个皮带输送机的动力来源，它由电动机、减速器、联轴器、逆止器、传动滚筒组成。驱动滚筒由一台或两台电机通过各自的联轴器、减速器、和链式联轴器传递转矩给传动滚筒。传动滚筒采用焊接结构，主轴承采用调心轴承，传动滚筒的机架与电机、减速器的机架均安装在固定大底座上面，电动机可安装在机头任一侧。

1.1电机的选用

电动机额定转速根据生产机械的要求而选定，一般情况下电动机的转速不低于500r/min，因为功率一定时，电动机的转速低，其尺寸愈大，价格愈贵，而效率较低。若电机的转速高，则极对数少，尺寸和重量小，价格也低。

1.2 CST可控驱动系统的选型

CST可控驱动系统是一种专用于重载带式输送机的完善驱动系统。它是集减速、离合、调速、电控、冷却、运行监控、自诊段于一体的液体粘性调速器与行星传动相结合的传动装置。具有软起动、软停车、双向过载保护、无级调速、解决多点驱动功率平衡、降低电动机容量、减少电动机起动次数、延长使用寿命、效率高、节能等特点。CST可控驱动系统主要由CST驱动减速器、CST电液控制器、油-空气热交换器、油泵组件及冷却控制器组成。

1.3联轴器

联轴器是机械传动中常用的部件。它用来把两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离；只有在机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位移。这就要求设计联轴器时，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。根据对各种相对位移有无补偿能力（即能否在发生相对位移条件下保持联接的功能），联轴器可分为刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器（有补偿能力）两大类。挠性联轴器又可按是否具有弹性元件分文无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两个类别，本次只介绍有弹性元件的挠性联轴器中的蛇簧联轴器。蛇形弹簧联轴器属于一种结构先进的金属弹性变刚度联轴器，它靠蛇形弹簧钢片嵌入两半联轴器的齿槽内来传递扭矩，其主要零件有：两个半联轴器、两半外罩，两个密封圈及蛇形弹簧片等。联轴器以蛇形弹簧片轴向嵌入两半联轴器的齿槽内来实现主动轴与从动轴的连接，运转时，是靠原动端齿面对簧片的轴向作用力带动从动端，从而来传递扭矩，这样避免了共振现象发生，且簧片在传递扭矩时所产生的弹性变形，使机械系统能获得较好的减振效果，其平均减振率达65%以上。蛇形弹簧片采用优质弹簧钢制造，经严格的加工、处理、具有良好的机械性能，从而使联轴器的使用寿命比非金属弹性元件联轴器大为增长。

2.制动装置

2.1逆止器

2.1.1带式逆止器

带式逆止器适用于倾角18°向上运输的带式输送机，当倾斜输送机停车时，在负载重力作用下，输送带逆转时将制动胶带带入滚筒与输送带之间，将滚筒楔住，输送带即被制动。带式逆止器结构简单、造价便宜。其缺点是制动时输送带要先逆转一段距离，造成机尾受载处堵塞溢料。头部滚筒直径越大，逆转距离就越长，因此对功率较大的输送机不宜采用。

2.1.2滚柱逆止器

滚柱逆止器也用于向上运输的带式输送机上，在输送机正常工作时，滚柱在切口的最宽处，不会妨碍星轮的运转；当输送机停车时，在负载重力的作用下，输送带带动星轮反转，滚柱处在固定圈与星轮切口的狭窄处，滚柱被楔住，输送带被制动。这种制动器制动迅速，平稳可靠，并且已系列化生产，可参考DTII型系列标准，按减速器选配。所许的扭矩一般不超过20kN·m，但因其是安装在减速器的输出轴上，故适用于输送机的驱动电机容量较小的场合，功率范围为10kW-55kW。

2.1.3 DSN型逆止器

DSN型逆止器是一种适用于低速轴的大型防逆转装置。与其他同等力矩逆止装置相同的具有重量轻、结构紧凑、传力可靠、解脱容易、安装方便、安装精度要求不高等要点。是大型提升运输设备上首选的安全保护装置。

