低场核磁共振技术在煤孔隙结构精准表征中的应用与展望 被引量：27

1

作者 翟成 孙勇 +7 位作者 范宜仁 杨培强 葛新民 吴飞 徐吉钊 余旭 刘厅 赵洋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期828-848,共21页

煤的孔隙结构对于瓦斯、水等流体的运移起关键作用,煤储层资源评估和致裂效果评价均有赖于高效的测孔技术。在众多的测孔技术中,低场核磁共振是近年来应用广泛的煤孔隙结构无损、快速、精准测试技术。该技术通过检测多孔介质中的饱和含... 煤的孔隙结构对于瓦斯、水等流体的运移起关键作用,煤储层资源评估和致裂效果评价均有赖于高效的测孔技术。在众多的测孔技术中,低场核磁共振是近年来应用广泛的煤孔隙结构无损、快速、精准测试技术。该技术通过检测多孔介质中的饱和含氢流体(甲烷、水、油等)的核磁共振驰豫信号,反映孔隙结构及孔隙流体分布等信息。通过核磁共振弛豫谱分析可以得到煤的孔隙度、孔径分布、孔连通性、孔隙流体、润湿性和渗透率等物性特征,评价致裂增透效果;通过二维核磁共振可以区分水、甲烷等不同含氢流体及同一含氢流体的不同相态;通过核磁共振成像可以使煤内部的孔隙分布与流体运移可视化。高温高压核磁共振分析仪可以模拟深部原位煤层环境,实现水力压裂、注气驱替、瓦斯吸附/解吸、应力变形等过程煤心的实时分析与成像。介绍了核磁共振弛豫法和冻融法的测孔原理及相应的设备系统,总结了基于核磁共振的煤孔隙结构及流体特性分析体系,涉及了弛豫分布曲线到孔径分布曲线的转换、孔隙流体的划分、孔隙润湿性评价等关键问题,进而阐述了高温高压低场核磁共振测试系统在煤炭开发领域的最新应用进展,未来低场核磁共振技术将向着模拟原位煤层环境、结合大数据与机器学习以及煤矿现场应用的方向发展。 展开更多

关键词 煤 核磁共振 物理性质 孔隙结构 流体分布

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基于静态爆破的煤层致裂增透技术研究 被引量：17

2

作者 翟成 武世亮 +2 位作者 汤宗情 仲超 徐吉钊 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2015年第5期54-57 50,50,共5页

为了提高静态爆破技术的煤层致裂增透效果,通过单孔破碎、双孔破碎、导向孔破碎试验对静态爆破布孔及致裂效果进行了相关研究。结果表明:静态爆破的裂缝开裂方向是沿着最接近自由面的方向;药孔之间连线方向上的作用力叠加对试块的破碎... 为了提高静态爆破技术的煤层致裂增透效果,通过单孔破碎、双孔破碎、导向孔破碎试验对静态爆破布孔及致裂效果进行了相关研究。结果表明:静态爆破的裂缝开裂方向是沿着最接近自由面的方向;药孔之间连线方向上的作用力叠加对试块的破碎效果具有较大影响,增大药孔的孔径、减小药孔的间距可提高静态叠加破碎效果;导向孔不仅具有导向作用,还可增强破碎效果;多孔布置与导向孔协同布置的网络化布孔可以使破碎效果最大化;合理的布孔可以显著提高静态爆破致裂增透效果。 展开更多

关键词 煤层增透 布孔方式 静态爆破 破碎效果

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脉动水力压裂频率与流量对裂隙演化的作用 被引量：16

3

作者 李全贵 武晓斌 +5 位作者 翟成 胡千庭 倪冠华 闫发志 徐吉钊 张跃兵 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1067-1076,共10页

