Natural Gas Geoscience >

2021 , Vol. 32 >Issue 3: 437 - 446

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2020.11.016

Stress sensitivity of coal seam with different fractures： Case study of Fuxin Basin

  • Qi LIU , 1 ,
  • Qiang CHEN , 1 ,
  • Zhong-guang SUN 1, 2, 3 ,
  • Qian-ting HU 1
Expand
  • 1. School of Resources and Safety Engineering，Chongqing University，Chongqing 400044，China
  • 2. China Coal Technology and Engineering Group Chongqing Research Institute，Chongqing 400039，China
  • 3. China Coal Technology and Engineering Group Chongqing Smart City Technology Research Institute，Chongqing 401121，China

Received date: 2020-08-12

  Revised date: 2020-11-19

  Online published: 2021-03-22

Supported by

The Natural Science Foundation of Chongqing, China(cstc2019jcyj-msxmX0633)

The China Postdoctoral Science Foundation(2020M683248)

Fold

Highlights

The decompression stage of drainage and depressurization is accompanied by stress sensitivity. This leaded to rapid closure of the cracks around the well and a significant drop in permeability， which seriously affects the production of coalbed methane. In order to explore improvement measures that can reduce the stress sensitivity of coal seams and increase the effective permeability， coal samples containing calcite veins collected from Fuxin Basin were employed in this study. The permeability stress sensitivity of natural cracks， artificial cracks， and acidified cracks were tested experimentally by using raw coal samples， Brazilian split coal samples， and acidified coal samples. Results show that the average permeability of the three types of fractures are 2.94×10-3 μm2， 75.08×10-3 μm2， and 71.12×10-3 μm2 at the effective stress of 3 MPa， respectively. Then the permeability drops to 0.71×10-3 μm2， 2.03×10-3 μm2， and 26.55×10-3 μm2 with the effective stress improving to 15 MPa， and their stress sensitivity coefficients are 0.14 MPa-1， 0.32 MPa-1， and 0.083 MPa-1， respectively. The damage degree of artificial cracks reached 80%， while that of natural cracks and acidified cracks were 46.7% and 27.7%， respectively. It shows a significant irreversible damage of permeability for the three types of cracks. Compared to the two other coal samples， the coal sample with acid treatment has the weakest stress sensitivity and can maintain higher permeability during the stress loading process for its great crack surface roughness and complex crack occurrence， and the stress sensitivity coefficient of acidized fracture is only 60% and 27%， respectively compared with natural fracture and artificial fracture with the same stress conditions. It is concluded that acid treatment can effectively weaken the stress sensitivity of coal seams. For coal seams containing calcite veins， acidification stimulation reform can be considered， or the combined reform measures of “hydraulic fracturing by acidification” can be adopted. In this way， high seepage capacity can be maintained for a long time during the coal seam depressurization production process.

Cite this article

Qi LIU , Qiang CHEN , Zhong-guang SUN , Qian-ting HU . Stress sensitivity of coal seam with different fractures： Case study of Fuxin Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2021 , 32(3) : 437 -446 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2020.11.016

0 引言

裂缝是煤层气主要渗流通道，对煤层气开采至关重要。煤层气生产过程需要经历排水、降压和采气3个阶段，排水降压往往伴随煤体承受的有效应力不断增加，诱发裂缝快速闭合、渗透性大幅下降［1-2］，出现较严重应力敏感现象。应力敏感作为煤层裂缝渗透性的常见损害方式，主要影响因素包括煤阶、煤体组分、力学强度、地应力状态、裂缝几何结构及钻采工作液浸泡等［3-8］。
针对煤中裂缝渗透性对应力加卸载的响应特征，国内外学者开展了广泛的实验与理论研究，构建了多种煤体渗透率模型［9］，揭示了应力对裂缝渗透性的控制机理。孙光中等［10］采用三轴渗流实验装置，研究指出构造煤渗透率在轴向应力增加过程中呈负指数函数递减，并通过引入渗透率敏感性损失因子，建立了循环加卸载过程渗透率与有效应力的动态演化模型；贾恒义等［11］利用原煤样和型煤样为研究对象，发现原煤样比型煤样具有更高的压缩性，前者裂缝压缩系数比后者大一个数量级，其主要原因是原煤样裂缝面微凸体接触点更少，应力加载过程裂缝更易被压缩闭合；赵岩龙等［12］以煤层天然裂缝和人工裂缝为实验对象，指出后者的应力敏感程度高于前者。针对不同产状裂缝的渗透性与有效应力耦合问题，CHEN等［13］建立了同时考虑裂缝压缩系数、有效应力各向异性的渗透率模型。
对于天然裂缝被方解石紧密充填煤层，采用酸液溶蚀裂缝内方解石，使裂缝网络开启、相互连通，可以大幅增加煤层渗透性［14-17］。然而，现有研究主要以煤层天然裂缝与水力裂缝（室内采用巴西劈裂方法制备的人工裂缝替代）为研究对象，鲜有涉及酸化裂缝的应力敏感性，从而无法判断酸化裂缝在排水降压阶段的闭合行为和渗透率响应特征，也难以预测其对煤层气井的产气贡献。为此，笔者以阜新盆地低煤阶煤样为例，开展天然裂缝、人工裂缝以及酸化裂缝的应力敏感性实验研究，对比分析3类裂缝应力敏感性差异及控制因素，探索能够降低煤层应力敏感性、提高有效渗透率的增产改造措施。

