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卸压煤层瓦斯抽采渗透率演化模型研究 被引量：26
1
作者 袁欣鹏 梁冰 +1 位作者 孙维吉 张秀平 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期127-131,共5页
为研究井下卸压抽采时瓦斯流动规律,建立煤层渗透率演化模型。为建该模型将煤体简化为有2组相互垂直节理发育的等效连续介质,假定瓦斯在煤体裂隙中的流动符合立方定律,考虑煤基质对吸附性气体的吸附膨胀作用和外荷载对煤的压缩变形作用... 为研究井下卸压抽采时瓦斯流动规律,建立煤层渗透率演化模型。为建该模型将煤体简化为有2组相互垂直节理发育的等效连续介质,假定瓦斯在煤体裂隙中的流动符合立方定律,考虑煤基质对吸附性气体的吸附膨胀作用和外荷载对煤的压缩变形作用,不考虑孔隙压力对裂隙张开的影响。从应力条件和孔隙压力2个方面,结合煤样渗透率试验,对该模型进行有效性验证。结果表明,渗透率模型能反映应力和低孔隙压力对煤样渗透率的影响,但不能体现高孔隙压力对煤样损伤导致的渗透率增大作用。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 渗透率模型 裂隙 孔隙压力 吸附应变
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含瓦斯烟煤CO_(2)置换吸附行为与形变特性研究 被引量：8
2
作者 张磊 李菁华 +2 位作者 郭鲁成 曾世攀 李佳程 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期901-913,共13页
为了研究注CO_(2)驱替技术的关键作用机理与CO_(2)封存特性,本文探讨了驱替过程中煤体吸附状态的演变特性.采用含瓦斯烟煤进行CO_(2)置换吸附试验,研究了注气驱赶与注气置换2种作用间的相对关系,分析了CO_(2)置换CH_(4)过程中煤体的形... 为了研究注CO_(2)驱替技术的关键作用机理与CO_(2)封存特性,本文探讨了驱替过程中煤体吸附状态的演变特性.采用含瓦斯烟煤进行CO_(2)置换吸附试验,研究了注气驱赶与注气置换2种作用间的相对关系,分析了CO_(2)置换CH_(4)过程中煤体的形变特征.研究结果表明:试验前期,驱赶作用相比置换作用更强,占据主导地位;但试验过程中驱赶作用的衰减速度更快,这导致试验中后期转变为以置换作用为主导.煤体CO_(2)吸附量随试验推进不断增长,但吸附量与注入量的比值却呈指数式衰减.同时,CO_(2)置换CH_(4)过程中煤体膨胀变形显著,促使地层应力状态向临界破坏线靠拢.当注气驱赶作用与CO_(2)吸附效益衰弱时,择机采取闷井措施将有利于提高CH_(4)体积分数并削弱地层失稳风险. 展开更多
关键词 煤层气开发 CO_(2)封存 吸附形变 置换吸附 吸附解吸 地层稳定
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应力环境对煤岩吸附变形和渗透率的影响试验研究 被引量：4
3
作者 周凤 姜永东 +4 位作者 覃超 刘正杰 李栋 谢英亮 谢成龙 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2021年第10期19-23,29,共6页
