与韩城市有关论文参考文献

翟雨阳1 胡爱梅1 王芝银2 段品佳2 张冬玲3

基金项目:“十一五”国家科技重大专项项目38——煤层气排采工艺及数值模拟技术(2009ZX05038)资助。

作者简介:翟雨阳,男,1973年生,博士,主要从事常规油气、煤层气排采及数值模拟研究工作,通讯地址:北京市海淀区地锦路5号中关村环保科技示范园7号楼,E-mail:

(1.中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司 北京 1000952.中国石油大学城市油气输配技术北京市重点实验室 北京 1022493.中石油煤层气有限责任公司 北京 100028)

摘要:韩城地区煤层属低渗透率煤层气藏,且地质条件复杂,煤岩结构及力学性能差。在煤层气开采初期,井筒内的液柱重力在井底流压中占很大的比例,而井底流压与井周煤岩的应力状态变化规律密切相关。排采降压过程中,过小的动液面高度使煤层处于进一步压密状态,并导致渗透率降低,而过大的动液面高度使井底压力过大进而引起井周岩石产生较大软化破碎区,形成煤粉堵塞渗流通道。因此,研究煤层气动液面高度的合理区间及降低速率对开采过程中有效保持井周应力的合理分布,维持或提高储层渗透率,具有十分重要的意义。本文以韩城示范区为例,利用韩城3#,5#煤层的岩石力学试验,分析了煤岩应力状态与渗透率的关系,通过井周弹塑性应力分析,建立了不同应力状态下保持或提高绝对渗透性的合理动液面高度区间和降低速率。利用所建立的模型对韩城地区WL1,WL2井组进行计算分析,获得了韩城煤层气井开采过程中动液面高度的合理变化区间和排采速率的合理值。本论文研究成果为韩城煤层气井排采强度定量化控制提供了重要的指导意义和借鉴方法。

关键词:煤岩 应力 动液面 渗透率 排采速率

Discussion on Control Method to Reasonable Height of Dynamic Liquid Level for CBM Well

ZHAI Yuyang1, HU Aimei1, WANG Zhiyin2, DUAN Pi njia2, ZHANG Dongling3

( United Coalbed Methane National Engineering Research Center .; KeyLaboratory of Urban Oil and Gas Distribution Technology, China University of Petroleum, Beijing 102249, China; CBM Company Limited, Beijing, 100028, China)

Abstract: In China, Coal is of low permeability, complex geological conditions, and weak petrographical structure and mechanical the initial stage of the recovery, the gravity of the liquid column takes a large proportion in bottom-hole pressure (BHP), and the stress state of surrounding rock are closely related with , in the process of recovery, too small height of the dynamic liquid level makes coal seam be further compacted and leads to permeability reducing; reversely, too much height of dynamic liquid level easily causes BHP too large and induces the surrounding rock breaking in soften, and produces the coal powder and blocks the seepage , the study on the rational range of dynamic liquid level and the reducing rate have the vital significance to effectively maintain the reasonable distribution of stress state of surrounding rock and increase reservoir on the 3#, 5# coal rock mechanical experiments in Han-cheng, this paper analyses the relationship of the stress state and permeability of coal the elastic-plastic stress analysis to the surrounding rock of well, the mathematical model is established, which is about the reasonable range and depres- surization rate of dynamic liquid level to maintain and improve the absolutely established models are applied to calculate and analyze the field data of WL1 and WL2 Wells in . the reasonable variations of dynamic liquid level are researching results provide important instructions and refer- ences to the reasonable recovery control of the coal bed methane in Han-cheng.