1 实验样品与实验方法

1.1　煤样基本情况

阜新盆地作为中国重要的煤炭生产基地，同时蕴含丰富的煤层气资源［18-20］。盆地内刘家区是煤层气富集中心区域，该区已布置煤层气参数及生产试验井8口，平均单井产气量3 000 m3/d，最高产气量7 000 m3/d［21］，煤层气开采潜力大。刘家区主要含煤地层为下白垩统阜新组，煤的镜质组反射率为0.4%~0.6%，属低煤阶煤。煤主要由亮煤和暗煤构成，两者相互交错，多呈条带状出现，宏观煤样类型主要为暗淡—半光亮型，外观一般为黑色和黑褐色，为低灰长焰煤。该区包孙家湾、中间、太平三大煤层群，煤层结构呈条带状和线理状，三大煤层群都发育有外生裂隙，从孙家湾煤层群到太平煤层群发育程度逐渐减弱，而内生裂隙较发育，且差异小，孙家湾煤层群面割理密度为9~12条/5 cm，端割理密度为2~3条/5 cm；中间煤层群面割理密度为12~14条/5 cm，端割理密度为3~4条/5 cm；太平煤层群面割理密度为13~15条/5 cm，端割理密度为3~4条/5 cm［22］。根据贾建称等［23］对割理分类的系统性总结，笔者认为除割理外，煤层中还存在无规则分布的天然裂隙以及节理等其他裂缝，这些裂隙内多为方解石脉充填［24］。
恒大煤矿与刘家区煤层气富集区域同属王营子NNE向宽缓向斜构造，可采煤层为阜新组孙家湾、中间、太平下等煤层群，煤层厚度为中厚煤层，具备良好的煤层气地质赋存条件。为此，选取恒大煤矿采煤工作面阜新组低煤阶煤为实验研究对象（图1），根据原煤样肉眼观测与扫描电镜分析，煤样中方解石大量充填于裂缝内，且呈细脉状，并在煤样轴向上形成具有良好连通性的网络状分布，这将为煤样内部酸化溶蚀并形成网络通路提供条件。为表述方便，本文将“外生裂隙、割理、不规则裂隙等”统一使用裂缝术语。
图1 煤样层理、割理和不规则裂隙分布特征

(a)侧面;(b)入口端;(c)出口端

Fig.1 Distribution map of coal sample bedding, cleats and irregular cracks

原煤样的工业分析与矿物组成见表1。X-射线衍射分析结果表明，原煤样中的矿物组成主要为方解石（CaCO3），其在矿物中的相对重量占比为80.76%。灰分是煤中矿物高温分解后的残留物，可以利用灰分计算煤中矿物绝对含量，其在数量上约为煤灰的1.08倍［25］。由此可得，煤样矿物总量为9.84%，从而计算得到方解石的重量占比为7.95%。分别取煤样、方解石的密度为1.23~1.73 g/cm3、2.71 g/cm3，换算得到煤样中方解石的体积占比介于3.61%~5.08%之间。
表1 原煤的工业分析与矿物组成

Table 1 Industrial analysis and mineral composition of raw coal

平均密度

/(g/cm3)

 工业分析/% 矿物含量/%

水分

（Mad）

灰分

（Aad）

挥发份

（Vdaf）

石英

（SiO2）

长石

（KAlSi3O8）

方解石

（CaCO3）

菱铁矿

（FeCO3）

黄铁矿

（FeS2）

 黏土矿物 总量
1.23~1.73 8.43 9.11 30.47 2.16 0.00 80.76 11.09 5.99 0.00 100.00

1.2　实验方法

1.2.1　煤样预处理方法

为保证实验严谨性和代表性，在表面无明显缺陷的同一块煤样中取心，并且使用取心机时，要做到布孔均匀、紧凑，平行于层理方向，最后经切割、打磨等工序得到符合国际岩石力学委员会要求的Φ25 mm×50 mm煤岩心［图2（a）］，选取表面明显可见方解石脉的12块煤样作为实验样品（表2）。试验前于60 ℃恒温干燥箱中烘干煤样48 h，待温度降低后放入密封袋，排出空气进行封装保存。利用三轴岩心夹持器，设定围压、轴压3.0 MPa，测试初始气体渗透率；煤样抽真空后，采用蒸馏水加压饱和，根据饱和水前后重量差，计算煤样初始孔隙度。
图2 代表性煤样及其表面裂缝形态