2.2制动器

2.2.1液压推杆制动器

液压推杆制动器对于向上或向下输送的带式输送机均可使用，安装在高速轴上，动作迅速可靠，带式输送机一般都装配有此种制动器。

2.2.2盘型制动器

盘型制动器利用液压油通过油缸推动闸瓦沿轴向压向制动盘，使其产生磨擦而制动。每套制动器有四个油缸，由一套液压系统统一控制。这种制动器多用于大功率、长距离强力式带式输送机及钢绳牵引带式输送机，可安装在高速轴上。这种制动器的特点是制动力矩大，散热性能好，油压可以调整，在工作中制动力矩可无极调节。

2.2.3制动装置的选型

制动器的选型要考虑以下几点：

（1）机械运转状况。

计算轴上的负载转矩，并要有一定的安全储备。

（2）应充分注意制动器的任务。

根据各自不同的执行任务来选择，支持制动器的制动转矩，必须有足够储备，即保证一定的安全系数，对于全性有高度要求的机构需要装设双重制动器。

（3）制动器应能保证良好的散热功能。

防止对人身、机械及环境造成危害。

3.结语

在长运距、大倾角、高强度带式输送机的研究方面，国外己经取得了很多的成果。随着我国煤炭领域的逐步发展，大型及超大型煤矿和集团己成为发展趋势，采用大倾角带式输送机运输成为必然趋势，提高大倾角带式输送机设计水平势在行。

【参考文献】

大倾角地层 第3篇

某煤矿“一井三用”地面煤层气压裂井的示范工程项目, 这个地区的位置从老到新底层依次为:上古的生界—下古的生界—中生界—新生界。其中, 主要含煤的地层在上古的生界。根据该地区附近煤田的地质孔资料来看, 这个区域的底层主要是泥岩, 并且软硬的互层比较多, 岩层的倾角一般为20~25°之间。在进行钻进施工的过程中, 钻孔倾斜的情况非常容易发生, 因此在施工建设中, 为了保证钻孔垂直度, 我们的技术人员进行了研究分析, 对钻进工艺进行了, 在施工中使用了防斜工艺, 并且取得了非常好的效果, 钻孔垂直度得到了保证, 确保了井身的质量。

2 钻井的技术要求

(1) 钻井一开的井径为311.1mm, 下入准244.5mm的表层套管, 封固到井口, 其封固比较好。二开的井径为215.9mm, 下入准139.7mm的技术套管, 封固到煤层上的250m, 其封固比较好。

(2) 井自身质量的要求。其钻井的施工作业与质量要求要按照煤层钻井工程的规程和与钻井合同中的要求来执行, 钻井工程的质量一定达到该工程的质量标准。

(1) 在钻井的过程中, 每50m进行一次单点的测斜, 主要是控制出现井斜, 单点的测斜照片会随着原始资料来上交并且保存。

(2) 用转盘面当作基准, 并且校核钻具的实际长度之后, 确定钻井的深度, 每钻进一百米就需要校核钻具的长度一次。

(3) 全角变化率的要求是连续三个测点计算出来的数值不能高于表内值。

(4) 对于井斜的计算要以完钻电测连续测斜的资料为准, 测斜的间距约25m, 要是情况特殊的话要加密, 最后一个测量点和井底的距离不能高于1m。

(5) 用计算机来处理测斜的数据, 一般用的是:平均天顶角法, 或者平均孔段法。

3 钻井的工艺流程

3.1 井身的结构

钻井一开用的是准311.1mm的钻头钻到完整的基岩, 下入准244.5mm的表层套管, 并且封固到井口, 然后候凝48h。二开用的是准215.9mm的钻头钻到煤层下面的50m完井, 下入准139.7mm的技术套管, 并且封固到煤层上面250m的地方。

3.2 泥浆的工艺流程

一开使用钻土浆, 主要是预防防垮与防漏为, 其密度与钻度的范围没有受到限制, 根据施工现场的实际需要来调整。泥浆在进行调配的时候, 要加入适当的降失水剂与稀释剂, 保证施工顺利的进行下去。二开用的是低固相, 就是说在保证安全钻井与井身质量的情况下, 使用质量好的低固相的钻井液来钻进, 进入到下石盒子组之后使用清水钻进, 钻井液的密度一定要达标。