Keywords: coal rock; stress; dynamic liquid level; permeability; depressurization rate

引言

煤层气作为非常规能源,对其有效的开采不但可以缓解我国能源短缺的问题,还可以提高煤炭资源的开采效益,并且能够减少对环境(温室效应)的影响。煤层气的有效开采受多种因素的影响,如地质构造特征、煤岩结构、煤阶、渗透率、含气量、解吸吸附特征和开采工艺等[1~5]。因此,煤层气的开采与常规油气开采相比既有相似之处,同时又存在着较大的差异。其中,应力敏感性问题在煤层气工程中表现的尤为显著[6~7]。煤岩储层的渗流能力受孔隙压力变化、煤层气解吸引起的基质收缩作用和滑脱效应的综合影响[8~10]。加载速率和加载方式的不同对煤岩的力学特性和破坏特征有较大的影响,如果加载速率较快,煤岩将呈脆性粉碎性破坏,抗压强度略有提高;相反若加载速率较低,则煤岩抗压强度偏低,延性增大。在煤层气工程实际中,煤岩结构复杂,裂隙(面割理和端割理)十分发育,随着排采的进行煤岩的应力状态将不断发生变化,导致煤岩的裂隙开始发生闭合,然后产生开裂,最终会发生破碎的过程,进而引起储层的渗流系统发生改变,而排采过程中渗透率的变化规律决定着煤层气是否能够高效的开采[1~2]。目前国内外煤层气行业在制定排采工作制度方面主要依靠经验及井筒液面变化来定性确定,这往往导致排采制度不合理,对储层造成伤害,影响开发效益。本文探讨如何通过排采过程中控制煤层气井的合理动液面高度变化规律提高煤层气效益,为煤层气排采强度定量控制提供了科学的理论依据。

1 韩城地区煤岩物理力学特性

试验测试

煤岩力学特性是反映和研究储层力学行为和应力敏感性的基础数据。利用RW-2000岩石三轴压缩试验机对高径比为2:1的煤岩心试件进行实验,测定了韩城3#,5#和11#煤岩的抗压强度和抗拉强度等参数。其中,抗压强度、弹性模量、泊松比由单轴压缩试验测得;抗拉强度由劈裂试验测得;内摩擦角、粘聚力、残余粘聚力和残余内摩擦角通过三轴压缩强度试验获得,试验结果见表1和表2。

表1 韩城煤岩单轴抗压抗拉强度及变形参数

表2 韩城煤岩三轴抗压强度试验结果

由表1和表2中的实验测试资料可见,韩城煤岩力学特性较差,抗压强度均在10MPa以下。三类煤岩比较而言,3#和5#煤的物理力学特性要比11#煤强,11#煤的残余强度非常低。因此,在煤层气工程中必须注意煤岩力学特性对排采强度控制的影响。

煤岩应力状态影响渗透率变化机理

基于对韩城主力产气煤层煤岩(3#,5#和11#煤)进行的室内试验和应力应变全曲线下煤岩应力状态对渗流能力影响关系研究表明,煤岩的绝对渗透率在初始弹性变形阶段是随有效应力的增加而减小,但减小的幅度并不大;当有效应力接近煤岩的峰值强度时,由于原有裂隙的开裂和新裂隙的出现导致渗透率缓慢增加当超过峰值强度后,渗透率迅速增大;但当有效应力接近煤岩的残余强度时,渗透率逐渐趋于稳定。

其中,煤岩弹性极限点为原生裂隙开裂、新裂纹开始萌生的临界点。

2 合理动液面高度的确定

在煤层气开采过程中,随着动液面的降低,储层煤岩应力状态不断发生变化,导致煤岩的结构特征和孔隙率等物理力学特性发生改变,因而影响了储层的渗流能力。在此过程中,储层渗透率的变化规律与煤岩的力学特性和煤岩的应力状态变化规律密切相关。根据煤岩应力状态对绝对渗透率的影响关系,考虑煤层气井井周具有破碎区的弹塑性应力状态,则可以通过对井周围岩进行应力状态变化规律分析,另由煤层气生产不同阶段井周应力分布与井底流压及套压和液柱高度之间的关系,忽略气柱摩擦阻力,推导得出保持储层处于塑性裂隙发育阶段的液柱高度合理区间为

中国煤层气技术进展:2011年煤层气学术研讨会论文集

则,动液面高度为h′w=H-hw

另由工程实际分析可知,井底流压的上限值不超过储层原始压力pe。

式中:H为储层埋深;pe,pc,p0分别表示为储层压力,套管压力和原岩平均水平应力;c,φ,cr,φr,St分别表示煤岩的粘聚力,内摩擦角,残余粘聚力,残余摩擦角和抗拉强度;ρg表示液柱重度。