(a)原煤样;(b)巴西劈裂煤样;(c)酸化处理煤样

Fig.2 Representative coal core and its surface crack morphology

表2 煤样预处理方式与基本参数

Table 2 Coal sample pretreatment methods and basic parameters

煤样

编号

处理方式

（优势渗流通道）

 孔隙度/% 渗透率/(10-3 μm2)
处理前 处理后 处理前 处理后
R1

原煤样

（天然裂缝）

 15.3 / 2.92 /
R2 16.6 / 3.02 /
A1

巴西劈裂

（人工裂缝）

 14.6 / 0.35 36.37
A2 14.1 / 0.54 113.88
M1

1%乙酸处理

（酸化裂缝）

 16.7 17.3 0.65 27.76
M2 17.5 18.6 1.58 34.85
M3

3%乙酸处理

（酸化裂缝）

 16.9 18.1 0.67 139.41
M4 16.0 17.1 0.83 96.86
M5

6%乙酸处理

（酸化裂缝）

 16.3 17.9 1.41 52.08
M6 15.0 16.0 1.07 136.78
M7

12%乙酸处理

（酸化裂缝）

 17.3 19.1 0.48 25.53
M8 14.9 16.8 0.35 51.67
为更直观对比酸化处理对煤样应力敏感性影响，采用巴西劈裂法，制备含人工裂缝的煤样［图2（b）］。因此，本文煤样分为3组，即含天然裂缝的原煤样、含人工裂缝的煤样、酸化处理的煤样（图2）。考虑到煤层气抽采后煤炭绿色开采、清洁利用的实际需求，需要避免将氯、氟等有害化学元素注入煤层［26-27］。因此常规无机酸液（如HCl、HF）不适用于煤层酸化改造。乙酸（CH3COOH）作为一种油气层酸化常用有机酸［28］，安全环保优势十分明显，用于煤层酸化改造具有较好应用前景。本文选用质量浓度1%、3%、6%、12%乙酸，酸化处理时间不超过15 h，然后再次测量酸化处理煤样的孔隙度、渗透率。通过酸溶蚀作用，解除了天然裂缝内方解石堵塞，连通更多具有渗流贡献的天然裂缝［图2（c）］。

1.2.2　裂缝渗透率应力敏感性实验

实验步骤如下：
第一步：将表2中煤样装入三轴岩心夹持器，模拟煤层三向应力状态，利用平流泵对煤样分别施加轴压、围压，实验采用恒定轴压、变围压方式（图3）；为防止加载过程，煤样发生压缩破坏，轴压值仅设定为3.0 MPa；测试流体为氦气，岩心入口端氦气压力为1.2~1.4 MPa，出口端回压阀设定为1.1 MPa。
图3 应力敏感性实验评价装置示意

(a)装置示意;(b)煤样受力状态

Fig.3 Schematic diagram of stress sensitivity experiment evaluation device

第二步：在围压逐级增加阶段，从小到大依次设定围压值，使煤样的有效应力（围压与孔隙压力差值）分别为3.0 MPa、4.0 MPa、5.0 MPa、6.0 MPa、7.0 MPa、8.0 MPa、10.0 MPa、15.0 MPa，待皂泡流量计读数稳定后，记录流量、岩心入口与出口端气体压力，并根据达西定律计算渗透率；然后，按上述有效应力设定值，逐级完成围压卸载过程的渗透率测试。
第三步：利用渗透率与有效应力之间的负指数关系式［29］，拟合实验数据，获得煤样裂缝渗透率应力敏感系数。
k = k 0 e - β ∆ σ
式中： k为某点给定有效应力条件下的渗透率，10-3 μm2； k 0为初始有效应力条件下的渗透率，10-3 μm2； β为渗透率应力敏感系数，MPa-1； ∆ σ为初始点到某测试点的应力变化值，MPa。

