采矿与安全工程学报 ›› 2024, Vol. 41 ›› Issue (5): 1046-1057.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0096

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超声波作用时间对清洁压裂液改造煤岩效果的影响

王昌伟1,2,左少杰1,2,李希建1,2,李滨3,彭首清1,2,甘瑞1,2,许治远1,2   

  1. 1. 贵州大学矿业学院,贵州  贵阳  550025; 2. 贵州大学瓦斯灾害防治与煤层气开发研究所,贵州  贵阳  550025; 3. 沈阳焦煤股份有限公司红阳二矿,辽宁  沈阳  110000
  • 出版日期:2024-09-15 发布日期:2024-09-14
  • 通讯作者: 左少杰,E-mail: sjzuo@gzu.edu.cn,Tel: 18883724947
  • 作者简介:王昌伟(1998— ),男,贵州省毕节市人,硕士研究生,从事采矿工程、安全工程、非常规天然气开采等方面的研究。
  • 基金资助:
    贵州省省级科技计划项目(黔科合基础ZK〔2022〕一般163,黔科合重大专项字〔2021〕3001,黔科中引地〔2021〕4005,黔科合支撑〔2022〕一般016);贵州大学引进人才科研项目(贵大人基合字〔2020〕57号)

Effect of ultrasonic action time on coal transformation by clean fracturing fluid#br#

  • Online:2024-09-15 Published:2024-09-14

摘要: 超声波辅助压裂增透技术具有水力压裂大范围增透、压裂液改造微孔隙、超声波促进瓦斯解吸抽采等优点,可有效改善瓦斯抽采效率,具有广阔的应用前景。为研究超声波作用时间对清洁压裂液改造煤岩效果的影响,对沈阳某矿煤样开展了不同超声波作用时间下清洁压裂液浸泡试验,并通过扫描电镜结合能谱(SEM-EDS)和压汞法(MIP)联合表征煤样孔隙结构,利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析煤的化学结构。结果表明:超声波作用下压裂液与矿物杂质产生化学反应,改善了孔隙结构特征和孔隙连通性,且增长趋势先急后缓,拐点约为5 h,此时煤岩总孔容、孔隙分形维数和渗透率相较原煤分别增加了22.60%,5.25%和73.95%,迂曲度降低了17.93%;超声波和压裂液共同作用可增加煤的芳香度,有利于瓦斯解吸,且增加趋势为先缓后急再缓,拐点分别约为3 h和8 h,芳香度分别增加了0.98%和16.23%;受能垒及分子结构等影响,煤分子结构改造难度大于矿物质化学反应,芳香结构参数的变化较孔隙结构滞后约3 h;煤样孔隙结构和芳香度的变化表明该技术可有效改善煤孔隙结构、促进瓦斯解吸,且该条件下的有效作用时间为8 h。研究结果丰富了瓦斯抽采理论体系,可为该技术的现场实践提供理论指导。

关键词: 超声波, 压裂液, 孔隙结构, 化学结构, 官能团, 煤层气解吸

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