煤体瓦斯渗透性的电场响应研究

通过试验研究了施加交变电场条件下的煤体瓦斯渗透特性，并分析了其作用机理．研究结果表明，煤体瓦斯渗透率对电场有明显的响应：施加电场后，煤体瓦斯的渗透率提高，并且随着电场作用频率和强度的增加而提高；其作用机理是：外加电场作用使煤瓦斯分子热运动加剧，吸附势阱降低，吸附量降低，活性提高，增强了瓦斯的解吸和扩散，使煤体瓦斯的有效渗透通道增大，这对于提高煤矿瓦斯排放率和煤层气的开发利用，对于防治煤矿瓦斯灾害都有重要的现实意义。     

低渗砂岩渗透率应力敏感性试验研究

渗透率应力敏感性研究方法不同,得到的敏感程度则不同.以氮气为孔隙流体,对一块低渗砂岩岩样进行不同围压和孔隙流体压力下的渗透率测试,利用Bernabé方法求取渗透率有效应力系数,获取渗透率有效应力,并对应力敏感指数法加以修正,发现岩样表现为中等应力敏感.     

考虑有效应力和煤基质收缩效应的渗透率模型

针对煤层气的生产过程中所存在的两个相反的效应:(1) 储层压力下降,有效应力增加,煤层裂隙压缩闭合,渗透率降低;(2) 煤层气解吸,煤基质收缩,煤层气流动路径张开,渗透率升高;建立了包含煤基质收缩效应的煤层孔隙度和渗透率理论模型,模型与已有的一些研究结果反映的规律一致.根据模型得出在体积应力恒定条件下,渗透率随孔隙压力变化存在一临界压力,孔隙压力小于临界压力时,渗透系数随孔隙压力的增加而减少,孔隙压力大于临界压力时,渗透系数随孔隙压力的增加而增大,给出了该临界压力的计算式.对不同情形下渗透率对孔隙压力的变化响应进行了讨论,结果表明,临界压力的存在与否与影响渗透率的多种因素有关,应对影响煤层渗透性的众多因素进行动态耦合研究.     

含粘土砂岩渗透率有效应力系数的下限值研究

通过测试发现含粘土砂岩的渗透率有效应力系数不仅小于1.0,且大于岩样的孔隙度,这与目前学术界的看法迥异.利用Berryman的双组分理论模型,得到了含粘土砂岩的渗透率有效应力系数的下限值为岩样的孔隙度,并从实验的角度论证了这一结论.同时,实验结果表明,渗透率有效应力系数与砂岩中的粘土含量并不是简单的正相关关系.     

煤岩体应力-渗流-温度多过程耦合试验系统

自主研制了煤岩体应力-渗流-温度多过程耦合试验系统,可以实现不同地应力、温度、流体压力等条件下煤岩体应力变形-瓦斯解吸/扩散-气体运移-温度传输等行为的试验模拟.该系统主要包括岩芯夹持子系统、流体控制子系统、温度控制子系统、操作控制及数据分析子系统等.岩心夹持器的煤岩样通过液体自动加压泵精准控制加载应力;特制的橡胶套包裹煤岩体有效阻隔了外界液体与煤岩样的接触,应变片直接贴敷在煤岩样上,克服了许多传统仪器应力-应变参数的非接触式测量和仪器操作过程复杂等问题;采用程序控温和电热毯联合加热的方法,实现了试验管路和煤岩样环境温度的可调可控,突破了普通水浴控温温度低于100℃的限制;采用labVIEW可视化的图形编程语言和平台开发了系统操作界面,可以实现实验数据的实时采集与分析.该试验系统的力学和渗透性测试结果的准确性分别通过了MTS815岩石力学试验系统和标准渗透率岩心的验证.应用该系统开展了温度-应力耦合下煤体渗透性演化和应力加载下型煤吸附/解吸CO₂的连续性力学-吸附/解吸过程相关的实验,实验结果与理论-实际的认知相吻合.     

温度对煤体瓦斯吸附特性影响实验分析

为深入探讨温度对煤体瓦斯吸附特性的影响,在分析煤体瓦斯吸附/解吸机理的基础上,深入调查了近十几年来相关学者开展的29组温度对煤体瓦斯吸附特征影响实验,统计了实验结果数据,从概率论与数理统计的角度对实验结果进行了分析,研究了温度对煤体瓦斯吸附特性的影响规律.拟合了吸附量、Langmuir吸附常数与温度的函数关系式.提出了目前实验研究中存在的不足之处,进而确定了今后需要深入研究的方向.研究成果对于促进瓦斯灾害防治及煤层气开发利用理论及技术的发展具有一定的参考价值及指导意义.     