脉动水力压裂能够通过强化煤体的疲劳损伤破坏有效改善煤层渗透特性,脉动频率和流量是影响脉动水力压裂煤岩致裂效果的关键参量,但是针对脉动频率和流量对煤岩水力压裂裂隙演化的影响机制研究还不够充分.依托研制的可以持续产生一定频... 脉动水力压裂能够通过强化煤体的疲劳损伤破坏有效改善煤层渗透特性,脉动频率和流量是影响脉动水力压裂煤岩致裂效果的关键参量,但是针对脉动频率和流量对煤岩水力压裂裂隙演化的影响机制研究还不够充分.依托研制的可以持续产生一定频率脉动压力波的脉动水力压裂实验系统,开展了不同脉动频率和流量的脉动水力压裂物理相似实验,分析了静压压裂与脉动压裂压力曲线、声发射能量率、累积能量以及试件宏观破裂形态.结果表明:相同流量时,和静压压裂对比,脉动压裂在增压阶段和峰值阶段表现出不同的特征,其压力上升趋势呈"内凹"特征,后期增速高于前期,且疲劳作用时间长,破裂压力低,裂隙扩展形态复杂,随着脉动频率降低,这些特征更加明显;相同脉动频率时,流量越小,疲劳作用时间长,破裂压力低,裂隙越发育.在作用效果上,脉动频率和流量有一定的相似之处,脉动频率和流量越高,压裂效果越接近静压压裂,而在作用机理上,脉动频率改变了单位时间内的脉动波对试件的冲击次数,流量则是通过脉动波的幅值改变脉动压裂的疲劳效应.结合两个参量组合特点,提出了脉动频率与流量协同控制的脉动压裂工艺. 展开更多

关键词 脉动水力压裂 脉动频率 流量 裂隙演化

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超声波功率对煤体孔隙影响规律研究 被引量：16

4

作者 于国卿 翟成 +3 位作者 秦雷 汤宗情 武世亮 徐吉钊 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期264-270,322,共8页

超声波激励致裂煤体有无污染、能耗低、效率高和能量集中等优点.功率对超声波的致裂效果影响显著,为了探究功率的影响规律,借助核磁共振和超声波波速检测装置研究不同功率条件下,煤体内部孔隙孔径、数量和渗透率的变化特征.实验表明:超... 超声波激励致裂煤体有无污染、能耗低、效率高和能量集中等优点.功率对超声波的致裂效果影响显著,为了探究功率的影响规律,借助核磁共振和超声波波速检测装置研究不同功率条件下,煤体内部孔隙孔径、数量和渗透率的变化特征.实验表明:超声波致裂煤体时微孔隙和中孔隙逐步连通形成大孔或裂隙,大孔的数量增加,煤体的总体孔隙度和有效孔隙度都会明显增加,煤体渗透率增大.超声波功率越大,P波波速减小率越大,核磁共振的T2曲线峰值明显增大,且T2截止值的左移量越大.在相同的作用时间下,功率越大,煤体致裂效果越明显.此外,低功率对微孔的影响较为明显,而高功率作用前后大孔的变化更明显. 展开更多

关键词 超声波 核磁共振 横向弛豫时间T2 孔隙 煤层气

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高瓦斯煤层瓦斯预抽钻孔动态封孔技术 被引量：14

5

作者 翟成 仲超 +2 位作者 徐吉钊 汤宗情 武世亮 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2015年第3期222-225,共4页

针对钻孔周围煤体裂隙受采动影响动态变化的特点,为了提高瓦斯抽采钻孔的封孔效果,开发了瓦斯预抽钻孔动态封孔技术,采用渗透性好、自适应钻孔变形的新型柔性膏体材料封堵钻孔,并根据瓦斯浓度变化进行重复补浆,实现了瓦斯抽采钻孔动态... 针对钻孔周围煤体裂隙受采动影响动态变化的特点,为了提高瓦斯抽采钻孔的封孔效果,开发了瓦斯预抽钻孔动态封孔技术,采用渗透性好、自适应钻孔变形的新型柔性膏体材料封堵钻孔,并根据瓦斯浓度变化进行重复补浆,实现了瓦斯抽采钻孔动态封孔。该技术在平煤十三矿己15-17-13031工作面应用表明:瓦斯平均抽采浓度从10%提高到39%,提高了2.9倍,单孔平均瓦斯抽采纯量为0.075 m3/min,比原来提高了150%,有效瓦斯抽放期显著延长。该技术解决了常规材料和工艺封孔难的问题,可以有效地提高高瓦斯煤层的瓦斯抽采率,控制工作面瓦斯浓度。 展开更多

关键词 瓦斯预抽 柔性膏体 重复补浆 动态封孔

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YBT32-2型轴流式局部通风机噪声分布规律 被引量：12

6

作者 汤宗情 翟成 +2 位作者 武世亮 仲超 徐吉钊 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2015年第5期39-42,共4页

