应力与温度综合作用的煤岩渗透机理
发布时间：2021-08-07 14:43
为评估深部煤岩的瓦斯抽采特性,探究不同条件下煤岩渗透率演化规律,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,开展不同平均有效应力和不同孔隙压力下温度升高的三轴渗流实验.基于分形理论表征温度引起的煤岩孔裂隙扩展和滑脱因子变化情况,进一步考虑压缩变形及滑脱效应对煤岩渗透率的影响,建立应力与温度综合作用的煤岩分形渗透率模型.结果表明:1)随温度升高煤岩整体具有压缩效应,渗流通道减小,渗透率先急剧下降后趋于平缓.2)在相同温度下煤岩渗透率随平均有效应力的增大逐渐减小,随孔隙压力增大先急剧减小后趋于平缓.煤岩裂隙压缩系数Cf随平均有效应力增大逐渐减小,随孔隙压力增大煤岩裂隙性系数具有相同的变化趋势.3)新建渗透率模型的计算值和实测值基本一致,其理论机理适用性及数据匹配度均优于Lu模型,该模型可以较好表征多因素影响下的煤岩渗透率演化规律.4)孔隙压力较低时,滑脱效应较为明显,且在孔隙压力升高初期考虑滑脱效应的煤岩渗透率曲线比不考虑滑脱效应的渗透率曲线更接近实验测量值.
【文章来源】：中国矿业大学学报. 2020,49(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
气体运移通道示意[26]
试验煤岩选自晋城赵庄煤矿3#煤层,位于二叠系下统山西组,平均厚度为46.10 m.其煤岩以亮煤为主,暗煤次之,主要为碎裂结构.本文采取水泥浇筑固定的方法制备原煤试样,制成Ф50 mm×100 mm试样用于渗流试验.所选试验煤岩形状完整、无明显裂隙,为高阶无烟煤.渗流试验装置为含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置[36],如图2所示.借助该装置可进行不同平均有效应力、孔隙压力下温度升高的含瓦斯煤三轴渗流试验.2.2 试验方案
上述不同平均有效应力下温度升高的渗流试验方案进行含瓦斯煤岩三轴渗流试验.表1模型输入参数,将试验数据及表1中的参数代入式(30)中,可得不同平均有效应力下煤岩渗透率与温度关系,如图3所示.模型参数见表2,其中γAAD%为平均绝对偏差.由图3可知:模型计算值与实测值吻合度较高,表明所建的应力与温度综合作用的煤岩分形渗透率模型是可靠的.在相同平均有效应力条件下,随温度升高煤岩渗透率整体呈下降趋势[36].一方面由于随着温度升高煤岩内部结构发生改变,产生了热应力.此时煤岩外部受较大应力约束,产生的热应力值仍小于平均有效应力,因此煤岩整体仍以压缩效应为主.当温度升高时,煤岩裂隙张开,并伴有新裂隙发育[5].但由于热应力数值小于外部平均有效应力,煤岩无法向外膨胀,只能向内部空间发展,导致瓦斯渗流通道减小,渗透率降低.另一方面,随着温度增大,内膨胀空间减小,内膨胀效应趋于极限状态,因此,煤岩渗透率下降趋势趋于平缓.