2 应力敏感性评价结果

2.1　裂缝渗透率对应力的响应特征

各组煤样渗透率随有效应力（净围压）的变化规律如图4所示。对于原煤样，在3.0 MPa应力条件下，天然裂缝渗透率约为3.0×10-3 μm2，随应力逐渐增加，渗透率明显下降，当应力大于10 MPa时，渗透率已小于1.0×10-3 μm2；含人工裂缝的巴西劈裂煤样，初始渗透率介于（36~112）×10-3 μm2之间，但随应力增加渗透率表现出极为迅速的下降趋势，当应力大于10 MPa时，渗透率仅介于（1.0~2.9）×10-3 μm2之间；酸化处理煤样初始渗透率介于（25~141）×10-3 μm2之间，与含人工裂缝煤样具有同一级别渗透性，然而随应力增加时，酸化处理煤样渗透性递减速率明显弱于人工裂缝，因此在10 MPa以上应力条件下，渗透率仍大于10×10-3 μm2。
图4 应力加卸载过程煤样渗透率变化散点图

Fig.4 Scatter diagram of permeability change of coal sample during stress loading and unloading process

2.2　应力敏感系数对比

对图4中各组煤样测定的渗透率与有效应力进行数据拟合，得到实验拟合结果和应力敏感系数（表3）。从表3可以看出，相关系数R 2均在0.92以上，表明采用经典的指数模型，可以很好表征煤样渗透率与有效应力的关系。含人工裂缝煤样渗透率递减趋势最明显，说明其应力敏感系数（ β为0.30~0.33）远大于原煤样（ β为0.13~0.14）和酸化处理煤样（ β为0.063~0.10）。
表3 煤样应力敏感系数计算结果（应力从3 MPa增加至15 MPa）

Table 3 Results of stress sensitivity coefficient of coal sample (stress increased from 3 MPa to 15 MPa)

煤样编号

处理方式

（优势渗流通道）

 实验数据拟合结果 应力敏感系数 ( β)/MPa-1
表达式 相关系数（R 2）
R1

原煤样

（天然裂缝）

 y=2.92exp(-0.13x) 0.936 3 0.13
R2 y=3.02exp(-0.14x) 0.915 5 0.14
A1

巴西劈裂

（人工裂缝）

 y=36.34exp(-0.30x) 0.987 4 0.30
A2 y=113.85exp(-0.33x) 0.980 5 0.33
M1

1%乙酸处理

（酸化裂缝）

 y=31.82exp(-0.081x) 0.947 2 0.081
M2 y=34.87exp(-0.09x) 0.950 3 0.090
M3

3%乙酸处理

（酸化裂缝）

 y=139.4exp(-0.10x) 0.991 6 0.10
M4 y=96.89exp(-0.097x) 0.979 0 0.097
M5

6%乙酸处理

（酸化裂缝）

 y=52.08exp(-0.063x) 0.970 7 0.063
M6 y=136.78exp(-0.083x) 0.987 9 0.083
M7

12%乙酸处理

（酸化裂缝）

 y=25.51exp(-0.068x) 0.963 1 0.068
M8 y=51.68exp(-0.082x) 0.996 4 0.082

2.3　应力加卸载前后裂缝渗透率损害程度

从图4可以看出，应力加载与卸载过程中，渗透率变化路径并不重合，且卸载过程渗透率明显低于加载过程，但酸化处理煤样与原煤样、含人工裂缝煤样存在显著差异性。应力加载过程煤样既产生弹性变形，也产生不可逆塑性变形，而后者导致卸压后裂缝开度与渗透性无法有效恢复。为定量评估这种不可逆的渗透率损害程度，采用的计算公式为：
D k = k 0 - k 1 k 0 × 100 %
式中： D k为渗透率损害率； k 0为加载过程第一个有效应力点对应的渗透率，10-3 μm2； k 1为卸载过程最后一个有效应力点对应的渗透率，10-3 μm2。
计算结果如图5所示。对比分析可以看出，一次应力加载与卸载循环后，含人工裂缝煤样渗透率损害率达80%，原煤样为43%~50%，而乙酸处理样仅为15%~43%，说明酸化溶蚀作用可以缓解煤岩应力敏感损害。
图5 应力加卸载循环前后煤样渗透率损害率

Fig.5 Permeability damage rate of coal samples before and after stress loading and unloading cycles

3 不同类型裂缝应力敏感机理及应用

裂缝是煤岩主要渗流通道，应力加载过程裂缝闭合是导致渗透性降低的主要原因，为此需要重点关注应力作用下裂缝渗透性演变的控制因素。物质组成、裂缝几何结构以及应力状态等是应力敏感性的主要控制因素。对于酸化处理煤样，仅裂缝内方解石发生溶解，煤样质量变化幅度小，孔隙度变化幅度仅为1%~2%（表2），与原煤样和巴西劈裂样相比，酸化处理对煤样组分构成影响小，主要变化在于酸化处理改变了煤样裂缝几何结构参数，从而对裂缝面承受的应力状态产生影响。