注入CO_(2)增强煤层气开发过程中,煤储层渗透率的变化受有效应力变化、气体吸附/解吸引起的煤基质膨胀/收缩和气体滑脱效应耦合作用影响;为此,采用稳态法进行CH_(4)、CO_(2)渗流试验,研究不同应力环境下煤的吸附应变和气体滑脱效应对CH_... 注入CO_(2)增强煤层气开发过程中,煤储层渗透率的变化受有效应力变化、气体吸附/解吸引起的煤基质膨胀/收缩和气体滑脱效应耦合作用影响;为此,采用稳态法进行CH_(4)、CO_(2)渗流试验,研究不同应力环境下煤的吸附应变和气体滑脱效应对CH_(4)、CO_(2)渗流过程的影响。试验结果表明:相同应力环境下煤吸附CO_(2)产生的最大吸附应变为CH_(4)的1.01~2.39倍,使得CH_(4)在为煤中渗透率始终高于CO_(2);同时随着埋深增加,外部应力增大,吸附应变减小;低应力环境下渗透率随气体压力减小呈"V"字形变化,随着外部应力增大,渗透率与气体压力呈负指数相关;此外,外部应力增大还将强化气体滑脱效应影响,使其更早的主导渗透率的演化。 展开更多
关键词 稳态法 吸附应变 气体滑脱效应 应力环境 煤岩渗透率
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考虑煤渗透性变化的抽采渗流耦合模型研究及应用 被引量：1
4
作者 张磊 王浩盛 +1 位作者 袁欣鹏 谷超 《煤炭工程》 北大核心 2022年第7期104-108,共5页
为揭示煤岩变形对煤层瓦斯抽采渗流特性的影响,开展了煤层瓦斯抽采气固耦合问题研究。首先,考虑煤吸附解吸变形、孔隙压力及渗透性变化对瓦斯抽采的影响;然后,根据达西定律,建立以有效应力及吸附应变为耦合媒介的煤层瓦斯渗流和煤岩变... 为揭示煤岩变形对煤层瓦斯抽采渗流特性的影响,开展了煤层瓦斯抽采气固耦合问题研究。首先,考虑煤吸附解吸变形、孔隙压力及渗透性变化对瓦斯抽采的影响;然后,根据达西定律,建立以有效应力及吸附应变为耦合媒介的煤层瓦斯渗流和煤岩变形气固耦合方程;最后,以沙曲矿24208工作面为工程背景进行抽采煤层位移、吸附应变和瓦斯渗流数值模拟,并对比分析煤层瓦斯压力、煤层渗透率和瓦斯抽采量的耦合效应。结果表明:抽采后钻孔周围煤体位移呈增大趋势,煤体因瓦斯解吸收缩变形,距抽采孔越近应变量越大;抽采初期煤层瓦斯压降梯度大;煤层渗透率随抽采时间呈增大趋势,距孔越近增幅越大;初期钻孔瓦斯抽采量较大但降幅较快,后趋于稳定,对比发现模型抽采量计算结果与实际抽采数据较为一致。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 耦合模型 渗透性 吸附应变
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煤层等温吸附渗透率演化数值研究
5
作者 崔波 肖利平 张开智 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2016年第3期13-16,共4页
通过建立双孔隙度煤层变形控制方程,确定了基于煤层吸附理论的Biot孔隙压力系数。分别建立了存在吸附作用的条件下,煤层基质和裂隙渗透率的数值模型。研究发现,通过增加基质孔隙压力,基质将发生与孔隙压力相关的体积应变,基质体积模量... 通过建立双孔隙度煤层变形控制方程,确定了基于煤层吸附理论的Biot孔隙压力系数。分别建立了存在吸附作用的条件下,煤层基质和裂隙渗透率的数值模型。研究发现,通过增加基质孔隙压力,基质将发生与孔隙压力相关的体积应变,基质体积模量将会减小;基质增大的体积占据了部分孔隙,导致煤层基质渗透率减小;随着吸附的进行,经过一定时间,煤层裂隙渗透率会出现陡降。 展开更多
关键词 渗透率 煤基质 孔隙压力 吸附应变 体积应变 Biot系数
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基于体积应变的煤体渗透率模型及影响参数分析
6
作者 王伟 余金昊 +4 位作者 方志明 李小春 李琦 陈向军 王亮 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2741-2756,共16页