因此,要想提高渗透率,应控制合理的动液面高度变化范围,以保持井周应力状态为弹塑性状态,以在井周形成割理或裂隙贯通的流体运移通道,且随着开采过程中塑性区的发展,在井周出现塑性软化区或破碎区,但需防止井周出现过大塑性软化区。

合理的动液面高度变化范围与煤岩的力学性质、储层埋深密切相关,尤其是受内摩擦角影响较大。由于储层的软化区受煤粉的影响会使渗透率受到抑制,因此,在煤层气开采过程中需根据储层的力学特性及埋深来合理控制动液面高度,尽量避免软化区大范围产生,以免造成储层伤害而影响煤层气的进一步开采。

3 动液面合理降低速率

由煤岩的加载速率效应可知,加载速率对煤岩的强度呈正相关影响,同时煤岩脆性亦增强。对于各向异性的煤岩介质,过快的加载速率不利于煤岩中的原始裂隙裂缝的稳定扩展和煤层气的渗透的提高。同理,对于煤层气工程排采过程中的动液面降低速率对井周储层煤岩具有类似的影响机理,如果动液面降低速率过快,将会使储层煤岩有效应力快速增大,最终不合理的动液面降低速率导致煤岩出现脆性破碎并有大量煤粉产生,对储层造成巨大的伤害。所以,煤层气开采不同阶段需控制动液面降低速率在合理值域内。

当储层煤岩处于初始弹性应力状态下时,

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当储层煤岩处于裂隙扩展的塑性阶段,即动液面高度满足(1)式时,

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式中:h′w表示动液面降低速率;ωcr、ωce为塑性软化阶段和弹性阶段的动液面降压速率上限值,可通过试验和现场数据综合分析确定。

4 韩城地区工程应用

韩城地区煤层气为多煤层储层联合排采,煤岩力学特性较差,合理的动液面变化规律对煤层气的高效排采具有很大的意义。根据韩城煤岩的试验力学参数和合理动液面高度变化规律的确定方法(见式1~3),对韩城地区WL1和WL2的3#和5#煤联合开采的典型煤层气井排采数据进行了统计计算分析,结果见表3。

表3 合理动液面高度降低速率上限值

通过拟合分析可得:

在开采初期的弹性阶段,3#、5#煤联合开采井的动液面近似合理降低速率上限值h′w(m/d)随储层埋深h(m)的变化规律分别为:h′w≤;当井周煤岩处于塑性阶段,3#,5#煤联合开采井的动液面合理降低速率上限值h′w(m/d)随储层埋深h(m)的变化规律为:hw≤。

开采过程中无论是初始弹性阶段或塑性破坏阶段,动液面降低速率上限值与储层埋深均近似呈线性递增的规律。煤岩力学特性对开采过程中降液速率影响较大,因此对于力学特性较差的储层,需控制好降液速率才能维持较高的排采能力。初始弹性阶段的降液速率比中期塑性阶段的降液速率一般高4~5倍,这也恰好与室内强度实验曲线峰值前后稳定加载的速率值相同。考虑到工程实际中的安全因素,建议取的安全系数。

5 结论

(1)本文基于煤岩试验揭示了煤层气开采过程中井周煤岩应力状态对渗透率影响的力学机理;储层有效应力随着压降漏斗不断扩展而不断增大,煤岩从原岩区到井壁处,由原始的弹性状态进入塑性状态,在井壁处出现张拉破坏区,此时裂隙开裂积累,日产能达到最大。

(2)以韩城地区煤层气工程数据为依托,探讨提出了生产过程中为提高储层的渗流能力,合理动液面高度变化规律的控制范围及降低速率上限值,对煤层气井的合理排采具有借鉴意义。