3.1　裂缝面接触方式对煤岩应力敏感性影响

裂缝是岩体的结构面，其两侧壁面一般凹凸不平，由不同数量和大小的微凸体构成。裂缝中微凸体是裂缝面主要受力点，应力加载过程中，微凸体发生弹塑性变形，不同曲率半径的微凸体互相接触支撑，随着应力继续增加，微凸体产生不可逆破坏，部分裂缝发生堵塞闭合，渗透性降低［28-30］。
在原煤样中，天然裂缝被方解石等矿物大量充填、堵塞，仅在矿物与有机质接触部分残留微小裂缝［图6（a）］，裂缝表面较为粗糙，易发生受力闭合的行为。而人工裂缝则是因为物理破坏的方式，该类裂缝破坏面与天然裂缝相比粗糙度更低，微凸体数量减少，曲率半径变小，在应力加卸载过程中，抵抗变形破坏的能力减弱，更容易变形破坏，导致裂缝闭合［图6（b）］，表现出更强的应力敏感性，加卸载后渗透率损害程度最高（图5）。对于酸化处理煤样，裂缝内方解石等充填物被酸液溶蚀，形成了表面极为粗糙、微凸体曲率半径极大的裂缝通道［图6（c）］。由于裂缝表面微凸体与凹陷位置相互不对应，且曲率半径相比前2种裂缝更大，受压时裂缝不易变形破碎，具有支撑稳定性，从而在同等应力环境中更具有抗压能力，降低了渗流通道的损害程度，保障通道的连通性和高渗性［图5，图6（c）］。因此酸化裂缝表面高的粗糙度、裂缝宽度和复杂稳定的微凸体空间形态，决定了酸化裂缝相比天然裂缝和人工裂缝具有更高的连通性及产气价值。
图6 不同类型裂缝的缝面接触方式

(a)原煤样;(b)巴西劈裂煤样;(c)酸化处理煤样

Fig.6 The contact methods of different types of fractures

3.2　裂缝产状对煤岩应力敏感性影响

裂缝闭合规律不仅与裂缝面的接触方式有关，还受裂缝产状影响［8-9］。有限元计算结果表明，在相同地应力环境下，不同产状裂缝（如水平缝、低角度缝、高角度缝）闭合规律存在显著差异［30］，其原因是裂缝产状影响作用在裂缝面的有效正应力（ σ n e），该值取决于原地应力、裂缝倾角、裂缝走向与最大水平主应力夹角［31］，即：
σ n e = σ V c o s α + σ H s i n β + σ h c o s β s i n α - p p
式（3）中： σ V为垂向应力，MPa； σ H为最大水平主应力，MPa； σ h为最小水平主应力，MPa； α为裂缝倾角，°； β为裂缝走向与水平最大主应力的夹角，°； p p为裂缝内流体压力，MPa。
可以得出，在相同应力条件下，不同产状裂缝面承受的有效正应力存在差异，进而导致应力加载过程裂缝渗透性呈现不同的响应特征与应力敏感系数。使用微CT分别对原煤样、巴西劈裂煤样以及酸化处理煤样开展微CT扫描，裂缝三维重构结果显示，天然裂缝［图7（a）］与酸化裂缝［图7（c）］在空间不同方向均有扩展延伸，各裂缝倾角、走向差异性明显，而人工裂缝倾角、走向较固定［图7（b）］，与扫描电镜观察结果一致（图6）。对于产状固定的人工裂缝，在三轴应力加载过程中，所承受的有效正应力较天然裂缝、酸化裂缝更大，裂缝闭合更快，渗透性递减更快速，表现出更强的应力敏感性。
图7 不同类型裂缝的三维空间产状

(a)天然裂缝;(b)人工裂缝;(c)酸化裂缝

Fig.7 Three-dimensional occurrence of different types of fractures

3.3　应力敏感性煤层增产改造措施优化

水力压裂是低渗透煤层增产改造的常用措施，压裂形成的裂缝构成了煤层高速渗流的通道，是控制煤层气井高产的关键因素。煤层水力裂缝往往沿垂直于最小主应力方向扩展延伸，主要发育为形态较简单的主裂缝。压裂后煤层随即进入快速排水降压阶段，由于煤层气排采导致地层流体压力降低、骨架承受的有效应力增加，对于无支撑剂的裂缝，在地应力作用下，裂缝易闭合［6，12］。这通常会引起煤层严重的应力敏感损害，为此必须从降低应力敏感性、提高有效渗透率的角度来优化煤层增产改造措施［2］。
本文应力敏感实验对比结果充分说明，酸溶蚀作用能够显著弱化煤样应力敏感性。对于富含方解石脉的煤层，可以考虑采用酸化改造，或采用“水力压裂+酸化”复合改造措施，通过形成具有“粗糙缝面形态、复杂裂缝产状”的酸化裂缝，有效弱化煤层应力敏感性，这对于煤层气井增产措施优化、排采方案制定具有重要意义。研究表明，我国华北、西南地区石炭系—二叠系煤层方解石脉含量丰富，典型矿区或煤层包括沁水盆地主采煤层［32-33］、川南矿区（如芙蓉矿区、筠连矿区、石屏矿区）［34］、贵州龙潭组煤层（如新田煤矿）等。其中，沁水盆地南部3#煤层方解石绝对含量占比达17%~20%，芙蓉煤矿主采煤层的方解石绝对含量占比约9%~31%。这些煤层甲烷含量高，煤层气资源丰富，均可考虑与酸溶蚀相关的增产改造措施。这样既能使煤层获得较高的初始渗透性，又能在降压生产过程中长期保持较高渗流能力。