选取YBT32-2型轴流式局部通风机作为研究对象,应用噪声计和噪声频谱测量仪采集分析局部通风机周围噪声强度和频谱分布规律。研究表明:由于局部通风机2级动轮叶片对气流的分级加速作用,风机出风口流速高于进风口,更高流速的流体与动轮叶... 选取YBT32-2型轴流式局部通风机作为研究对象,应用噪声计和噪声频谱测量仪采集分析局部通风机周围噪声强度和频谱分布规律。研究表明:由于局部通风机2级动轮叶片对气流的分级加速作用,风机出风口流速高于进风口,更高流速的流体与动轮叶片和机壳内壁的撞击、摩擦会产生更高强度的噪声,导致出风口噪声强度明显高于进风口噪声强度;轴流式局部通风机噪声主要来自2级动轮叶片切割气流所产生的噪声,进风口和出风口噪声高于局部通风机中部噪声,噪声强度在局部通风机机壳表面呈"V"字形分布;噪声声波向下传播抵达刚性壁面时会发生干涉加强现象,使得机壳下部噪声明显高于机壳上部噪声。噪声频谱测量试验表明,轴流式局部通风机出风口噪声和进风口噪声共性体现在两者都以中高频噪声为主,差异性表现为出风口噪声中低频噪声同样占有较大比例。 展开更多

关键词 轴流式局部通风机 噪声来源 噪声强度 噪声分布 频谱分析

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基于穿层钻孔声波远探测有限元方法的煤岩界面成像

7

作者 徐宏阳 翟成 +6 位作者 夏济根 孙勇 董兴蒙 来永帅 余旭 徐吉钊 丛钰洲 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期118-129,共12页

小型地质构造是造成煤与瓦斯突出事故的主要因素,小构造的精准探测是亟需解决的关键问题。煤岩界面高精度探测是查明小构造,实现透明工作面的基础。声波远探测技术具有探测范围大、分辨率高、可成像等优点,能够实现对煤岩界面的精准识... 小型地质构造是造成煤与瓦斯突出事故的主要因素,小构造的精准探测是亟需解决的关键问题。煤岩界面高精度探测是查明小构造,实现透明工作面的基础。声波远探测技术具有探测范围大、分辨率高、可成像等优点,能够实现对煤岩界面的精准识别。为此,提出了基于穿层钻孔声波远探测的煤岩界面探测技术,通过在井下穿层钻孔内布置声波远探测仪,采集孔周煤岩分界面产生的阵列波形,并利用反射波信息反演获得煤岩界面成像图,进一步结合钻孔群,实现工作面的整体勘察。首先,利用COMSOL Multiphysics软件构建出煤系单极远探测数值模型;然后通过模型正演分析全波信号与波场快照的全时空变化规律;最后对远探测声波数据进行反演实现煤岩界面的偏移成像。正演结果表明:模型中煤层的纵波波速比顶底板岩层慢1.2 km/s左右,声波在煤层中传播时能量衰减得更快,同时声波穿过煤岩界面时会出现主频的漂移;当测点趋近于仪器从底板岩层向煤层过渡的位置时,直达波的变化特征为幅度的骤降与声时的增大,而界面反射波的特征为时间-深度域中倾斜同相轴的斜率改变。对采集到的波形数据进行滤波、波场分离、反射波增强、偏移成像四个步骤完成模型反演,成像结果与原始模型相似度高,煤岩界面倾角误差0.6°、煤厚误差0.212 m,穿层钻孔远探测声波有限元方法可以有效地反演出煤岩界面的位置和形态特征。该研究可为声波远探测技术应用于穿层钻孔煤岩界面识别提供基础理论支撑。 展开更多

关键词 声波远探测 煤岩界面成像 煤层小构造 穿层钻孔

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新工科背景下“安全工程专业实验”课程教学模式探索 被引量：1

8

作者 徐吉钊 翟成 林柏泉 《科教导刊》 2023年第35期101-103,共3页

文章以“安全工程专业实验”课程的教学实践为切入点,分析了传统专业实验课堂存在的问题,深度剖析了其诱发原因,并针对性地提出了理论和实验课程设置“合理化”、实验课堂教学模式“多元化”、实验课堂管理“动态化”和实验成绩考核“... 文章以“安全工程专业实验”课程的教学实践为切入点,分析了传统专业实验课堂存在的问题,深度剖析了其诱发原因,并针对性地提出了理论和实验课程设置“合理化”、实验课堂教学模式“多元化”、实验课堂管理“动态化”和实验成绩考核“科学化”多种并行措施,力争突破安全工程专业实验教学的“鸡肋”难题,使其专业实验课堂满足“新工科”教学要求,推动其高质量跨越式发展。 展开更多

