作為一種非常規(guī)清潔氣體資源,煤層氣(CBM)具備替代傳統(tǒng)能源的巨大潛力。目前世界各國學(xué)者對煤層氣的開采技術(shù)已經(jīng)進行了比較深入的探究,但仍存在著諸多挑戰(zhàn)。裂隙和裂隙充填物構(gòu)成了煤層氣運輸?shù)闹饕ǖ�。充填煤巖的滲透率,通常基于煤的裂隙-充填物特征和應(yīng)力-應(yīng)變場來確定。在一定的有效應(yīng)力條件下,煤滲透率是孔隙壓力、充填物類型和注入氣體類型的函數(shù)。為了準(zhǔn)確描述多孔材料中氣體流動的機理,眾多學(xué)者已經(jīng)提出了許多滲透率模型。然而,到目前為止大多數(shù)模型中對滑脫效應(yīng)的影響考慮不足,而滑脫效應(yīng)對煤巖裂隙的氣體滲流行為有著顯著的作用,特別是在低滲透性煤巖中。對充填煤巖裂隙滲透特性進行研究,通過分析有效應(yīng)力對孔隙率的影響,以及利用努森數(shù)作為判斷依據(jù),來判定滑脫效應(yīng)的影響,建立了充填煤巖裂隙滲透特性數(shù)學(xué)模型。然后,以充填煤巖為研究對象,進行了充填煤巖裂隙滲透特性驗證試驗。研究了充填煤巖裂隙滲透率(不同充填物、不同圍壓、不同氣壓)的變化規(guī)律。通過對實驗數(shù)據(jù)的擬合,得到了不同有效應(yīng)力、不同充填介質(zhì)的滑脫因子,得出數(shù)學(xué)模型的計算結(jié)果。對比實驗結(jié)果與計算結(jié)果,驗證了所建數(shù)學(xué)模型的正確性。并對充填煤巖裂隙滲透率(不同圍壓、不同氣壓)的變化規(guī)律進行了分析。主要得到以下結(jié)論:1.通過對充填煤巖裂隙滲透特性進行理論分析,探討了有效應(yīng)力以及滑脫效應(yīng)的影響。結(jié)果表明:有效應(yīng)力會引起充填煤巖的體積應(yīng)變,改變充填煤巖的孔隙率,進而影響充填煤巖裂隙滲透率;在低滲氣體滲流系統(tǒng)中,滑脫效應(yīng)也是不可忽略的影響因素,可以依據(jù)氣體與不同充填介質(zhì)組合的努森數(shù)大小,判定滑脫效應(yīng)的影響。并建立了充填煤巖裂隙滲透特性數(shù)學(xué)模型。2.實驗研究了充填煤巖裂隙滲透率(不同充填物、不同圍壓、不同氣壓)的變化規(guī)律。結(jié)果表明:(1)在氣壓不變條件下,充填煤巖裂隙滲透率隨著圍壓的增大而減小;(2)在圍壓不變的條件下,隨著氣體壓力的增大,以方解石、高嶺土、方高混合物和膨潤土為充填介質(zhì)的充填煤巖裂隙,滲透率逐漸減小并趨于平緩。以煤粉為充填介質(zhì)的充填煤巖裂隙,滲透率反而隨著氣壓的增大而增大;(3)在圍壓不變的條件下,滑脫效應(yīng)的影響隨氣體壓力的增大而減小,滑脫效應(yīng)只在低氣壓情況下表現(xiàn)較明顯。3.對實驗數(shù)據(jù)進行擬合,得到了不同有效應(yīng)力、不同充填介質(zhì)的充填煤巖k_g-1/p關(guān)系擬合方程和滑脫因子,擬合方程的相關(guān)系數(shù)R~2都在0.79以上。根據(jù)滑脫因子與充填煤巖的參數(shù),得出數(shù)學(xué)模型的計算結(jié)果。計算結(jié)果與實驗結(jié)果一致性較高,驗證了數(shù)學(xué)模型的正確性。
【學(xué)位單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TD712
【部分圖文】：