不同降温速率下沥青路面温度应力仿真分析

本文基于有限元分析软件ANSYS,建立了沥青路面结构的二维模型,对不同初始温度的沥青路面在不同降温速度下产生的温度应力进行了仿真分析,结果表明在90 mm深度内温度应力变化较大,在90～150 mm内温度应力变化较小,此时对结构的影响已可忽略不计,且初始温度越高温度应力越大。     

煤层气排采时渗透率动态特征研究

正确认识煤层气井开采过程中的渗透性变化特征是实现煤层气科学高效开发的重要前提.目前,大量的室内实验研究渗透率随排采的变化时仅考虑压力敏感性,而没有考虑在实际生产过程中存在的基质收缩效应的影响.笔者提出一种动态分析方法,利用实际生产数据,分段拟合出不同生产时间下的煤层参数,包括渗透率和地层压力等,并且在前人研究的基础上建立了考虑应力敏感效应和基质收缩效应的渗透率数学模型,通过数据回归获得到模型的具体参数.该方法可以用于描述煤层渗透率的动态特征,预测煤层气产量变化,指导现场配产.     

地层压力变化对渗透率的影响实验研究

储层岩石在地下随有效应力改变而发生变形,从而影响其渗流特性。利用从美国引进的三轴向岩石力学测试系统,从岩石的力学特性入手,研究了储层岩石在地层压力下降和压力回弹过程中的变形特征及渗透率变化规律。实验发现,储层岩石的受力变形不是完全弹性的,在地层流体压力回弹过程中,部分变形不可恢复,地层压力恢复时机越晚,产生的塑性变形越大,地层压力恢复后的渗透率保留率越低。对于某些储层岩石,当上覆压力增大,超过其抗压强度后,又会产生裂缝,从而改善其渗透性能。     

低渗气藏岩石渗透率有效应力系数研究

根据修正的析因设计方案,开展三个回路的变孔隙流体压力实验,采用最大似然函数法、Bernabe法和Brace法进行实验数据处理。结果表明:升高孔隙流体压力时的有效应力系数小于降低孔隙流体压力时的有效应力系数;三种处理方法中,根据最大似然函数法计算出的有效应力与渗透率的二次多项式拟合关系最好;岩石的有效应力系数为1.02,从实验角度证实了Kwon相关结论。     

煤岩渗透率自动化测试系统

研制了煤岩渗透率自动化测试系统．该系统可以模拟１ｋｍ垂深的原岩应力,其测量范围大、精度高、试样加工容易．所设计的压力传感器电路、流量传感器电路和温度传感器电路以及各传感器的调校软件、系统测试软件,实现了煤岩渗透率的自动化测试,并具有数据处理与存储功能,特别适用于实验室测定低透气性煤岩的渗透率．     

固流耦合作用下煤层气解吸-渗流实验研究

以典型的高瓦斯矿井阜新孙家湾矿为研究对象，利用自主研制的自压式三轴渗透仪，对煤层气解吸和渗流间的相互作用规律进行了实验研究．实验过程中连续进行加载和卸载（改变轴压、围压和孔隙压）并考虑了固流耦合作用影响，模拟了三维应力下煤层气运移过程．实验结果表明，加载条件下，渗透率和渗透系数与孔隙压力、解吸量、解吸时间的关系具有相似性．在此过程中，渗透率和渗透系数随孔隙压增加均呈非线性递减关系，都具有负指数规律，而解吸量和解吸时间均呈多项式形式增加，且渗透率和渗透系数存在某一临界值，当小于此值时渗透率和渗透系数随瓦斯孔隙压力增大而减小．卸栽条件下，有效水平应力与渗透率和渗透系数呈抛物线关系（先减小后增大），而有效水平应力与解吸量和解吸时间均为负指数形式递减，具有典型的煤层气开采的三阶段主导作用特征（有效应力主导阶段、基质收缩主导阶段和滑脱效应主导阶段）．实验结果真实地反映了煤对瓦斯的吸附和解吸作用；实验结论与前人研究结果吻合较好，说明实验方法和步骤是合理的．     

静定结构在不同温度场中的应力应变分析

分析了静定结构在不同温度场中的应变和应力情况,对实际发生的应变和引起应力的应变之间的关系做了定量的分析,对变温在什么情况下引起应力,什么情况下不引起应力进行了讨论．并推导出了不同变温条件下,静定结构应力及不同应变的计算表达式．     