关键词 新工科 安全工程专业实验 教学质量

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基于能量转移理论的煤矿火灾致灾模式及应用 被引量：3

9

作者 徐吉钊 翟成 +2 位作者 倪冠华 李全贵 许彦明 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2015年第7期200-202,共3页

基于能量转移理论并结合兴隆庄矿4322综放面火灾案例进行了火灾致因分析。结果表明:矿井火灾符合能量转移事故致因理论,内因火灾和外因火灾以能量为中间媒介通过时空互相转化、相互作用,2种火灾类型各存在着复杂的影响因素,致灾过程中... 基于能量转移理论并结合兴隆庄矿4322综放面火灾案例进行了火灾致因分析。结果表明:矿井火灾符合能量转移事故致因理论,内因火灾和外因火灾以能量为中间媒介通过时空互相转化、相互作用,2种火灾类型各存在着复杂的影响因素,致灾过程中均伴随着能量的交换和传递。研究成果对整体控制火灾、制定各阶段火灾屏蔽防护措施以及缩小矿井火区范围有着重要的指导意义。 展开更多

关键词 能量转移理论 内因火灾 外因火灾 屏蔽措施

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考虑煤体层理方向效应的液态CO2致裂增透规律 被引量：2

10

作者 翟成 马征 +2 位作者 张建国 徐吉钊 孙勇 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2019年第8期5-9,共5页

为研究循环注入液态CO2过程中煤体层理方位对致裂效果的影响,利用非金属超声波检测分析仪与低场核磁共振仪研究了不同循环注入液态CO2煤样的损伤程度及孔隙发育程度。结果表明:煤层层理对煤体的冻融损伤破坏模式及内部孔隙发育均有一定... 为研究循环注入液态CO2过程中煤体层理方位对致裂效果的影响,利用非金属超声波检测分析仪与低场核磁共振仪研究了不同循环注入液态CO2煤样的损伤程度及孔隙发育程度。结果表明:煤层层理对煤体的冻融损伤破坏模式及内部孔隙发育均有一定程度的影响;层理方位首先影响煤体裂纹的起裂位置,进而影响其破坏模式及孔隙扩展、延伸、连通;随着循环注入液态CO2次数的增加,煤体表面因冻胀融缩作用引起的裂纹逐渐增多、变宽,煤体内部原有孔隙增大并产生新孔隙,不同层理方位效果不同。 展开更多

关键词 液态CO2 煤体层理 循环注入 损伤程度 孔隙 致裂增透

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过含水层钻孔定点承压封孔技术 被引量：2

11

作者 徐吉钊 翟成 +2 位作者 李全贵 许彦明 向贤伟 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2015年第5期87-90,共4页

针对长平矿对3#煤层进行穿含水层瓦斯抽采时封孔困难、效率低等技术难题,通过理论分析与现场测试相结合的方式,提出定点承压封孔技术。分析上行封孔胶囊封孔器的受力情况,计算最小注水压力,实现定点承压;高吸水凝胶材料为注浆材料,吸收... 针对长平矿对3#煤层进行穿含水层瓦斯抽采时封孔困难、效率低等技术难题,通过理论分析与现场测试相结合的方式,提出定点承压封孔技术。分析上行封孔胶囊封孔器的受力情况,计算最小注水压力,实现定点承压;高吸水凝胶材料为注浆材料,吸收孔内压力水。应用结果表明:与传统封孔方法相比,定点承压封孔方法封孔成功率是其5倍,单孔平均抽采最大浓度为53.42%,提高了65.94倍,瓦斯抽采浓度衰减速度较慢。 展开更多

关键词 穿含水层 定点承压 封孔 瓦斯抽采 高吸水凝胶材料

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煤巷掘进工作面强弱耦合能量控制防治煤与瓦斯突出理论与方法 被引量：25

12

作者 郑仰峰 翟成 +3 位作者 辛海会 唐伟 孙勇 徐吉钊 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第6期1269-1280,共12页

