液态CO-2溶浸煤体孔裂隙损伤特性与置换驱替CH-4机制研究

液态CO_2溶浸煤体孔裂隙损伤特性与置换驱替CH_4机制研究煤层瓦斯作为一种清洁的被认为可以代替天然气的潜在新能源,对其高效开采将在一定程度上解决我国能源供应问题。我国煤层普遍存在高储低渗特性,采用人

液态CO_2溶浸煤体孔裂隙损伤特性与置换驱替CH_4机制研究 煤层瓦斯作为一种清洁的被认为可以代替天然气的潜在新能源,对其高效开 采将在一定程度上解决我国能源供应问题。我国煤层普遍存在高储低渗特性,采 用人工致裂以改善煤层透气性对促抽本煤层瓦斯具有十分重要的意义。 本论文在国家自然科学基金(51504186,51574193)的支持下进行实验和现场 应用研究。基于液态CO2的低温冻结与相变增压特性提出“液态CO2溶浸煤体” 实验。 采用低压氮吸附法(LP-N2-Ad)、压汞法(MIP)和扫描电镜法(SEM)研究了煤体 液态CO2溶浸作用下孔裂隙结构的损伤机制。采用自研相似物理实验台,研究煤 体注液态CO2置换驱替CH4过程中混合气体组分变化特征和CO2置换驱替CH4 效率。 现场工业试验验证了“煤层注液体CO2致裂与置换驱替CH4”效果,结果表 明本煤层注液态CO2能够明显提高瓦斯抽采效率。(1)经液态CO2溶浸处理后煤 体孔隙结构参数均明显增大,对应孔径段内微小孔向着中大孔甚至微裂隙转化, 液态CO2溶浸处理后煤基质与孔隙内部粗糙度和不规则性提高,分形特征明显。 (2)煤体经液态CO2溶浸处理后新的表观裂隙数量增多且扩展延仲特征明 显,在液态CO2溶浸作用下,煤体结构弱面出现剥离现象,裂隙充填矿物质成分被 冲蚀,裂隙贯通性增强。(3)“煤体注CO2置换驱替CH4”相似物理模拟实验结果 表明:煤体注CO2气体能够高效置驱煤体CH4气体,置换驱替效率达到94.0%以 上。 (4)现场应用结果表明本煤层注液态CO2有效影响半径大幅度提高,瓦斯抽 采效率明显提升,减少了工作面抽采钻孔数量,创造较大的经济效益。