为研究瓦斯压力变化过程中渗透率演化规律,基于煤体代表性单元体(REV)细观尺度参数与体积应变关联特征推导了4种不同形式渗透率模型。利用实验数据对模型进行了可靠性验证,分析了有效应力引起的应变和吸附应变的变化规律,并与经典渗透... 为研究瓦斯压力变化过程中渗透率演化规律,基于煤体代表性单元体(REV)细观尺度参数与体积应变关联特征推导了4种不同形式渗透率模型。利用实验数据对模型进行了可靠性验证,分析了有效应力引起的应变和吸附应变的变化规律,并与经典渗透率模型(P-M模型、S-D模型、CONNELL模型)进行对比验证。讨论了模型参数的敏感性,明确了REV细观尺度参数与裂隙率、渗透率的相关关系,并分析了吸附应变系数影响机理,进而对国内主要矿井渗透率极值压力进行了研究。结果表明:基于REV体积应变与REV裂隙体积应变的4种渗透率模型,其REV体积应变与REV裂隙体积应变线性相关,相关系数为初始裂隙率;体积模量与吸附应变系数分别控制有效应力和吸附应变对渗透率的影响;恒定围压、恒定孔压、恒定差压3种实验条件下,相比经典渗透率模型,4种渗透率模型对实验数据都有较好的匹配效果,但双参数拟合(体积模量与吸附应变系数)相比单参数拟合(吸附应变系数),参数的拟合误差较大,由参数敏感性分析可知,当参数变化时(<10%)渗透率预测结果相比真实值也有较大偏差;以沁水盆地为例,计算的煤体REV细观尺度参数a_(0)、b_(0)范围分别为1.73~46.31μm和0.06~0.49μm;恒定围压与恒定差压条件下,吸附应变系数与差压大小、气体类型及初始裂隙率有关;国内主要矿井CO_(2)极值压力在0.94~5.33 MPa,CH4极值压力在1.06~6.94 MPa。 展开更多
关键词 渗透率 表征单元体 多实验条件模型 参数敏感性 吸附应变系数
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沁水盆地煤样静水压力下渗透率实验及模型分析 被引量：1
7
作者 王伟 方志明 李小春 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第S1期251-257,共7页
为研究沁水盆地煤样渗透率演化规律,构建了煤样渗透率测定的瞬态压力脉冲法实验装置,使用N2和CO2在实验室开展了3种试验条件的渗透率测定,应用Connell模型对实验结果进行分析,并讨论了模型预测值和实验值之间差别的原因。结果表明,(1)... 为研究沁水盆地煤样渗透率演化规律,构建了煤样渗透率测定的瞬态压力脉冲法实验装置,使用N2和CO2在实验室开展了3种试验条件的渗透率测定,应用Connell模型对实验结果进行分析,并讨论了模型预测值和实验值之间差别的原因。结果表明,(1)在恒定孔压变围压条件下渗透率随有效应力增大而减小;在等有效应力条件下,渗透率随孔压增大而减少;在恒定围压变孔压条件下,随孔压增大,渗透率呈先减小后变大的趋势。(2)运用Connell模型预测的恒定围压变孔压条件的渗透率值大于实验值,原因可能是由于裂隙压缩性系数和吸附应变系数存在估计误差。通过开展实验室渗透率实验和模型分析,对指导实验室内二氧化碳封存和气体驱替实验及其模拟研究具有借鉴意义。 展开更多
关键词 煤样渗透率 瞬态压力脉冲法 模型预测 裂隙压缩性系数 吸附应变系数
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中、高阶煤样甲烷吸附应变及渗透性实验分析 被引量：10
8
作者 孟雅 李治平 +1 位作者 唐书恒 赖枫鹏 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1915-1924,共10页