针对突出煤层煤巷掘进突出危险性大、不易控制的难题,基于强化煤体结构及卸压增透瓦斯抽采时空协同机制,提出了穿层注浆加固与水力冲孔强弱耦合防突方法。从能量的角度分析了强弱耦合结构防治煤与瓦斯突出机理。借助数值模拟方法研究煤... 针对突出煤层煤巷掘进突出危险性大、不易控制的难题,基于强化煤体结构及卸压增透瓦斯抽采时空协同机制,提出了穿层注浆加固与水力冲孔强弱耦合防突方法。从能量的角度分析了强弱耦合结构防治煤与瓦斯突出机理。借助数值模拟方法研究煤巷掘进时强弱耦合结构煤巷围岩应力响应及变形演化规律,得出强弱耦合措施能够实现应力集中纵深运移及减小煤巷变形的双重目的。进行现场试验发现,对比水力冲孔段,强弱耦合段煤巷围岩两帮变形量和顶板下沉量分别减小58.51%和61.42%;水力冲孔段煤巷两帮破碎程度大于强弱耦合段,且水力冲孔段和强弱耦合段煤巷两帮应力集中区分别在4m和5m左右;采取强弱耦合方案后,煤巷掘进速度提升了15.34%。穿层注浆加固与水力冲孔强弱耦合防突措施可以降低煤层瓦斯含量和压力,增强煤体强度,减少巷道变形,保障煤矿安全生产。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 煤巷掘进 强弱耦合模型 数值模拟 现场试验

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基于低场核磁共振技术的液态CO_(2)循环致裂煤体孔隙特征演化规律 被引量：14

13

作者 徐吉钊 翟成 +4 位作者 桑树勋 孙勇 丛钰洲 郑仰峰 唐伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期3578-3589,共12页

煤层低孔渗特征成为制约瓦斯高效率抽采的主要瓶颈,现多采用强化致裂增透技术来改造煤储层孔隙结构,旨在提高煤体渗透率。液态CO_(2)循环致裂能够通过循环热应力、相变致裂及疲劳损伤的耦合效应协同致裂煤体,可联合低场核磁共振技术实... 煤层低孔渗特征成为制约瓦斯高效率抽采的主要瓶颈,现多采用强化致裂增透技术来改造煤储层孔隙结构,旨在提高煤体渗透率。液态CO_(2)循环致裂能够通过循环热应力、相变致裂及疲劳损伤的耦合效应协同致裂煤体,可联合低场核磁共振技术实现煤体孔裂隙结构的定量表征,而基于核磁共振技术对液态CO_(2)循环作用煤体孔隙的几何特征演化规律研究较少。基于自主研发的液态CO_(2)循环致裂试验平台,对多个褐煤试样进行循环冲击作用,采用低场核磁弛豫技术对循环作用煤体的孔裂隙结构进行统计监测,并结合几何分形理论探讨了渗流孔分形维数D s、有效贯通孔分形维数D e、T 2截止值、孔隙率、渗透率的耦合关系。统计分析液态CO_(2)循环作用后煤体端面不同裂隙形态的差异性与基质非均质性、原始孔裂隙结构的相互关系;“饱水-离心”联测法获得的T 2弛豫谱曲线表征液态CO_(2)循环作用煤体的总孔隙率φt、有效孔隙率φe、核磁渗透率k SDR-d及其增长率Δk SDR-d均有所增加,利用基于T 2谱构建的几何分形计算模型,论证了渗流孔和有效贯通孔具有较好的分形特征,而吸附孔不具备分形特征。D s与T 2截止值存在“快速增大—缓慢增大”的指数拟合关系,分别与φt,φe,k SDR-d和Δk SDR-d存在负相关关系,而D e分别与φe和Δk SDR-d呈正相关,揭示了液态CO_(2)循环作用能够促进煤基质内多尺度孔裂隙结构的扩容及延伸,裂隙间的贯通率和渗透特性大幅提升。 展开更多

关键词 液态CO_(2)循环致裂 核磁共振技术 裂隙 分形维数 瓦斯抽采

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水力压裂模拟用煤岩体相似材料基础力学特性实验研究 被引量：9

14

作者 翟成 郑仰峰 +7 位作者 余旭 徐吉钊 孙勇 丛钰洲 唐伟 李宇杰 朱薪宇 陈爱坤 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2022年第8期16-28,共13页