充填煤巖裂隙

圓柱體原煤煤樣制備過程：本次實驗采用直徑Φ=50mm，高度h=50mm的圓柱體煤樣作為分析實驗試樣。將趙固一礦二1煤層取回的原煤塊煤放入巖芯鉆取機（如圖4.1）中加工為圓柱體。然后將鉆取出的圓柱體煤樣在自動精密切割機（如圖4.2）上制成底面直徑為50mm，高度為50mm的圓柱體煤樣煤芯取出后，利用磨床對其進行小心仔細地打磨，制成Φ50×50mm的原煤煤樣，并將之置于烘箱內(nèi)在80℃下烘干24h再用干燥箱存放，以備試驗時用（如圖4.3）。圖 4.1 巖芯鉆取機圖 4.2 自動精密切割機

柱體煤樣作為分析實驗試樣。將趙固一礦二1煤層取回的原煤塊煤放入巖芯鉆取機（如圖4.1）中加工為圓柱體。然后將鉆取出的圓柱體煤樣在自動精密切割機（如圖4.2）上制成底面直徑為50mm，高度為50mm的圓柱體煤樣煤芯取出后，利用磨床對其進行小心仔細地打磨，制成Φ50×50mm的原煤煤樣，并將之置于烘箱內(nèi)在80℃下烘干24h再用干燥箱存放，以備試驗時用（如圖4.3）。圖 4.1 巖芯鉆取機圖 4.2 自動精密切割機

【參考文獻】

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1 陳亞西;楊延輝;劉大錳;姚艷斌;張航;閆濤滔;;樊莊區(qū)塊煤層氣排采數(shù)據(jù)分析與儲層滲透率動態(tài)預(yù)測[J];煤炭科學(xué)技術(shù);2015年11期

2 朱啟朋;桑樹勛;劉世奇;舒姚;;煤儲層滲透率動態(tài)變化模型與模擬研究[J];西安科技大學(xué)學(xué)報;2015年01期

3 劉貝;黃文輝;敖衛(wèi)華;張守仁;吳見;許啟魯;滕娟;;沁水盆地南部煤中礦物賦存特征及其對煤儲層物性的影響[J];現(xiàn)代地質(zhì);2014年03期

4 賴楓鵬;李治平;汪益寧;任廣磊;張躍磊;;考慮井間干擾的煤層氣井動態(tài)預(yù)測方法[J];中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報;2013年02期

5 梁寧慧;劉新榮;艾萬民;包太;;裂隙巖體卸荷滲透規(guī)律試驗研究[J];土木工程學(xué)報;2011年01期

6 陳振宏;陳艷鵬;楊焦生;鄧澤;趙玉紅;王一兵;;高煤階煤層氣儲層動態(tài)滲透率特征及其對煤層氣產(chǎn)量的影響[J];石油學(xué)報;2010年06期

7 鄧澤;康永尚;劉洪林;李貴中;王勃;;開發(fā)過程中煤儲層滲透率動態(tài)變化特征[J];煤炭學(xué)報;2009年07期

8 劉洪林;康永尚;王烽;鄧澤;;沁水盆地煤層割理的充填特征及形成過程[J];地質(zhì)學(xué)報;2008年10期

9 易俊;姜永東;鮮學(xué)福;;應(yīng)力場、溫度場瓦斯?jié)B流特性實驗研究[J];中國礦業(yè);2007年05期

10 鄧英爾;謝和平;黃潤秋;劉慈群;;低滲透孔隙-裂隙介質(zhì)氣體非線性滲流運動方程[J];四川大學(xué)學(xué)報(工程科學(xué)版);2006年04期

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1 陳俊國;煤層氣儲層孔裂隙多尺度滲透率預(yù)測和流固耦合模型[D];中國礦業(yè)大學(xué);2016年

2 王慶偉;沁南潘莊區(qū)塊煤粉產(chǎn)出機理與控制因素研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)（北京）;2013年

本文編號：2810594