(3)煤层气开采受多种因素的综合影响,还需考虑表皮效应(储层伤害)和压裂效果的影响,有待进一步考虑研究。

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摘要： 现在越来越流行一句话——“金山银山就是绿水青山”，将经济发展与生态保护并重，既可以构建舒适健康的生活环境，又可以达到保护生态自然的目的。本文以关中传统村落文化为例，探讨景观环境艺术设计与保护，为其在现代环境艺术中的应用找到合理途径，促进传统村落文化可持续发展。 关键词： 关中；传统村落文化；景观；环境艺术设计；保护随着人们物质生活水平的提高，使得人们对环境需求的要求也有了改变，景观环境技术设计与保护为了满足人们对生活环境的要求，在顺应时代的发展基础上，重视对传统文化的开发与保护。因为村落是传统文化最为集中并保存相对完好的地方之一。景观环境艺术设计实施对传统村落的保护，在于保护村落中优秀的文化要素、发展艺术设计特色。 目前，我国新农村建设有新建与改扩建两种模式，有人类活动的地方，便有传统文化，村落建设也不例外。不同村落的传统文化因自然环境、气候、生产和生活方式的不同，展示出的特征也不相同，在村落建设和改建的基础上，从环境艺术设计专业出发，创造村落环境、自然环境和人文环境之间的和谐，体现出村落文化独有的特征，还能让建设和改建后的村落能够健康生存和发展，衍变成的不同类型和模式的文[1]。 1   关中传统村落文化发展的背景 从经济发展上看，关中地区的经济并不十分发达，甚至还有大部分村落经济相对落后，按照当前经济的发展速度，这在很长时间内会保持这种落后的状况。截至2017年，我国住房和城乡建设部等先后4次评出4153个传统村落，其中陕西有70多个村子入选。包含着韩城市西庄镇党家村、咸阳市礼泉县烟霞镇袁家村、渭南市澄城县尧头镇尧头村等古老村落，这些村落都较好传承当地传统营造样式和民风民俗，在政策引导和市场开发相结合的基础上，传统村落更加注重文化价值和自身生产力建设，通过对关中地区环境的调研，传统村落文化建设必然将呈现出新活力[2]。 2 传统村落文化与景观环境艺术设计相结合的意义 是传统文化优化升级的需要 “加强传统村落保护、弘扬优秀传统文化”不仅是国家政策的大力倡导，是建设文化强国的重要内容，也是发展村落文化、推进地区建成小康社会的需要。关中传统村落中有很多村落依然是耕种土地为主。这些沿用传统劳作方式的村落无法与大型企业的高度集约化农业生产相比，所以经济水平相对落后，使得部分村落农民生活只能维持较低水平。 因此，传统村落文化优化升级是发展地区经济的方式与途径。以往的关中村落土地开发项目很多，但是有的开发项目没有结合传统村落文化特点，难以因地制宜地发展。传统村落文化优化升级，是村落建设与土地开发社会价值与经济价值的最大化，对保持传统文化的可持续发展具有重要意义[3]。 [if !supportLists] [endif]是城市周边游与民俗文化发展的需要     传统村落民俗文化发展最有效的方式是城市周边游，是一种把传统村落视为乡村旅游目的地的旅游方式。早在 2014年，这种旅游项目在关中地区就出现了，让人们在中心城市周边短期、民俗自驾游，远离都市生活，感受历史文化、回归自然。因为现在越来越多的人无时间长途旅行，关中地区的民俗文化丰富多样，传统村落乡村旅游满足其需要——向往田园，减压自由的生活，实现对古村落资源的综合利用，关中地区目前一个阶段的开发热点，与当地特色资源相结合，民俗文化与村落建设，将民俗文化融人村洛建设中，打造有鲜明特色的传统村落乡村旅游产品[4]。 以咸阳市礼泉县烟霞镇袁家村为例，早在20世纪70年代末，袁家村是发展粮食生产，但这仅仅是解决了吃饭问题；直到21世纪80年代，改革开放袁家村因地制宜，开始发展村集体经济，创建“果业收入+工资收入+村集体分红”新模式。据统计：2000年袁家村人均年收入达到8600元，集体资本累积达亿元。