煤层水力压裂模拟实验是研究煤矿井下水力压裂煤岩体致裂增透、弱化机理的有效手段。然而,大尺寸煤岩体原位保真取样技术不成熟,已有大尺寸煤样块多取自卸压区,其在运输和制备过程中会发生二次破坏,导致实验结果失真。因此,使用煤岩体... 煤层水力压裂模拟实验是研究煤矿井下水力压裂煤岩体致裂增透、弱化机理的有效手段。然而,大尺寸煤岩体原位保真取样技术不成熟,已有大尺寸煤样块多取自卸压区,其在运输和制备过程中会发生二次破坏,导致实验结果失真。因此,使用煤岩体相似材料代替大尺寸原煤执行室内水力压裂模拟实验成为一种可行的选择。煤岩体相似材料试样的力学特性是影响水力压裂效果最重要因素。为精确表征煤岩体相似材料的基础力学特征,选择煤粉、水泥、石膏、砂子为相似材料,设计制作7种配比试样,进行超声波与力学特性耦合响应规律研究。结果表明:煤岩体相似材料试样超声波波速(P波和S波)和强度(单轴抗压和抗拉强度)随着密度的增大而增大,随着孔隙率的增大而减小;相似材料对于超声波波速、强度和密度增大幅度的影响为水泥>砂子>石膏,孔隙率正相反;相似材料水泥和石膏分别在调节试样强度和变形特性方面起主要作用;根据超声波P波波速与强度之间的二次多项式数学模型,通过测定超声波P波波速可提前预测试样的强度;试样力学参数可调整范围大,通过改变相似材料配比可以调整试样的力学性质,精确模拟煤岩体,且试样制作方法简单。此研究可为煤层水力压裂模拟用煤岩体相似材料力学特征相似设计提供依据,促进矿井瓦斯防治技术的发展,具有广泛的应用价值。 展开更多

关键词 煤岩体相似材料 力学性能 水力压裂 超声波波速 矿井瓦斯防治

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液氮循环致裂技术强化煤层气抽采的研究与应用展望 被引量：10

15

作者 翟成 徐吉钊 《工矿自动化》 北大核心 2020年第10期1-8,共8页

水力压裂技术在强化煤层致裂、提高煤层气抽采效率方面广泛应用,但存在耗水量大、压裂液易污染环境等问题,难以在富含煤层气的缺水地区应用。基于常规液氮压裂技术,通过改变液氮单次注入方式,提出了液氮循环致裂技术,并对该技术用于强... 水力压裂技术在强化煤层致裂、提高煤层气抽采效率方面广泛应用,但存在耗水量大、压裂液易污染环境等问题,难以在富含煤层气的缺水地区应用。基于常规液氮压裂技术,通过改变液氮单次注入方式,提出了液氮循环致裂技术,并对该技术用于强化煤层气抽采进行了展望。该技术采用液氮循环注入方式,使得液氮持续充填不断扩展的裂隙空间,形成复杂的裂隙网络。其致裂煤岩机理为循环累积损伤、低温致裂及气体致裂三者耦合作用机制:①在液氮循环注入过程中,不同类型组配颗粒间出现不同程度的变形响应,不断累积的颗粒间损伤在一定程度上劣化煤体局部区域的抗压强度,导致新生裂隙的衍生及原生孔隙扩容。②液氮对煤岩的冷冲击导致煤岩内部结构发生断裂,产生大量微裂隙,并使其随着液氮循环注入不断扩展和导通,同时液氮的低温作用导致的水冰相变过程能进一步破坏煤岩内部结构。③液氮汽化产生的高压气体使得煤岩体积重复性地扩展-收缩,进一步促使裂隙发育和导通。液氮循环致裂技术以液氮为压裂介质,极大缓解了对水资源的依赖,对环境无污染,可用于煤层气抽采等领域。 展开更多

关键词 煤层气抽采 液氮致裂 液氮循环致裂 循环累积损伤 低温致裂 冷冲击 气体致裂

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液氮冷冲击煤的作用范围及力学损伤机理 被引量：3

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作者 丛钰洲 翟成 +4 位作者 余旭 徐吉钊 孙勇 郑仰峰 唐伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期2484-2497,共14页