【参考文献】：
期刊论文
[1]力热耦合作用下煤岩吸附及渗透特性的试验研究[J]. 李波波,杨康,李建华,任崇鸿,许江,左宇军,张敏. 煤炭学报. 2018(10)
[2]基于折现现金流法的煤层气开发经济评价方法研究[J]. 苏佳纯,张金川,朱伟林. 中国矿业大学学报. 2018(03)
[3]有效应力对煤样变形和渗透性的影响研究[J]. 祝捷,王学,于鹏程,陈孟达,陈赫,何法. 岩石力学与工程学报. 2017(09)
[4]瓦斯抽采过程中的煤层透气性动态演化规律与数值模拟[J]. 王登科,彭明,付启超,秦恒洁,夏玉玲. 岩石力学与工程学报. 2016(04)
[5]加卸载条件下原煤渗透率与有效应力的规律[J]. 尹光志,李文璞,李铭辉,李星,邓博知,蒋长宝. 煤炭学报. 2014(08)
[6]煤中吸附气体的渗流规律研究[J]. 冯增朝,郭红强,李桂波,赵静,吕兆兴. 岩石力学与工程学报. 2014(S2)
[7]温度及应力对成型煤样渗透性的影响[J]. 于永江,张华,张春会,郝哲,王来贵. 煤炭学报. 2013(06)
[8]三轴应力条件下温度对原煤渗流特性影响的实验研究[J]. 许江,张丹丹,彭守建,聂闻,王雷,陈宇龙. 岩石力学与工程学报. 2011(09)
[9]不同温度应力条件下煤体渗透率实验研究[J]. 李志强,鲜学福,隆晴明. 中国矿业大学学报. 2009(04)
[10]有效应力对煤层气解吸渗流影响试验研究[J]. 唐巨鹏,潘一山,李成全,石强,董子贤. 岩石力学与工程学报. 2006(08)
本文编号：3327987
【文章来源】：中国矿业大学学报. 2020,49(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
气体运移通道示意[26]
试验煤岩选自晋城赵庄煤矿3#煤层,位于二叠系下统山西组,平均厚度为46.10 m.其煤岩以亮煤为主,暗煤次之,主要为碎裂结构.本文采取水泥浇筑固定的方法制备原煤试样,制成Ф50 mm×100 mm试样用于渗流试验.所选试验煤岩形状完整、无明显裂隙,为高阶无烟煤.渗流试验装置为含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置[36],如图2所示.借助该装置可进行不同平均有效应力、孔隙压力下温度升高的含瓦斯煤三轴渗流试验.2.2 试验方案
上述不同平均有效应力下温度升高的渗流试验方案进行含瓦斯煤岩三轴渗流试验.表1模型输入参数,将试验数据及表1中的参数代入式(30)中,可得不同平均有效应力下煤岩渗透率与温度关系,如图3所示.模型参数见表2,其中γAAD%为平均绝对偏差.由图3可知:模型计算值与实测值吻合度较高,表明所建的应力与温度综合作用的煤岩分形渗透率模型是可靠的.在相同平均有效应力条件下,随温度升高煤岩渗透率整体呈下降趋势[36].一方面由于随着温度升高煤岩内部结构发生改变,产生了热应力.此时煤岩外部受较大应力约束,产生的热应力值仍小于平均有效应力,因此煤岩整体仍以压缩效应为主.当温度升高时,煤岩裂隙张开,并伴有新裂隙发育[5].但由于热应力数值小于外部平均有效应力,煤岩无法向外膨胀,只能向内部空间发展,导致瓦斯渗流通道减小,渗透率降低.另一方面,随着温度增大,内膨胀空间减小,内膨胀效应趋于极限状态,因此,煤岩渗透率下降趋势趋于平缓.
【参考文献】：
期刊论文
[1]力热耦合作用下煤岩吸附及渗透特性的试验研究[J]. 李波波,杨康,李建华,任崇鸿,许江,左宇军,张敏. 煤炭学报. 2018(10)
[2]基于折现现金流法的煤层气开发经济评价方法研究[J]. 苏佳纯,张金川,朱伟林. 中国矿业大学学报. 2018(03)
[3]有效应力对煤样变形和渗透性的影响研究[J]. 祝捷,王学,于鹏程,陈孟达,陈赫,何法. 岩石力学与工程学报. 2017(09)
[4]瓦斯抽采过程中的煤层透气性动态演化规律与数值模拟[J]. 王登科,彭明,付启超,秦恒洁,夏玉玲. 岩石力学与工程学报. 2016(04)
[5]加卸载条件下原煤渗透率与有效应力的规律[J]. 尹光志,李文璞,李铭辉,李星,邓博知,蒋长宝. 煤炭学报. 2014(08)
[6]煤中吸附气体的渗流规律研究[J]. 冯增朝,郭红强,李桂波,赵静,吕兆兴. 岩石力学与工程学报. 2014(S2)
[7]温度及应力对成型煤样渗透性的影响[J]. 于永江,张华,张春会,郝哲,王来贵. 煤炭学报. 2013(06)
[8]三轴应力条件下温度对原煤渗流特性影响的实验研究[J]. 许江,张丹丹,彭守建,聂闻,王雷,陈宇龙. 岩石力学与工程学报. 2011(09)
[9]不同温度应力条件下煤体渗透率实验研究[J]. 李志强,鲜学福,隆晴明. 中国矿业大学学报. 2009(04)
[10]有效应力对煤层气解吸渗流影响试验研究[J]. 唐巨鹏,潘一山,李成全,石强,董子贤. 岩石力学与工程学报. 2006(08)
本文编号：3327987
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