但是，慢慢地随着果业、养殖业效益下滑，袁家村发展面临挑战，这时他们开始重视村落文化，先后建成康庄老街、唐宝宁寺、小吃街、酒吧一条街、祠堂街、回民街、书院街等，在生态、民俗和文物资源有机整合下，打造出关中印象体验地。2019年，袁家村接待游客600多万人次，年人均收入超过10万元，旅游总收入超过10亿元[5]。 咸阳市礼泉县烟霞镇袁家村充分认识到这种独特资源优势，推动文化发展，深入挖掘和充分利用文化资源，培育“袁家村关中印象”文化品牌，对保护袁家村民俗遗物、明清古民居都有重要意义。此外，袁家村传统文化承担着国家文化产业示范基地、爱国主义教育基地等社会职能，把陕西丰富多彩的民俗文化保护好、传承好、发展好的基础上，在服务社会、以文化人、传承文化等方面，也做了一些力所能及的工作，提高观赏者道德情操、知识学问、审美能力的“大学校”，成为构筑中国精神、中国价值、中国力量、中国梦想的精神宝库。 3   关中传统村落文化 融入 景观环境艺术设计与保护 的方式方法  村落空间设计元素是传统村落文化的形式载体 环境艺术设计的安全原则是是人类的基本诉求，城市理论认为：空间设计不止是简单组合，更多呈现出设计者的思想与愿望，。在进行环境艺术设计时，以传统村落文化分析作为生发点，体现当地独有的历史与文化，传递着设计者的思想和愿望，继而保障人类生存安全。另一方面实现建筑和环境的整体融合，民俗村空间设计不仅担负着村落居民对传统和历史的记忆与情怀、美化乡村、改变村民生活环境的作用，还展现了集成设计手法在建筑形态、室内布景和景观表现上的一体化，在游人对文化的追求下受到的另一种形式的保护与传承。在民俗村建设中，这也是设计理念体现人的主体性的重要方面[6]。 民俗村落空间的设计方式 传统村落的文化保护，是一项极具挑战性而又艰辛、紧迫、意义深远的工作，关于如何将民俗文化融入空间设计中，民俗文化元素正是村落设计的重要组成部分，传统村落的保护与发展应当坚持保护与发展并重的原则，在经过众多前人丰富的理论研究和项目实践后，就关中传统村落文化设计元素在环境艺术设计中的应用，探索了民俗村落空间的设计方式，积极推动文化与乡村产业融合发展， 原景再现 传统村落是历史文化遗存的特有形式之一，民俗文化多样性的基础历史文化的差异。原景再现是做好传统村落的历史文化底蕴和人文底蕴的传承，体现文化的本真性和差异性的重要途径。在民俗村落设计中，做好古建筑“活化”文章。结合关中传统村落文化，遵循本真性原则，在现代环境艺术设计中创设自然化空间，最大限度的使其原样重现，拉近居住者与自然的距离，一方面可以节约能源，另一方面可以保护性展示以传统文化中的罕见工艺[7]。 以手工技艺、民间美术为例，环境艺术设计结合村落功能设施烘托民俗文化韵味精髓，在精神、社会和物质体现关中民俗文化，对相同表达特征的民俗文化节点形成一个有机的整体，最大程度地维护自然环境的可持续发展[8]。 提取组合 在具体的设计中，倡导与引领乡风民俗，对文化要素的提取和分解，是建构乡村礼俗传统的重要力量，通过对传统村落文化元素的应用，通过设计美学的视角将民俗文化元素进行符号化处理，在这个空间中找到更多自然的神韵，以设计对象所要表达的功能，提取组合民俗文化符号，对相同表达特征的民俗文化节点进行规范性表达，使得人们在获得良好环境体验的同时，也能间接地保护关中地区人们居住的小圈和生态环境。 形式转换 随着人们生活质量的提升，传统村落在生产和生活方式、价值取向与精神追求上也发生着全面改变，环境艺术设计与保护理念目是实现建筑与环境的可持续发展，关中民俗文化的多样性和民俗村的功能定位对发展传统村落乡村旅游有明显作用，一方面对于传统村落保护有着积极的意义，展示环境艺术设计的设计风格，将各类别中不同的要素进行形式转换，使人们重新认识到传统村落的价值；另一方面，各个民俗文化符号不可能完全原样的表达出来，突出的是设计本身的关中村落文化优点，通过另一种要素的形式来表达，对传统村落经济发展起到积极的促进作用，通过适合当地错落环境的新的样式来表达，增强人们的保护意识[8]。 