4 结论

天然裂缝、人工裂缝以及酸化裂缝作为煤层重要的渗流通道，以阜新盆地含方解石脉煤样为例，实验证实乙酸能够产生复杂稳定的网络状酸化裂缝，大幅提高煤样渗透性，使其达到与人工裂缝煤样相同渗透率级别。有效应力为3 MPa时，3类裂缝平均渗透率分别为2.94×10-3 μm2、75.08×10-3 μm2、71.12×10-3 μm2，而有效应力增加至15 MPa时，其渗透率分别下降至0.71×10-3 μm2、2.03×10-3 μm2、26.55×10-3 μm2，应力敏感系数分别为0.14 MPa-1、0.31 MPa-1、0.084 MPa-1；应力敏感导致3类裂缝渗透率均产生不可逆损害，其中人工裂缝损害程度达80%，而天然裂缝和酸化裂缝分别为46.7%和27.7%。与原煤样和巴西劈裂煤样相比，酸化处理煤样的应力敏感性最弱，应力加载过程能够保持更高渗透性。
酸化裂缝面粗糙度更大、裂缝产状更加复杂，相同应力条件下，酸化裂缝的应力敏感系数分别是天然裂缝和人工裂缝的60%、27%。因此酸化处理能够有效弱化煤层裂缝应力敏感性，相比于水力压裂等其他增渗手段具有更高的产气价值和长期开采的优势。对于含方解石脉煤层，可以考虑酸化增产改造，或采用“水力压裂+酸化”复合改造措施，以降低煤层裂缝应力敏感性、提高有效渗透率。

References

Publishing order | Descend order by publishing year | Descend order by cited within
1
刘江，桑树勋，周效志，等.六盘水地区煤层气井合层排采实践与认识［J］.煤田地质与勘探，2020，48（3）：93-99.

LIU J， SANG S X， ZHOU X Z， et al. Practice and understanding of multi-layer drainage of CBM wells in Liupanshui area［J］.Coal Geology & Exploration，2020，48（3）：93-99.

2
刘会虎，桑树勋，冯清凌，等.沁水盆地南部煤层气井排采储层应力敏感研究［J］.煤炭学报，2014，39（9）：1873-1878.

LIU H H， SANG S X， FENG Q L， et al. Study on stress sensitivity of coal reservoir during drainage of coal-bed methane well in southern Qinshui Basin［J］. Journal of China Coal Society，2014，39（9）：1873-1878.

3
吕玉民，汤达祯，许浩.韩城地区煤储层孔渗应力敏感性及其差异［J］.煤田地质与勘探，2013，41（6）：31-34.

LV Y M， TANG D Z， XU H. Stress sensitivity and difference of porosity and permeability in coal reservoirs in Hancheng CBM block［J］. Coal Geology & Exploration，2013，41（6）：31-34.

4
孟召平，侯泉林.高煤级煤储层渗透性与应力耦合模型及控制机理［J］.地球物理学报，2013，56（2）：667-675.

MENG Z P， HOU Q L. Coupling model of stress-dependent permeability in high-rank coal reservoir and its control me-chanism［J］. Chinese Journal of Geophysics，2013，56（2）：667-675.

5
CONNELL L D， MAZUMDER S， SANDER R， et al. Laboratory characterisation of coal matrix shrinkage， cleat compressibility and the geomechanical properties determining reservoir permeability［J］. Fuel， 2016，165：499-512.

6
鲍清英，东振，张义，等.低煤阶应力敏感性机理及其对产气的影响——以二连盆地为例［J］.煤炭学报，2017，42（3）：671-679.

BAO Q Y， DONG Z， ZHANG Y， et al. Stress sensitivity mechanism of low-rank coal and its influence on gas production： A case study from Erlian Basin［J］. Journal of China Coal Society， 2017，42（3）：671-679.

7
康毅力，陈德飞，李相臣，等.煤层气钻采工作液对煤岩储层应力敏感性影响试验［J］.煤田地质与勘探，2014，42（4）：39-43.