3.3 钻具的使用

准127mm钻杆的接头要加耐磨带, 主要是为了接头的寿命更加长, 紧扣力矩一定要更加紧扣。准159mm钻使用紧扣的办法预防扣磨损。

4 钻井的防斜

4.1 一开钻井防斜

一开钻井防斜在第四系的表土层, 其土层比较厚, 所以钻孔在开始钻进的阶段一定要保持垂直度, 这一点非常重要。开孔使用的是准311.1mm的牙轮钻头, 我们在选用钻具组合的时候, 底部要加入准203mm直径比较粗的钻具, 主要功能是钻具在钻孔的时候保持其稳定性。我们从这个孔一开井段井斜的数据上看, 用这个钻具组合和钻井参数, 其防斜的效果比较好。

4.2 二开钻井防斜

我们从这个区域附近钻孔的资料, 与2009年在这个地方施工建设的三口钻孔的资料上来看, 在二开的钻进中, 井斜增长的速度比较快, 在以前的施工中使用过钟摆的钻具, 在800m深的钻孔当中, 我们基本上可以把孔斜控制到30之内。然而, 有的井的井深比较深, 有1000m, 我们在施工建设中, 单单只是用钟摆的钻具来控制井斜是不行的, 所以。我们可以结合螺杆的复合钻来纠正井斜。

4.2.1 钟摆的纠斜

(1) 施工的措施。钟摆钻具用在二开钻进中可以钻到井深大约500m, 一般来说井深根据井斜来决定, 其井斜一般控制在1m之内, 根据以前施工的经验来看, 一般来说500m之前井斜在10以下, 要是井斜在10以上, 就要结合使用螺杆的钻具。

(2) 钻具组合的作用。钻具组合在钻进中, 可以增强钻井液的性能维护, 预防坍落的性能与携砂的能力会增强, 井眼也会清理的非常干净, 而且钻井液护壁的能力也会提高, 预防钻孔的坍塌与掉块, 确保钻孔安全。

(3) 结构的特征。一般在钻头的位置上设置一个或者多个稳定器, 根据稳定器距离钻头位置的远近可以划分为:大钟摆与小钟摆。钟摆的钻具降斜的主要原理是钟摆效应, 因此钟摆纠斜用在大井斜比较好。钻井的压力会使钟摆钻具出现增斜力, 因此在使用的过程中一定要轻压吊打。

(4) 防斜的原理。钻头上要设置扶正器, 其扶正器的下面钻挺自重能够预防井斜, 在钻压比较大的时候, 就不会形成切点下移的情况进而钟摆力出现下降。稳定器下面的钻挺要足够长, 确保其钟摆力足够大。稳定器于钻头间之间的距离不可以太大, 不然的话井壁在钻压与钻挺自重的情况下会产生新的接触段, 进而降斜力就会降低。

4.2.2 螺杆纠斜

(1) 施工的措施。用钟摆的钻具钻到井深大约500m的地方, 再进入螺杆的钻具, 然后复合钻进到井深大约700m的时候, 按照钻孔倾斜的方位将井斜控制在反方位的1°之内, 在起钻, 使用常规的钻具进行钻孔到最后, 根据以往的经验, 井深在1000m以前, 井斜大约在1.8°。

(2) 钻具的组合。这个区域有几段的石英砂岩, 其胶结比较致密, 螺杆的下面使用牙轮的钻头, 其速度比较慢, 螺杆的下面使用PDC的钻头比较合理。

(3) 结构的特征。与当前国际上煤矿钻井中, 这种钻具组合直井防斜的新技术, 在施工现场进行了分析, 我们认为比较偏重钻挺与偏轴的组合, 偏心接头离心力的防斜打直的技术可以解决好小倾角的地层钻井井斜的问题。偏轴的组合一般用在大井眼防斜上面, 动力的钻具其导向的钻进可以解决好大倾角的地层井斜, 其效果非常好。