低温流体液氮对煤冷冲击的作用范围、煤内部因温差形成的热应力变化规律及其对煤形成损伤的力学作用机理,均是液氮在煤岩增透领域应用中亟待研究的关键问题。利用非接触式全场应变测量装置、红外温度场测量装置和热电偶温度测量装置,测... 低温流体液氮对煤冷冲击的作用范围、煤内部因温差形成的热应力变化规律及其对煤形成损伤的力学作用机理,均是液氮在煤岩增透领域应用中亟待研究的关键问题。利用非接触式全场应变测量装置、红外温度场测量装置和热电偶温度测量装置,测得开放环境下液氮冷冲击煤样钻孔后,钻孔周边煤体温度场及应变场随冷冲击时间的变化规律。通过建立包含弹性模量、泊松比、热膨胀系数、测点温差及测点所在半径参数的热应力模型,设计实验测得模型各参数并代入其中求解,计算得到煤岩内部不同位置处的热应力及其随冷冲击距离和时间的变化规律,并针对3类不同变质程度煤的上述规律进行对比。研究结果表明,在液氮冷冲击过程中,3类煤样内部各测点处的温度均呈现出快速降低—缓慢降低—稳定的变化规律,各测点处的热应力均经历了快速增长—缓慢增长—无增长3个阶段。距离冷冲击钻孔越近,相邻测点间的温度相差越大,所产生的热应力越大。液氮冷冲击1 800 s后,3类煤样各测点处的热应力均基本达到稳定阶段,距离冷冲击钻孔1 cm处所产生的热应力均≥1.84 MPa。液氮冷冲击能够使煤内部产生4类变形进而对煤造成损伤,其中“因压致拉”所产生的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类变形及3者相互组合的复合型变形,是煤体形成损伤产生复杂裂缝的根本原因。然而,液氮冷冲击对不同煤的降温及变形范围虽存在差异,但总体作用范围有限,仅能够在钻孔周边产生损伤,因此,液氮冷冲击技术建议结合压裂工艺进行应用,冷冲击所产生的损伤可用于降低起裂压力,并使压裂裂缝更为复杂。 展开更多

关键词 煤岩 液氮冷冲击 力学损伤 热应力 煤岩增透

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基于NMR技术的超声波频率对煤体激励致裂效果的影响 被引量：7

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作者 马会腾 翟成 +1 位作者 徐吉钊 孙勇 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2019年第4期38-44,共7页

为了深入研究超声波频率对煤体激励致裂效果的影响,利用超声波发生仪对原始煤样进行致裂实验,并利用低场核磁共振设备NMR设备对煤样进行测量,通过分析弛豫时间T2曲线,深入研究煤样致裂前后孔隙结构的变化。研究结果表明:超声波可以有效... 为了深入研究超声波频率对煤体激励致裂效果的影响,利用超声波发生仪对原始煤样进行致裂实验,并利用低场核磁共振设备NMR设备对煤样进行测量,通过分析弛豫时间T2曲线,深入研究煤样致裂前后孔隙结构的变化。研究结果表明:超声波可以有效改善煤体的孔隙结构,经超声波激励致裂后,煤样内部的孔隙数量增多,总孔隙率、有效孔隙率及渗透率均明显增大;同时,煤样内部小孔数量的增长率与超声波频率呈负相关关系,中孔和大孔数量、总孔隙率增长率、有效孔隙率及渗透率的增长率与超声波频率均呈正相关关系。研究结果为煤储层超声波致裂增透技术奠定理论基础。 展开更多

关键词 低场核磁共振设备NMR 超声波 孔隙数量 总孔隙率 有效孔隙率 渗透率

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基于颗粒堆积法的煤体表面弛豫率量化初探

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作者 徐吉钊 徐鹤翔 +10 位作者 翟成 丁熊 桑树勋 李全贵 孙勇 余旭 丛钰洲 郑仰峰 唐伟 牛积战 耿进军 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期116-131,共16页

为了确定煤岩表面弛豫率ρ值来量化其弛豫特性与孔径分布的对应关系,聚焦井下海量打钻工序所产生的煤屑颗粒,提出了基于颗粒堆积法的煤体ρ值计算方法,构建了球形煤屑基质-球形总孔隙结构的计算模型,选择平煤股份二矿己15和己17煤层煤... 为了确定煤岩表面弛豫率ρ值来量化其弛豫特性与孔径分布的对应关系,聚焦井下海量打钻工序所产生的煤屑颗粒,提出了基于颗粒堆积法的煤体ρ值计算方法,构建了球形煤屑基质-球形总孔隙结构的计算模型,选择平煤股份二矿己15和己17煤层煤样进行模型验证.结果表明:不同粒径煤屑堆积样品的弛豫谱图呈近似的三峰形态,同一煤样不同粒径饱水煤屑堆积体可表现出不同的弛豫响应行为,弛豫时间T_(2)的几何平均值T_(2m)和核磁孔隙率φ_(NMR)值分布的差异性主要受水赋存特征、煤屑润湿性及堆积方式等多种因素的影响.通过线性拟合横向弛豫总弛豫率T_(2)^(-1)和有效孔隙指标与煤粒有效长度之比φ_(g)/w_(grain)及其95%置信区间分布,证实了直接采用恒定ρ值计算煤岩孔隙结构的不合理性.不同形状煤屑基质-总孔隙结构的计算模型获得的ρ值范围不同,表明不同形状煤屑间的流体扩散路径和接触特征不同,易引起煤屑堆积体的弛豫行为不同.未考虑煤屑间的体积流体效应而忽略T_(2b)影响,易造成ρ值偏大. 展开更多

