不同温度、蠕变条件下的含瓦斯煤渗流规律研究

摘要

注热开采煤层气（瓦斯）是被行业内看好的一项增产煤层气（瓦斯）的技术。注热过程中，煤体长期受热将必然产生热蠕变效应，而这种热蠕变效应又必然对含瓦斯煤体的渗透性产生重要影响，为探明蠕变条件下温度对含瓦斯煤渗流的影响规律，本文进行了一系列的研究。
　　通过采用三轴煤岩流变试验系统，开展了不同温度下的含瓦斯煤全应力-应变加载实验，并全程测定了煤体的渗透率，实验表明：应力增大的过程中，前期应变以轴向应变为主导，煤体逐渐被压缩，渗透率减小，后期以径向应变为主导，煤体向径向不断膨胀，体积逐渐增大，渗透率增大。同时，全应力-应变实验确定了蠕变-渗流实验的蠕变载荷。
　　开展了不同温度、不同瓦斯压力下的含瓦斯煤蠕变-渗流实验以及氦气的对比实验，实验结果表明：
　　恒定温度下，瓦斯压力越大，含瓦斯煤蠕变的形变量越大。瓦斯压力是煤体强度降低的主要原因，瓦斯吸附性会有影响但不是主导因素。
　　恒定瓦斯压力下，不同温度的含瓦斯煤蠕变曲线之间，轴向应变差值不大，甚至出现交叉现象，而径向应变区别比较明显，呈现随温度升高，径向应变越大的趋势。温度对瓦斯吸附性的影响为：高瓦斯压力时，温度影响较弱，此时瓦斯压力对吸附作用占主导地位；低瓦斯压力时，温度影响显著，此时温度对吸附作用的影响占主导地位，温度越高影响越显著。相比较而言，瓦斯在低气压时，高温对轴向应变区分明显，而氦气则在高气压时，高温对轴向应变区分明显。
　　蠕变后含瓦斯煤的渗透率减小，温度越高，蠕变后的渗透率越小，瓦斯压力越大，蠕变后的渗透率也越小。氦气的对比实验同样得出此结论，说明瓦斯的吸附作用不起主导作用，不改变渗透率的发展趋势。
　　借鉴前人研究成果，建立了反映体应变的含瓦斯煤蠕变方程，可以用来描述含瓦斯煤的蠕变规律。根据 Kozeny-Carman方程以及蠕变方程导出了蠕变条件下的渗透率计算模型，模型拟合效果较好，可以预测蠕变过程中渗透率的发展规律。
　　从不同温度下的渗透率与体应变的关系得出，各个气体压力和温度下的煤体渗透率随体应变的增大而减小，同时，恒定气体压力下，温度越高，煤体的渗透率越小。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1 选题目的及意义

1.2 国内外研究进展

1.3 主要研究内容及创新点

1.4可行性分析及拟采取的研究方案

2 煤岩蠕变和瓦斯渗流的基本理论

2.1 煤岩蠕变的基本理论

2.2 考虑温度影响的煤岩蠕变理论

2.3 不同温度的煤岩瓦斯渗流理论

2.4 本章小结

3 不同温度下含瓦斯煤的蠕变-渗流实验

3.1实验装置

3.2 煤样的制备

3.3含瓦斯煤的全应力-应变实验

3.4 含瓦斯煤蠕变-渗流实验

3.5 本章小结

4 不同温度下的含瓦斯煤蠕变-渗流规律

4.1 不同温度下含瓦斯煤的蠕变规律

4.2不同温度下含瓦斯煤的瓦斯渗流规律

4.3 本章小结

5 不同温度下含瓦斯煤蠕变-渗流的理论分析

5.1 温度对蠕变特征影响的理论分析

5.2 蠕变作用下温度对渗透率影响的理论分析

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

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