(4) 防斜的原理。地层倾角比较大的井, 使用一般的防斜措施井身的质量常常无法保证。这个井在施工的过程中, 使用螺杆导向系统防斜打直的技术与高效的PDC钻头, 可以定向的控制井眼的轨迹, 其技术能力非常强, 能够随时的监控井斜与方位, 并且可以按照井斜与方位的变化, 及时的调整定向的纠斜与开动转盘的导向进行钻进, 这样不仅仅确保井身的质量, 而且也提高机械钻井的速度, 进而钻井的周期减少了。

5 技术与经济效果

5.1 技术的效果

(1) 钻井防斜, 这种技术有效避免了钻井轻压吊打与反复起下的钻纠斜, 钻效得到了有效的提高, 确保了钻孔垂直度, 钻孔井身的质量得到了保证。

(2) 钟摆的纠斜与螺杆的纠斜, 这种组合一般用在地层倾角比较大的区域, 取得了良好的效果, 为今后条件相近的钻井防斜提供了一定的经验。

5.2 经济的效果

这种钻井技术的有效应用, 和一般常用的防斜措施比较而言, 其钻井的时间提前了半个月, 在钻井材料上节约了将近20万, 大大降低了成本。

6 结束语

综上所述, 我们从这个工程井斜的数据能够看出, 这种钻具组合非常适用于这个地区的施工, 其防斜的效果非常好, 但是, 钟摆的钻具在进行钻进的施工中, 有着危险性, 尤其是泥浆处理与钻具质量的要求非常高, 因此, 在施工中, 一定要保证泥浆泵能够很好的运行才行, 尽量避免在施工中出现损坏, 进而导致事故发生影响了施工。

摘要：在大倾角煤层进行钻井施工的过程中, 非常容易出现井斜的现象, 为了解决这个问题, 在施工中我们使用了大倾角钻井技术中的防斜工艺, 钟摆与螺杆复合的防斜工艺, 并且取得了一定的效果, 完井的质量也得到了保障, 同时也取得了一定的社会效益与经济效益。

关键词：大倾角煤层,钻井技术,防斜工艺

参考文献

[1]付文明.试论现代煤矿的完井工程[J].中国矿业, 2014, 24 (19) :268~269.

大倾角地层 第4篇

在大多的CO2地质储存数值模拟研究中,为了使研究问题简化,通常假设研究的目标储层在空间上水平展布。虽然这种假设在大多数情况下不影响数值模拟的整体效果,但如果能真实考虑储层的空间倾斜起伏,无疑对CO2地质储存研究是有益的。实际的场地资料显示,鄂尔多斯石千峰组地层倾角约1 ~ 3 度,以往研究中没有考虑该因素对CO2地质封存的影响。本次研究设计了4 套模型,研究地层倾角对CO2地质封存的影响。温室气体CO2的大量排放给全球气候和环境带来了重大的影响,在全球气候、经济及环境问题的推动下已经引起了世界各国的关注。而CO2地质储存是缓解碳排放的有效方法之一[1]。CO2地质储存是指将集中排放源(发电厂、钢铁厂等) 分离得到的CO2注入到地下封闭条件好的地层中[1~3]。深部咸水层作为封存潜力最大的储存场所,已得到国际学者的广泛关注,并作了大量的研究,如深部咸水层的储存潜力、静态储存量、CO2储存场的选址,以及物性参数对CO2地质封存的影响[4]。由于实际资料限制,很多研究中将储层地层设定为均质各向同性、地层水平展布。这种假定可以在一定程度上满足工程需要,但对于需要详细刻画储层中CO2运移和演化时就需要更加接近于实际地层物理特征的模型描述。在自然界中,地层的空间展布大多数并不是水平的,而是具有一定的倾角,本文以我国第一个CO2地质储存示范工程—鄂尔多斯CO2地质储存示范工程的二叠系上统石千峰组地层为例,研究地层倾角对CO2地质储存的影响,以期为精细模拟和预测CO2地质储层运移和封存提供依据。