KANG Y L， CHEN D F， LI X C， et al. Influence of dvilling fluid on stress sensitivity of coalbed reservoir［J］. Coal Geology & Exploration，2014，42（4）：39-43.

8
刘帅帅，杨兆彪，张争光，等.有效应力对煤储层不同方向渗透率影响的差异性［J］.天然气地球科学，2019，30（10）：1422-1429.

LIU S S， YANG Z B， ZHANG Z G， et al. Study on the differences of effective stress on coal reservoirs permeability in different directions［J］. Natural Gas Geoscience，2019，30（10）：1422-1429.

9
周宏伟，荣腾龙，牟瑞勇，等.采动应力下煤体渗透率模型构建及研究进展［J］.煤炭学报，2019，44（1）：221-235.

ZHOU H W， RONG T L， MOU R Y， et al. Development in modeling approaches to mining-induced permeability of coals［J］. Journal of China Coal Society，2019，44（1）：221-235.

10
孙光中，荆永滨，张瑞林，等.轴向应力循环加卸载作用下含瓦斯煤渗透性研究［J］岩石力学与工程学报，2016，35（5）：928-938.

SUN G Z， JING Y B， ZHANG R L， et al. Permeability of coal samples containing methane under cyclic loading-unloading of axial stresses［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2016，35（5）：928-938.

11
贾恒义，王凯，王益博，等.围压循环加卸载作用下含瓦斯煤样渗透特性试验研究［J］.煤炭学报，2020，45（5）：1710-1718.

JIA H Y， WANG K， WANG Y B， et al. Permeability characteristics of gas-bearing coal specimens under cyclic loading-unloading of confining pressure［J］. Journal of China Coal Society，2020，45（5）：1710-1718.

12
赵岩龙，辛晓霖，汪志明.滇东黔西地区煤岩裂缝渗透率应力敏感性试验研究［J］.煤炭科学技术，2019，47（8）：213-218.

ZHAO Y L， XIN X L， WANG Z M. Experimental study on stress sensitivity of coal and rock fracture permeability in eastern Yunnan and western Guizhou［J］. Coal Science and Technology，2019，47（8）：213-218.

13
CHEN D， PAN Z， LIU J， et al. Characteristic of anisotropic coal permeability and its impact on optimal design of multi-lateral well for coalbed methane production［J］. Journal of Petroleum Science and Engineering，2012，（88-89）：13-28.

14
赵博，文光才，孙海涛，等.煤岩渗透率对酸化作用响应规律的试验研究［J］.煤炭学报，2017，42（8）：2019-2025.

ZHAO B， WEN G C， SUN H T， et al. Experimental study on response law of permeability of coal to acidification［J］. Journal of China Coal Society，2017，42（8）：2019-2025.

15
李瑞，王坤，王于健.提高煤岩渗透性的酸化处理室内研究［J］.煤炭学报，2014，39（5）：913-917.

LI R， WANG K， WANG Y J. Indoor study on acidification for enhancing the permeability of coal［J］. Journal of China Coal Society，2014，39（5）：913-917.

16
刘炎杰，刘超，马兵，等.提高煤储层渗透率的酸化实验［J］.煤田地质与勘探，2016，44（2）：46-49.

LIU Y J， LIU C， MA B， et al. Acidification experiment for enhancing the permeability of coal reservoir［J］. Coal Geology & Exploration，2016，44（2）：46-49.

17
李胜，罗明坤，范超军，等.基于核磁共振和低温氮吸附的煤层酸化增透效果定量表征［J］.煤炭学报，2017，42（7）：1748-1756.

LI S， LUO M K， FAN C J， et al. Quantitative characterization of the effect of acidification in coals by NMR and low-temperature nitrogen adsorption［J］. Journal of China Coal Society，2017，42（7）：1748-1756.

18
朱志敏，沈冰，崔洪庆，等.阜新盆地煤层气成因分析［J］.地质科技情报，2007，26（3）：67-70.

ZHU Z M， SHEN B， CUI H Q， et al. Genetic analysis of coal-bed methane in Fuxin Basin［J］. Geological Science and Technology Information，2007，26（3）：67-70.

19
兰天伟，张宏伟，李胜，等.阜新盆地低煤阶煤层气地质特征及成藏机制［J］.辽宁工程技术大学学报：自然科学版，2014，33（6）：763-767.

LAN T W， ZHANG H W， LI S， et al. Geological characteristics and accumulation mechanism of low rank coalbed methane in Fuxin Basin［J］. Journal of Liaoning Technical University： Natural Science Edition，2014， 33（6）：763-767.

20
王刚，杨曙光，李瑞明，等.国内外低煤阶煤层气地质差异性与聚气模式探讨［J］.天然气地球科学，2020，31（8）：1082-1091.