煤中气体吸附膨胀和解吸收缩应变是影响煤层气井排采中煤储层渗透率动态变化的重要因素。通过选取沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东缘二叠系山西组中、高阶煤样,通过煤的吸附变形-渗流模拟实验,测得了中、高阶煤样中甲烷吸附应变值,提出了... 煤中气体吸附膨胀和解吸收缩应变是影响煤层气井排采中煤储层渗透率动态变化的重要因素。通过选取沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东缘二叠系山西组中、高阶煤样,通过煤的吸附变形-渗流模拟实验,测得了中、高阶煤样中甲烷吸附应变值,提出了采用12~24 h的吸附应变数据点拟合计算吸附应变的方法,分析了高、中阶煤中甲烷吸附应变及其渗透性的差异性,揭示了中、高阶煤吸附应变规律及其对渗透性的影响及控制机理。结果表明,中、高阶煤样甲烷吸附应变与吸附平衡压力之间的关系符合Langmuir等温吸附模型;中阶煤中吸附甲烷气体的Langmuir径向应变、轴向应变和体积应变分别为0.18×10^(-2),0.09×10^(-2)和0.44×10^(-2),其对应的Langmuir压力分别为5.26,6.93和5.42 MPa;而高阶煤吸附甲烷气体的Langmuir径向应变、轴向应变和体积应变分别为1.91×10^(-2),0.22×10^(-2)和3.99×10^(-2),其对应的Langmuir压力分别为7.87,4.57和7.49 MPa。在有效应力一定的条件下,随着煤中甲烷吸附平衡压力增高,煤样吸附应变增大,且高阶煤吸附应变明显要强于中阶煤样,煤中甲烷吸附应变主要受控于煤中甲烷吸附量。在有效应力一定的条件下,中煤阶煤样的渗透率要大于高煤阶煤样的渗透率,煤中甲烷吸附应变过程中,中、高阶煤样随着煤中甲烷吸附平衡压力增高,煤样渗透率均按负指数函数规律降低,且高阶煤样中甲烷吸附应变对煤样渗透率的影响要强于中阶煤样,因此在煤层气井排采过程中,在临界解吸压力后,高煤阶煤层气井产量提升效果要好于中煤阶煤层气井。 展开更多
关键词 中、高阶煤样 吸附应变 渗透性 煤层气 LANGMUIR模型
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气体吸附对页岩裂缝表观渗透率和页岩气采收率的影响 被引量：9
9
作者 曲鸿雁 彭岩 +4 位作者 刘继山 陈掌星 吴克柳 周福建 张柯 《中国科学：技术科学》 EI CSCD 北大核心 2018年第8期891-900,共10页
页岩气以及无水压裂技术采用的二氧化碳都可使页岩发生吸附变形,影响其裂缝表观渗透率,同时表观渗透率还受到有效应力和流体流态的影响.页岩气渗流过程中多种物理场相互耦合使得吸附应变对表观渗透率的影响不易被分析,常被忽略.本文基... 页岩气以及无水压裂技术采用的二氧化碳都可使页岩发生吸附变形,影响其裂缝表观渗透率,同时表观渗透率还受到有效应力和流体流态的影响.页岩气渗流过程中多种物理场相互耦合使得吸附应变对表观渗透率的影响不易被分析,常被忽略.本文基于多孔弹性理论和页岩吸附变形的特点,建立了适用于多种边界条件的页岩裂缝表观渗透率模型,提出了分析吸附变形对表观渗透率影响的方案,并分析了一组富有机质页岩样品中吸附应变对其表观渗透率的影响,最终结合页岩气多尺度渗流模型分析了吸附变形对页岩气采收率的影响.研究结果表明:采用不同边界条件和气体测量页岩表观渗透率时,其主控机理并不相同;基于此特点,结合"固定围压"和"固定孔隙压力"条件下的非吸附性气体和吸附性气体测量所得的页岩表观渗透率数据,可以确定内部吸附变形对表观渗透率有较大影响,不可忽略;此外,相较于内部吸附变形,气体吸附引起的页岩整体变形对表观渗透率和页岩气采收率有更大影响. 展开更多
关键词 富有机质页岩 吸附变形 表观渗透率模型 流固耦合 实验方法
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