1 研究场地介绍

鄂尔多斯盆地是我国大型多种能源共富集的第二大沉积盆地[5. 6],煤、油、气、铀、盐等矿产资源丰富,也是国家区域性的大型能源化工规划基地。我国首个CO2地质储存示范工程,位于鄂尔多斯伊金霍洛旗南部乌兰木伦镇境内,在构造单元上属于鄂尔多斯盆地伊盟隆起带东缘,构造格局呈北高南低、东高西低特点,整体表现为一西南倾大型单斜构造[7,8],呈东西向展布,长约350km。

石千峰组储层,在整个研究区均有分布,顶板埋深为1303 ~ 2084m,在灌注井位置顶板埋深为1699m,总厚度300m左右,自研究区西部向东部逐渐抬升,地层倾角1 ~ 3 度。石千峰组与下伏上石盒子组和上覆刘家沟组均呈假整合接触关系。石千峰组下部为紫红色泥岩与棕红色细砂岩互层; 中部为紫红、绿灰色泥岩与灰色细砂岩呈不等厚互层; 上部为紫红色泥岩与棕红色细砂岩互层。砂岩岩性主要为岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩。泥岩主要由石英、碱性长石、斜长石和粘土矿物组成。本次研究选取石千峰组上部储层进行研究。

2 模拟软件介绍

本次研究采用数值模拟方法进行。数值模拟软件为TOUGH2[9]模拟软件ECO2N[10]模块。TOUGH2数值模拟器是美国劳伦斯-伯克利国家实验室开发的软件代码,是CO2地质储存研究中应用最广泛的软件,能够处理裂隙等复杂的地质体[11]。其中ECO2N模块是为CO2在深部咸水层的地质封存而专门设计的,它包括对水-盐-二氧化碳混合物的热动力学、热物理学性质的描述[12]。

3 建模过程

3. 1 概念模型建立与网格剖分

基于实测资料,模拟储层长为5000m,厚度291m,共有7 个子储层,实际地层倾角1 ~ 3 度。本次研究的石千峰组地层物性参数和展布特征来源于实际的测试资料综合分析。

模型为剖面二维模型,模型区域为灌注区石千峰组,采用不等距矩形网格剖分,水平和垂直方向的单元都为50 个,水平单元的大小采用离注入井越近单元大小越小,垂直方向严格按照地层岩性特征(见图1,其中的深灰色为盖层,其它颜色的为储层),同时考虑储盖层的厚度特点进行适当加密等原则来进行空间离散,单元总数为2500 (50 ×50),连接数为4900 个。根据实际勘测资料,将地层概化为17 大层,其中垂向分为7 个储层10 个盖层。

3. 2 数学模型

上述概念模型的数学模型,见下式:

式中水:

气:

热:

源汇项: qc= qcl+ qcg

本次模型的定解条件为:

模型的初始条件包括温度、压力、盐度、以及流体中CO2的质量分数。模型中初始CO2质量分数为0,CO2的初始饱和度为零。初始压力与温度严格按照中神注1 井的测井资料而定。整个模型范围初始压力分布情况根据重力平衡状态确定。盐度根据实际地层水样测定结果设定,其值约为0. 03。其具体数学表达式,如下:

研究中考虑到CO2在水平方向上100 年的运移距离不会超过2000m,同时又考虑到了模型边界对数值解的影响,侧向边界设为第一类边界条件。考虑到石千峰组上下区域盖层的影响,将模型的上下边界定为零流量边界。其数学表达式如下:

式中: F: 质量或能量流量; V: 体积; M: 质量或能量; κ: 组分,κ = w,g (w,g分别为水、气); q:单位时间源汇; φ: 孔隙度; T: 温度; t: 时间; S: 饱和度; ρ: 密度; X: 质量分数; u: 流速; U: 内能; λ:热传导系数; h: 比焓; P: 压力; z: 埋深; g': 重力加速度。

3. 3 模型参数

储盖厚度和物性参数如渗透率、孔隙度、盐度等参数见图2。储层概化为均质各向同性,将模型的模拟时间设置为100 年,CO2注入时间为20 年,注入点位置均相同为统注。本次模型采用定压注入方案。