WANG G， YANG S G， LI R M， et al. Geological differences and accumulation modes between domestic and foreign low-rank coalbed methane［J］.Natural Gas Geoscience，2020，31（8）：1082-1091.

21
谢石.阜新刘家区煤层气储层特征及产能分析［J］.天然气勘探与开发，2020，43（1）：96-102.

XIE S. Reservoir characteristics and productivity of coalbed methane， Liujia mining area， Fuxin Basin［J］. Natural Gas Exploration & Development，2020，43（1）：96-102.

22
陈兆山.阜新盆地刘家区煤储层综合分析［J］.中国煤田地质，2003，15（5）：22-25.

CHEN Z S. Multidisciplinary analysis of coalbed methane reservoir in Liujia Mining area， Fuxin Basin［J］. Coal Geology of China，2003，15（5）：22-25.

23
贾建称，张泓，贾茜，等.煤储层割理系统研究：现状与展望［J］.天然气地球科学，2015，26（9）：1621-1628.

JIA J C， ZHANG H， JIA Q， et al. Status and prospect： Study on the cleat system in coal reservoir［J］.Natural Gas Ge-oscience，2015，26（9）：1621-1628.

24
张敏.恒大矿复杂采区瓦斯与煤自燃影响效应及防控机制研究［D］.阜新：辽宁工程技术大学，2017：1-150.

ZHANG M， Interaction Effect Between Gas and Coal Spontaneous Combustion and Its Control Mechanism in Complex Mining Area of Hengda Coal Mine［D］. Fuxin： Liaoning Technical University， 2017：1-150.

25
李增学.煤地质学［M］.北京：地质出版社，2009：1-298.

LI Z X. Coal Geology［M］. Beijing： Geological Publishing House， 2009：1-298.

26
代世峰，李薇薇，唐跃刚，等.贵州地方病氟中毒的氟源、致病途径与预防措施［J］.地质论评，2006，52（5）：650-655.

DAI S F， LI W W， TANG Y G， et al. The source， pathway， and preventive measures of endemic Fluorosis in Guizhou［J］. Geological Review， 2006，52（5）：650-655.

27
宁坚，靳虎，王泽安，等.煤中氯的赋存与释放特性研究进展［J］.煤炭学报，2019，44（9）：2886-2897.

NING J， JIN H， WANG Z A， et al. Research advances on the occurrence and release characteristics of chlorine in coal［J］. Journal of China Coal Society， 2019，44（9）：2886-2897.

28
伦纳德·卡尔法亚.酸化增产技术［M］.北京：石油工业出版社，2004：1-137.

LEONARD C. Production Enhancement With Acid Stimulation［M］. Beijing： Petroleum Industry Press，2004：1-137.

29
XIAO W， LI T， LI M， et al. Evaluation of the stress sensitivity in tight reservoirs［J］. Petroleum Exploration and Development，2016，43（1）：115-123.

30
刘向君，刘战君，李允，等.裂缝闭合规律研究及其对油气田开发的影响［J］.天然气工业，2004，24（7）：39-41.

LIU X J， LIU Z J， LI Y， et al. Research on fracture closing law and its effect on oil and gas field development［J］. Natural Gas Industry，2004，24（7）：39-41.

31
刘向君，梁利喜，成竹，等.裂缝闭合临界流体压力对油气田开发的影响［J］.天然气工业，2005，25（10）：113-114.

LIU X J， LIANG L X， CHENG Z， et al. Effects of critical fluid pressure of fracture closure on oil/gas exploitation［J］. Natural Gas Industry，2005，25（10）：113-114.

32
康永尚，孙良忠，张兵，等.中国煤储层渗透率主控因素和煤层气开发对策［J］.地质论评，2017，63（5）：1401-1418.

KANG Y S， SUN L Z， ZHANG B， et al. The controlling factors of coalbed reservoir permeability and CBM development strategy in China［J］. Geological Review，2017，63（5）：1401-1418.

33
刘洪林，李贵中，王烽，等.沁水盆地煤层割理系统特征及其形成机理［J］.天然气工业，2008，28（3）：36-39.

LIU H L， LI G Z， WANG F， et al. Characteristics and genetic mechanisms of coal cleat systems in Qinshui Basin［J］. Natural Gas Industry，2008，28（3）：36-39.

34
雒洋冰.川东川南晚二叠世煤及凝灰岩中微量元素地球化学研究［D］.北京：中国矿业大学（北京），2014：1-175.

LUO Y B， The Study of Trace Elements Geochemistry in Late Permian Coal and Tuff Samples From East and South Sichuan Province， China［D］. Beijing： China University of Mining and Technology-Beijing， 2014：1-175.

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