水驱替煤层瓦斯机理及均匀压裂技术研究

发布时间：2021-08-22 05:07

　　煤炭在我国的能源结构中仍占据着绝对的优势,但随着采掘深度的增加与开采难度的增大,瓦斯灾害变得日益严重。本文以煤层水力压裂过程中的瓦斯驱替效应为研究对象,通过理论分析、实验室实验、现场试验的方法,对水力压裂驱替瓦斯的微观机理、宏观规律两个方面进行了研究,并提出了一种基于均匀压裂法的瓦斯治理体系,具有一定的理论意义与工程应用前景。本文首先搭建了实验平台,模拟研究了水侵后含瓦斯煤体中水分置换甲烷的微观机理,主要实验结果如下:（1）当初始平衡压力相同时,注水比大的煤样,甲烷置换率高,其中:1MPa时最大置换量为16%注水比煤样的22.1%,2MPa时最大置换率为16%注水比煤样的28.2%;当煤样注水比相同时,初始平衡压力高的煤样,甲烷置换率高,其中:12%注水比时最大置换量为平衡压力2.5MPa的25.9%,16%时最大置换量为平衡压力2.5MPa的31%;（2）平衡压力一定时,甲烷的实际置换率与理论置换率均随着注水比的升高而增大,甲烷的重新吸附量随着注水比的升高,增加趋势明显;注水比一定时,随着平衡压力的升高,实际置换率与理论置换率逐渐增大,且二者的差距越来越小,重新吸附量随着平衡压力的升... 

【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

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加水装置实物图

硕士学位论文18样的吸附曲线、瓦斯吸附常数a和b、瓦斯放散初速度△P等关键参数，20~30目的煤用来测试坚固性系数f、煤样瓦斯吸附量、后置加水瓦斯吸附瓦斯的解吸量等关键参数。2.2.2煤样关键参数测试1.工业分析煤的工业分析主要测定煤的水分（Mad）、灰分（Aad）、挥发分（Vad）和固定碳（FCad）四个分析项目指标。煤的工业分析是了解煤质特性的主要指标，也是评价煤质的基本依据[75]。根据GB-T212-2008《煤的工业分析方法》，以及中国矿业大学安全生产检测检验中心要求，将煤样筛出80目以下煤样5g（含备份样品）。测得的结果如下表2-2所示：表2-2煤样工业分析结果Table2-2Coalsampleindustryanalysisresults煤样Mad%Aad%Vad%FCad%BK1.3113.3626.6858.652.瓦斯放散速度△P煤的瓦斯放散速度ΔP是预测煤与瓦斯突出危险性的指标之一，该指标反应了含瓦斯煤体中瓦斯放散速度的快慢。ΔP越大，瓦斯放散越快，突出危险性越大。实验采用WT-1型测定仪测定煤样的瓦斯放散速度[76]。图2-5WT-1型瓦斯扩散速度测定仪Figure2-5Gasdiffusionvelocitytester测定结果如下表2-3所示：表2-3瓦斯放散速度（△P）测试结果Table2-3Determinationofvelocity(P)ofcoalsamplegasrelease煤样放散初速度(△P)/(cm3/s)BK22.73.坚固性系数f测试

硕士学位论文20煤体内部含有大量的孔隙和裂隙，其表面存在吸附位，从而为瓦斯的吸附提供了场所。在恒定温度下，瓦斯压力与吸附量之间的关系符合朗格缪尔方程[78]：(2-3)式中：Q为压力P条件下煤体中的吸附气体含量，cm3/g；P为气体压力，MPa；a为吸附常数，当P→∞时，Q=a，因此a代表煤的极限吸附量，单位为cm3/g；b为吸附常数，代表吸附气体的能力，单位为MPa-1。从公式中不难看出，a值越大，煤体中的瓦斯极限吸附量越多；b为介质吸附瓦斯的难易程度，数值越大表示瓦斯越容易被煤体吸附。一般来说，a值越大、a值越小，则煤层中储存的瓦斯量越多，可用于解吸的瓦斯越多，受外界扰动时较容易形成快速流动的向外冲击，煤层的突出危险性越大[79]。图2-6HCA高压容量法瓦斯吸附装置Figure2-6HCAhighpressurevolumetricgasadsorptiondevice本实验过程中采用HCA高压容量法瓦斯吸附装置进行Langmuir吸附常数的测定，装置实物见图2-6，样品的等温吸附曲线见图2-7，测试结果见表2-6。024681051015202530吸附量cm3/g压力/MPa脱附等温线吸附等温线


本文编号：3357061