不同温度下孔隙压力对煤岩渗流特性的影响机制

发布时间：2020-02-22 13:04

【摘要】：在深部煤层瓦斯抽采过程中,地温较高且孔隙压力逐渐降低,而目前综合考虑温度和孔隙压力对煤岩渗透特性耦合作用的研究较少.利用自主研发的出口端压力可调的三轴渗流装置,以贵州矿区原煤试件为研究对象,进行不同温度下改变孔隙压力的渗流试验,并建立了考虑温度的渗透率匹配模型.研究表明,煤岩渗透率随孔隙压力增大按指数函数减小;煤岩渗透率随压差的增大而减小,随温度的升高而降低,在不同的温度状态下,渗透率的下降速率和变化幅度有所不同.在模拟瓦斯开发的物理试验中,压差应尽量小,减少其误差,为建立不同边界条件的渗透率模型提供帮助;随温度的升高,温度突变系数呈增大的趋势;随孔隙压力的增大,温度突变系数呈减小的趋势.温度突变系数在整个阶段不为常数,且割理压缩系数可变,这两个特征更能真实地匹配模型,反映瓦斯的开发过程.
【图文】：

原煤,试件

第８期李波波等：不同温度下孔隙压力对煤岩渗流特性的影响机制的三轴渗流装置，采用调节进出口压力来改变孔隙压力，建立孔隙压力作用下考虑温度的渗透率匹配模型，进行孔隙压力在不同边界条件下的模型匹配分析，探究不同温度与孔隙压力对煤岩渗透特性的影响，为排采后期瓦斯抽采利用和ＣＯ２封存提供理论基础．图１原煤试件Ｆｉｇ．１Ｒａｗｃｏａｌｓａｍｐｌｅｓ１试验方法１．１试样的采集与制备试验煤样取自贵州林华矿业有限公司有突出危险的９号煤层，以原煤试件为研究对象．经地质构造切割的原始煤层比较容易破碎，增加了原煤试件的制作难度，经专用的岩石取心装置取出后，需用磨床将其打磨成Ф５０ｍｍ×１００ｍｍ的圆柱型煤试件．制作好的煤样置于８０℃烘箱干燥２４ｈ后置于干燥皿内备用．试验所用的原煤试件见图１．采用５Ｅ－ＭＡ－ＣＩＩＩ红外快速煤质分析仪对煤样收到基进行工业分析测定，结果显示水分为１．７５％，灰分为２２．８９％，挥发分为７．４８％，硫分为１．９４％．煤层在围压为３．０ＭＰａ下的三轴抗压强度、弹性模量和泊松比等力学参数见表１．表１林华９号煤层原煤基本力学参数Ｔａｂｌｅ１ＢａｓｉｃｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｒａｗｃｏａｌｉｎＮｏ．９ｃｏａｌｓｅａｍｏｆＬｉｎＨｕａ围压（ＭＰａ）３．０与层理面关系σｃ（ＭＰａ）Ｅ（ＭＰａ）ν⊥３８．２８１９０５．０４０．１２５９∥３９．５５２１１４．４５０．１１４５图２出口端正压的三轴渗流装置原理Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｓｋｅｔｃｈｏｆｔｒａｉｘｉａｌｓｅｅｐａｇｅｄｅｖｉｃｅ

原理图,出口端,三轴,原理

７５％，灰分为２２．８９％，，挥发分为７．４８％，硫分为１．９４％．煤层在围压为３．０ＭＰａ下的三轴抗压强度、弹性模量和泊松比等力学参数见表１．表１林华９号煤层原煤基本力学参数Ｔａｂｌｅ１ＢａｓｉｃｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｒａｗｃｏａｌｉｎＮｏ．９ｃｏａｌｓｅａｍｏｆＬｉｎＨｕａ围压（ＭＰａ）３．０与层理面关系σｃ（ＭＰａ）Ｅ（ＭＰａ）ν⊥３８．２８１９０５．０４０．１２５９∥３９．５５２１１４．４５０．１１４５图２出口端正压的三轴渗流装置原理Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｓｋｅｔｃｈｏｆｔｒａｉｘｉａｌｓｅｅｐａｇｅｄｅｖｉｃｅｗｉｔｈｐｏｓｉｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｔｏｕｔｌｅｔ１．２试验装置试验装置采用自主研发的、出口端正压的三轴渗流装置（许江等，２０１２）．该装置主要由试件夹具、高压油泵、压力表、流量计、恒温水寓出口压力调节器等部分组成．试件置于主体腔内，通过高压油泵进油施加轴向应力及围压，使试验煤样处于三轴应力状态，瓦斯气体由高压气瓶、经减压阀后口进入试件煤样，从煤体通过的瓦斯气体可利用流量计测定，三轴渗流装置原理见图２．三轴渗流装置可进行出口压力的调节，其数值高于大气压，调节进出口压力差，模拟不同孔隙压力下的相关试验．１．３试验方案为揭示不同温度条件下煤岩中瓦斯的运移规律，采用ＣＨ４作为试验气体，恒定轴压为３．９５ＭＰａ，围压为３．２０ＭＰａ，在３０、５０、７０℃三种温度下分别进行改变孔隙压力的渗流试验．具体试验步骤为：（１）试件安装．将烘干冷却后的原煤试件侧表面均匀的涂抹上７

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