阐释升华 近几年来，陕西省正大力构建“丝绸之路中华民俗文化长廊”，村落建设项目也受到一定关注和重视，统筹谋划和建设民俗博物馆、展览馆、纪念馆、风情园，以及各具特色的民俗小镇。但是，村落建设项目一定有总体的指导原则，关中地区民俗村项目整体定位为民俗文化旅游，在环境艺术设计和保护中，规划、设计、施工及后期运营的各个方面，依托这些项目，以点串线，以线带面进行村落设计，使其具有统一的整体表达，把现存的关中民俗文化遗产都保护起来、弘扬起来、传承下去，将散落的文化符号、表达形式等，进行具体的内涵阐释，使陕西民俗文化旅游产业主题得到升华[9]。 4 关中某民俗村建设的空间设计实践 分析 关中地区是中国黄河流域古代文化的代表之一。合阳县坊镇灵泉村地处15公里的黄河塬畔，以其优良的生态、深厚的文化底蕴、多样的形态和丰富的业态被列入关中村落文化代表。村落选址上，合阳县坊镇灵泉村被群山环环抱，东、北、南三面环沟，新建民居与传统建筑截然不同，坐北朝南式四合院的布置、风雨街巷有着原有的历史感，现代建筑与传统建混杂，彰显出利用自然，构建家园的空间设计理念[10]。 在传统的风水理论上，合阳县坊镇灵泉村注重趋利避害，遵循着古老的风水传统，达到“天人合一”的完美境界。地处地质条件稳定的地段，灵泉村传统的历史风貌发展了非常浓郁的宗族文化，传统村落更加注重文化价值，给人们的日常生活、生产、教育、交往等行为奠定了文化基础，也影响了关中民居的发展。村落大部分的街巷在环境艺术设计中，礼仪教化也体现在村子里的各类建筑上，将环境艺术设计理念贯彻到每一个具体的设计细节中，尤其在设计中要基于传统文化传承，合阳县坊镇灵泉村呈中轴对称、规整严谨的平面布局方式，表达出具有严格等级划分思想。那些遗留下的建筑不管是选材、工艺还是格局、尺度都体现出传统文化的影子，保护传统村落，不仅仅是保留住那些古老的建筑，还需要注重传统村落的历史文化底蕴和人文底蕴的传承。 结语 村落晴如画，桑林昼起烟。深入挖掘关中传统村落文化中的民俗风情资源，因地制宜，大力开发传统文化内涵，与环境艺术设计相结合，打造新型关中传统村落文化的新空间，利用休闲度假等形式多样的乡村旅游产品，丰富乡村旅游趣味内涵，保护古村落的整体格局，建立起“中华民俗文化大长廊”，传承当地传统营造样式和民风民俗的村落建设形式，形成“吃在农家、住在农家、娱在农家”的旅游模式。   参考文献： [1]闫宇,王晓桐,郭飞.基于全球环境关怀的艺术设计研究——人工智能产品“境”设计方案[J].设计,2020,33(11):32-34. [2]高涛.现代园林环境艺术设计中美学理念研究——评《21世纪园林城市——创造宜居的城市环境》[J].中国蔬菜,2020(06):114-115. [3]路庆敏,刘潵潵.中国传统文化元素在现代环境艺术设计中的运用分析[J].美术教育研究,2020(10):77-78. [4]钟华.环境艺术设计专业校企合作实践教学研究——以安徽艺术职业学院为例[J].美术教育研究,2020(10):169-170. [5]梁添凯.环境艺术学科背景下的村落遗产保护分析——以美丽乡村建设为视角[J].艺海,2020(05):136-137. [6]陈砚池,王丽莉.可持续发展与环境艺术设计关系——评《可持续设计新方向》[J].环境工程,2020,38(05):231-232. [7]王远.现代艺术设计与环境设计的融合与发展——析《多维领域与生态化：环境艺术设计探微》[J].环境保护,2020,48(09):72. [8]笪娟娟.环境艺术设计在农村人居环境综合整治中的应用——以肥东县长临河镇星光社区为例[J].城市建筑,2020,17(11):83-85. [9]张宁.关中传统村落文化记忆的视觉化传承[J].美术教育研究,2016(20):50. [10]范琴.具有优势资源的村庄整治与建设规划探讨——以连江县江南乡梅洋村为例[J].福建建筑,2010(12):9-15.