4 模拟方案设计与结果分析

4. 1 地层倾角变化模拟方案设计

根据实际勘测,石千峰组地层倾角约1 ~ 3 度,模型中设计了4 种地层倾角方案,分别为0 度、1度、3 度和5 度,分别进行模拟研究。研究从CO2的空间分布、横向运移距离、封存量及注入速率等方面进行,其中地层倾角0 度的方案作为对照方案,以了解地层产状对CO2地质封存的影响。模拟期共100 年,其中注入期20 年,停注后模拟时长80 年。

4. 2 CO2气体饱和度空间分布

图3 为4 种方案定压注入20 年时,CO2气体饱和度分布图。由图可知,不同方案中CO2气体饱和度在储层中分布情况基本一致。CO2在主要子储层(高程为- 428 ~ - 436. 8m) 其中的运移距离最远,可达到500m。

图4 为100 年时,CO2在储层中的空间分布图。对比图3、图4 可看出,CO2气体饱和度在石千峰组地层空间分布形态基本相同,但浓度有所差别,离注入井越近,倾角越小,其CO2气体饱和度越大。可见倾角大的地层有利于压力的消散。

4. 3 CO2运移距离

图5 和图6 分别为20 年和100 年时CO2在地层中运移距离。由图5 知,CO2在不同倾角地层中运移形态相似,运移最远的子储层高程为- 428 ~- 436. 8m; 开始时运移速度快,如从1 年到11 年时,在运移最快子储层中,横向运移距离有250m,平均运移距离达到25m/y,而在11 年至停注时(20 年),其横向运移距离不到160m,平均运移距离为17. 8m/y。停注后,CO2在浮力和重力的作用下,在储层进行扩散运移,运移速度慢,80 年内的运移距离不足150m。不同地层倾角中CO2运移距离比较可以看出,地层倾角有助于CO2在储层中扩散,地层倾角5 度时的运移最远,达到了700m。可见地层倾角增大有利于二氧化碳运移。

4. 4 封存量及封存形式对比

图7 为CO2封存量随时间变化曲线。在注入期(前20 年内),CO2的封存量增加迅速,其中超临界CO2储存形式增加快,溶解CO2增加缓慢。停注后,溶解CO2量逐渐增加,超临界CO2量减小,但变化缓慢。对比来看,倾角0 度地层的封存量最大,倾角5 度的封存量最小,但数量相差不大。可见,倾角小的地层不易于压力消散,在定压注入方式下,地层倾角小的储层中压力梯度小,而CO2易于压缩,故其封存量大。

图8 为停注时,不同储层中CO2封存量情况,对比可看出,不同倾角地层中CO2的封存量相差不大,主要储存量封存在子储层为高程- 428 ~ -436. 8m的子储层。

4. 5 不同储层的注入速率对比

由图9 可见,CO2进入各个储层的速率随时间逐渐减小。速率变化幅度开始较大,后慢慢减小。开始时注入井与储层的压力梯度较大,故CO2进入储层的速率大; 而后随着CO2不断进入储层,二者间压力梯度逐渐减小,在注入时间10 年时,在地层倾角0 ~ 5 度的变化范围,地层倾角对二氧化碳注入速率的影响消失。

图10 为石千峰组中主要子储层(高程为-428 ~- 436. 8m) CO2注入速率随时间变化图。由图可知,CO2注入速率是一个由小增大达到峰值,而后逐渐减小并趋向稳定的过程。倾角小的储层CO2注入速率达到峰值的时间相对较短,注入速率的峰值相对较大。

5 结论

本文以二叠系石千峰组储层地层倾角对CO2地质储存的影响。通过分析储层中CO2的饱和度空间分布、运移距离、封存量及储层注入速率等,得出以下结论:

地层倾角对CO2注入速率、在储层中运移距离、以及CO2封存量均有着规律性的影响。地层倾角越大,注入速率越小、横向运移距离越远,封存量越小;

通过不同角度的分析可以看出,地层倾角的增大不利于CO2地质封存。二氧化碳地质储层选择应尽量避免大角度倾斜地层。