极小转弯半径钻井在低渗透率煤层瓦斯抽放中的试验研究

针对在瓦斯渗透率低的煤层中现有的瓦斯抽放方式效率很低的问题,澳大利亚的Grasstree煤矿进行了极小转弯半径钻井系统现场试验.试验采用地面瓦斯抽放方法的极小转弯半径钻井系统能够沿着常规中心竖井在不同埋深的煤层中呈辐射状以极小转弯半径钻进多条深长水平孔,钻进水平瓦斯抽放孔总长1300m,其中最长的182m.试验结果表明,约抽放出900000m3瓦斯,将煤层中瓦斯含量从7.8m3/t减少至3.7m3/t.Grasstree煤矿试验证明极小转弯半径钻井系统在地下煤层瓦斯抽放、减小煤矿瓦斯灾害方面具有很好的应用前景.     

泄洪闸闸墩施工期温度场与温度应力分析

利用ANSYS的APDL语言对其进行二次开发,编写了适用于分析闸墩瞬态温度场的命令流。并对某泄洪闸闸墩施工期温度场进行了计算,计算结果与实测结果具有较好的吻合性;结合自编FORTRAN程序,在已有的温度场计算成果的基础上,采用分时段变弹性模量及变应力松弛系数的有限元累计应力计算方法,实现了基于ANSYS软件平台并考虑混凝土收缩变形影响的施工期弹性徐变温度应力场的计算,并分析了闸墩混凝土早期裂缝的分布规律及其形成的原因。     

岩石的渗透特性实验研究

为了解决三亚某大型洞库防渗问题,文中利用X射线、电镜扫描分析了该洞库围岩的矿物成分和微观结构.通过高低渗透率仪测试了该洞库围岩的气相渗透率,同时利用地层损害试验仪测试了其围岩的液相渗透率.结果表明:洞库围岩石英含量较高,多呈他形晶充填于矿物的间隙中,并且交接紧密;完整岩石渗透率较低,其中气相渗透率是液相渗透率的11.4倍;岩石的渗透通道是分层次的,低层次渗透通道的贡献也不能忽略.     

持续高低温下沥青复合路面温度应力分析

以武汉长江隧道工程为依托,建立了隧道匝道明挖段沥青复合路面结构二维热分析几何模型,分析了在持续高、低温情况下复合路面结构的温度场分布及温度应力变化规律。研究表明:在持续高低温天气条件下沥青复合路面温度逐渐累积,沥青复合材料的应力松弛性难以发挥,路面结构应变能降低,应力急剧增加,沥青下面层最大温度应力可达3 MPa;要求重视隧道沥青复合路面结构设计,并相应提高沥青下面层材料的热稳定性和抗开裂性能。     

采用两种实验方法进行气藏岩芯应力敏感研究

目前实验室测定岩芯应力敏感性通常采用变外压恒内压方式测试,该测试方法与气田实际开发过程中上覆岩层压力不变,流体压力变小的实际情况不符合,提出了变内压恒外压测试方法,采用苏里格低渗岩芯在地层温度条件下进行变内压恒外压测试和变外压恒内压测试.研究表明:变内压恒外压测试比变外压恒内压测试应力敏感性更弱,随多次应力敏感次数增加,应力敏感性变弱,甚至趋于一个极限.为气井动态分析提供了实验依据,对研究低渗气藏相对高、中、低渗岩芯在多次升降压过程中的应力敏感特征有重要意义.     

煤层顶板砂岩在高温下微观结构变化的研究

采用SEM，偏光显微镜和热分析仪等方法研究了鹤壁煤层项板砂岩在常温至1200℃高温条件下微观结构的变化．结果表明，该砂岩在400℃时出现裂隙，600℃出现颗粒破裂，裂隙增加，900℃时大多数颗粒破裂并有烧结现象，砂岩中含有有机物，其析出温度为400～670℃，砂岩在高温作用下微观结构变化是矿物晶体转化、体积膨胀等产生的热应力和有机物析出与迁移共同作用的结果。     

启动压力影响低渗透油田产量递减规律机理研究

中高渗透油藏分析方法是否仍适合低渗透油藏尚需验证。针对此问题,在低速非达西渗流理论的基础上,研究低渗透油藏的产量规律,并给出相应的油田产量递减率与产量、生产时间的算式,以及低渗透油田产量递减率通式。