液态CO2驱替煤体CH4的渗流特性及机制分析

doi:10.13545/j.cnki.jmse.2021.0332

采矿与安全工程学报 ›› 2022, Vol. 39 ›› Issue (6): 1265-1271.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2021.0332

液态CO₂驱替煤体CH₄的渗流特性及机制分析

李珍宝 ,王凤双 ,梁瑞 ,赵海章 ,马吉昊 ,魏高明

1. 兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州 730050; 2. 西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 710054

出版日期:2022-11-15 发布日期:2022-12-21
通讯作者: 王凤双 E-mail： 735872503@qq.com Tel： 18681870670
作者简介:李珍宝(1987— ),男,陕西省宝鸡市人,副教授,硕士生导师，主要从事矿山重大灾害防治方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金项目(51904138);

甘肃省自然科学基金项目(20JR10RA194);

兰州理工大学“红柳优青”计划项目(02-062001)

Seepage characteristic and mechanism during liquid CO₂ displacing CH₄in coal seam

Online:2022-11-15 Published:2022-12-21

摘要/Abstract

摘要： 煤层瓦斯抽采效率低是造成高瓦斯及突出矿井采掘接续困难和瓦斯事故频发的重要原因。液态CO₂具有低温致裂增透和相变置换驱替促抽瓦斯效应,可有效提高煤层渗透性。采用自主研发的三轴多相CO₂促抽煤层CH₄平台,分析了不同温度下的煤体抽真空-CH₄吸附-CO₂驱替全过程应变、驱替浓度、流量及渗透率的变化,揭示了液态CO₂驱替煤层CH₄过程机制。结果表明:在吸附CH₄及CO₂驱替阶段,煤体均表现为膨胀应变,各阶段应变分为快速膨胀和缓慢膨胀变形阶段，CO₂驱替阶段的应变量显著大于CH₄饱和吸附阶段的应变量,温度越低,应变差异性越大；驱替过程不同驱替阶段的主导控制效应分别为裂隙游离CH₄驱赶、CH₄自解吸及CO₂-CH₄竞争吸附，驱替流量先快速增加,后缓慢降低并趋于稳定；温度越低,煤体稳态渗透率越大,低温下煤基质收缩裂隙扩容和热应力损伤增透效应远大于煤体吸附膨胀作用；液态CO₂驱替CH₄过程的低温裂隙扩容与孔裂隙损伤发育效应,大于CO₂-CH₄竞争吸附膨胀作用,是改善煤层渗透性的关键。为提高注CO₂的经济性,在技术应用过程不同驱替阶段应优化设计注入流量参数。

关键词: 置换驱替, 瓦斯抽采, 膨胀变形, 驱替浓度, 渗透率

中图分类号:

TE 377

李珍宝 , 王凤双 , 梁瑞 , 赵海章 , 马吉昊 , 魏高明. 液态CO₂驱替煤体CH₄的渗流特性及机制分析[J]. 采矿与安全工程学报, 2022, 39(6): 1265-1271.

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Seepage characteristic and mechanism during liquid CO₂ displacing CH₄in coal seam

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