关键词 低场核磁共振 孔隙结构 表面弛豫率 颗粒堆积 核磁孔隙率

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不同燃爆载荷作用下页岩破裂特性及孔裂隙结构改性规律 被引量：1

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作者 翟成 王宇 +3 位作者 刘厅 徐吉钊 唐伟 罗宁 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期4269-4283,共15页

页岩储层甲烷原位燃爆压裂是一项新型无水压裂技术,不同燃爆载荷下井周的破裂特性及孔隙结构改性规律尚不明确,无法为关键工艺参数的确定提供依据。自主搭建耐压100 MPa燃爆管道,对?55 mm×55 mm筛管完井页岩试样进行不同燃爆载荷... 页岩储层甲烷原位燃爆压裂是一项新型无水压裂技术,不同燃爆载荷下井周的破裂特性及孔隙结构改性规律尚不明确,无法为关键工艺参数的确定提供依据。自主搭建耐压100 MPa燃爆管道,对?55 mm×55 mm筛管完井页岩试样进行不同燃爆载荷的冲击压裂实验,实验过程中采集爆炸压力-时程曲线,取样表征页岩破裂形态随燃爆载荷的变化规律,通过典型裂缝面分析燃爆压裂致裂机理,通过?1 000 mm×1 000 mm页岩相似材料燃爆压裂实验,阐明燃爆载荷压裂储层的主控因素,基于压汞法表征不同燃爆载荷下页岩孔裂隙结构的演化规律,主要结论如下:(1)提升燃爆混合气体的初始压力能够显著提升燃爆峰值载荷和压力上升倍数,增强燃爆威力;(2)随着燃爆载荷的提高,井周由单一主裂缝转变为多条径向裂缝协同起裂,但燃爆载荷过大容易在井周产生粉碎性破坏,本研究中最佳爆炸压力为71 MPa;(3)燃爆冲击波和爆轰产物气楔扩缝效应是导致裂缝起裂-扩展的主控因素,燃爆压裂有利于构建粉碎区范围小、裂隙区范围大的裂缝体系;(4)燃爆冲击波主导页岩大孔和微裂隙体积随燃爆载荷升高而显著提升,动态冲击和高温热效应的双重控制机制导致微孔呈先降低后升高的变化规律。本研究通过实验室及大尺度燃爆压裂实验阐明了燃爆载荷对井周储层破裂特性和孔裂隙结构改性的控制机制。 展开更多

关键词 页岩气储层 甲烷原位燃爆压裂 爆炸冲击 破裂特性 孔裂隙结构

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岩浆侵入后煤层物质组成及孔隙结构特征研究

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作者 翟成 徐鹤翔 +1 位作者 徐吉钊 王帅 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期587-598,共12页

为研究岩浆侵入后煤层物质组成和孔隙结构的变化规律,基于FTIR、XRD和低场核磁共振,研究了岩浆厚度、距煤层的距离对煤层的影响特征,并基于COMSOL软件模拟了煤层温度变化过程。结果表明:岩浆侵入使煤中挥发分含量下降,灰分含量增加,并... 为研究岩浆侵入后煤层物质组成和孔隙结构的变化规律,基于FTIR、XRD和低场核磁共振,研究了岩浆厚度、距煤层的距离对煤层的影响特征,并基于COMSOL软件模拟了煤层温度变化过程。结果表明:岩浆侵入使煤中挥发分含量下降,灰分含量增加,并增加了煤中矿物种类;煤层受热升温导致煤中羧基含量降低,酯类含量略有升高;V1、H1和H2三个试样发生热解,脂肪链长度缩短,但芳香结构无明显变化;热环境促使煤中孔隙发育,有效孔隙度增大,孔隙连通性增强;随热液流体渗入煤中的无机矿物改变煤矿物组分的同时,填充煤中孔隙,导致H1和V1试样饱水T2谱面积减小,孔隙连通性减弱,不利于瓦斯在煤层中的运移;模拟温度低于300℃的试样不发生热解或仅发生轻微热解,侵入过程中所有试样的最高温度均低于600℃,对应试样中芳香结构聚合度无明显变化;岩浆厚度越大、距煤层距离越小,则煤层受热演化的程度越大,对应的温度更高,受高温影响的时间延长。 展开更多

关键词 岩浆侵入 煤层 物质组成 孔隙结构 温度

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