煤基质变形影响下含瓦斯煤渗透率动态变化规律

发布时间：2021-04-11 01:58

　　煤层渗透率不仅直接影响着煤层气（俗称瓦斯）抽采的效果,而且还是计算瓦斯涌出量的关键参数。为了明确不同压力条件下含瓦斯煤渗透率的变化规律,通过考虑有效应力和甲烷吸附/解吸对煤渗透率的综合影响,建立不同压力下含瓦斯煤渗透率动态演化模型;进而以山西晋煤集团岳城矿钻取的煤样为样品,开展了三轴应力状态下的渗透率测试实验,并将实验测试结果和模型计算结果进行对比,进而探讨不同压力下含瓦斯煤渗透率的动态变化规律。研究结果表明:①渗透率与压力的关系曲线呈不规则的"U"形,在相对低压阶段,随着压力增加,煤基质表面的甲烷吸附量增加,煤岩膨胀变形对渗透率的影响占主导地位,渗透率迅速减低,随着压力逐渐增加,甲烷吸附量达到饱和,有效应力对渗透率的影响占主导地位,渗透率小幅度回升;②实验结果和模型计算结果基本吻合,并且变化趋势也一致。结论认为,所建立的含瓦斯煤渗透率动态演化模型可靠,可以为煤与瓦斯突出防治及煤层气有效开采提供技术支撑。 

【文章来源】：天然气工业. 2020,40(01)北大核心EICSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

渗透率测试实验系统实物照片

如图2所示，随压力增大，煤样渗透率先迅速降低，而后逐渐趋于稳定，再小幅回升。当压力相对较低时，气体流速较慢，在煤壁上产生滑脱效应（渗流速度不等于零），气体分子的平均自由程与孔喉尺寸相当，渗透率较高；随着压力增大，煤逐渐吸附甲烷，煤基质膨胀，孔隙空间被挤压变小，渗流通道变窄，渗透率迅速降低；当压力进一步增大时，煤样渗透率逐渐趋于稳定并小幅度上升，表明随着压力增大，甲烷吸附速率逐渐降低，煤基质膨胀对渗透率减小的影响程度逐渐减弱，同时有效应力不断降低，其对渗透率的影响占了主导地位，从而使渗透率小幅度回升。3 结果对比

为了验证所建立的含瓦斯煤渗透率动态演化模型的准确性，以山西晋煤集团岳城矿钻取的煤样（表2）为研究对象，对不同压力下煤样渗透率的实验测试结果和采用渗透率动态演化模型的计算结果进行对比，进而探讨煤渗透率的变化规律。如图3所示，在相对低压阶段，随着压力增大，渗透率呈现快速下降的趋势。这是由于随着煤岩持续吸附甲烷，煤基质膨胀变形对渗透率的影响大于有效应力降低产生的影响，煤岩孔隙受到挤压，渗流通道变窄，导致渗透率迅速降低。同时，渗透率下降的速率逐渐降低，这是由于随着气体压力增大，甲烷吸附趋于饱和，吸附速率逐渐降低，因此煤岩基质膨胀变形量增速变缓，对渗透率的影响逐渐减小；而随着甲烷吸附速率降低，有效应力减小产生的影响逐渐占主导作用，原本被压缩的部分孔隙扩张从而使孔隙度小幅度增加，导致渗透率回升。实验结果和模型计算结果较吻合，且变化趋势一致。上述结果也可以用于解释随着煤层压力逐渐下降，瓦斯抽采越来越容易的现象。

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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本文编号：3130734