低滲透性煤層氣解吸機(jī)理及增透效果試驗(yàn)研究.pdf

1、我國煤層普遍具有低滲透性的特點(diǎn)，不利于煤層氣的開采。為了提高煤層的滲透性，一些新的增透措施正在被研究利用，比如氣爆增透技術(shù)、超聲激勵煤層增透技術(shù)，其中包括高壓電脈沖技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)起初是被應(yīng)用于石油開采中，后被嫁接到煤層氣開采中，作為一種新的煤層增透技術(shù)，尚處于研究起步階段，因此存在許多問題尚需解決。本文綜合利用力學(xué)理論知識、試驗(yàn)研究和有限元軟件模擬，對該項(xiàng)技術(shù)在鉆孔注水煤層中的增透效果進(jìn)行分析研究，得出以下成果：
　?。?）理論分

2、析認(rèn)為煤層中裂隙的密度、長度、寬度以及貫通程度越發(fā)育，煤層的滲透性就越高，就越易于煤層氣的解吸。根據(jù)巖石力學(xué)相關(guān)理論，推導(dǎo)出在試驗(yàn)中，孔壁產(chǎn)生新裂隙的起裂壓力應(yīng)不低于5.5MPa，理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相吻合。然后通過斷裂力學(xué)，對靜水壓和脈沖壓力作用下裂隙尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子的變化過程進(jìn)行分析，了解了裂隙擴(kuò)展的演化規(guī)律。
　?。?）根據(jù)以上理論分析在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了鉆孔注水高壓電脈沖煤層增透試驗(yàn)，模擬3MPa靜水壓以及3MPa靜水壓條件下

3、施加10kv高壓電脈沖后對煤樣的致裂效果。然后利用CT掃描儀對試驗(yàn)試件進(jìn)行掃描分析。由掃描結(jié)果可知：原煤樣致密、硬度高、無裂隙分布。3MPa靜水壓作用下，煤樣孔壁以及周邊沒有裂隙產(chǎn)生，而在3MPa靜水壓中施放10kv高壓電脈沖后，孔壁以及周邊的裂隙數(shù)目明顯增多，說明水中高壓電脈沖技術(shù)對煤樣能夠起到理想的增透效果。
　?。?）利用ABAQUS擴(kuò)展有限元法，對鉆孔注水高壓電脈沖煤層增透試驗(yàn)進(jìn)行模擬，分析不同的靜水壓以及不同脈沖壓力作用

4、下，煤樣裂隙的擴(kuò)展情況。模擬結(jié)果表明：當(dāng)鉆孔內(nèi)靜水壓達(dá)到3MPa時，裂隙長度未發(fā)生變化，寬度有一定的變化。而當(dāng)靜水壓達(dá)到7.541MPa時，裂隙開始延長。當(dāng)在靜水壓中施加脈沖荷載后，裂隙的延伸長度相比靜水壓顯著增加，并且延伸長度隨著初始放電能量的增大而增大，說明高壓電脈沖對煤樣的致裂效果要優(yōu)于靜水壓致裂效果，且初始放電能量越高致裂效果越好。伴隨著靜水壓和脈沖壓力的作用，在裂隙尖端產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，且拉應(yīng)力值隨著孔內(nèi)壓力的增大而增大，這是