瓦斯抽采过程中钻孔位置对煤层参数演化影响的试验研究

利用自主研发的"多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统",开展了煤层非均布应力状态下不同钻孔位置条件的煤层瓦斯抽采物理模拟试验,以探讨抽采过程中的瓦斯流动特性及钻孔位置的影响规律和作用机制。对结果进行分析表明:抽采过程中瓦斯压力降低先快后慢,变化形式符合weibull分布函数,温度变化趋势与瓦斯压力基本一致;与钻孔距离越近,瓦斯压力和温度降低越快,瓦斯压力梯度也越大,相反,瓦斯压力梯度则越小;应力集中区对煤层瓦斯流动有一定的屏障作用,不利于气体流动和抽采效率的提高,而渗透系数较高的卸压区有利于瓦斯气体的流动;对拟合所得的Weibull参数分析发现,钻孔位置对瓦斯抽采效率有明显影响,卸压区抽采时位置参数和尺度参数都相对较小,标示着较大的瓦斯压力降低速度和较好地抽采效果,且抽采量也是最大,因此认为采用单一钻孔时,卸压区抽采是相对优化的方式,研究结果对煤层瓦斯抽采提供了参考。

卸压区不同钻孔长度抽采条件下瓦斯运移特性试验

研究抽采过程中瓦斯运移特性有助于了解抽采气体来源、不同位置对抽采效果的贡献及抽采降压规律,为合理确定抽采时间、设计抽采位置和钻孔长度等提供依据。利用自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展了卸压区不同钻孔长度条件下瓦斯抽采的物理模拟试验,分析了抽采过程中煤层瓦斯运移相对速度和方向特征。研究结果表明:抽采前期和钻孔周围区域分别是抽采量主要贡献时期和区域,瓦斯压力梯度大,流动快。卸压区瓦斯流动相对速度最快,应力集中区使得瓦斯相对流动速度衰减加速,且对原始区的瓦斯流动形成一道屏障,使其相对流动速度趋于0。随着抽采时间的增加,瓦斯相对流动速度逐渐衰减,对于瓦斯运移方向而言,抽采一旦开始便在煤层中形成了较为固定的运移通道,但在抽采后期和钻孔深部区域,由于瓦斯压力梯度小,流动缓慢,运移方向的不稳定性增强。而随着钻孔长度增加,卸压区内瓦斯相对流动速度表现出增大的趋势,因此,适当增大卸压区钻孔长度将有利于现场瓦斯开采。

煤层瓦斯抽采过程中煤岩变形的物理模拟实验

利用自主研发的多场耦合煤层瓦斯抽采物理模拟实验系统,研究了抽采过程中煤体内不同位置变形演化规律,探讨了抽采位置、地应力和气体压力对抽采过程中煤体变形的影响。结果表明:煤体变形受地应力、抽采位置、时间和煤层气体压力等因素的共同影响,且抽采初期的煤体变形速率较大;煤体σ1方向的变形普遍大于σ2和σ3方向的变形,σ3方向的变形与煤体所受的地应力大小σ3呈正比;由于最先产生变形的煤体引起的泊松效应限制了距离抽采位置较远煤体的变形量,所以距离抽采位置越近,抽采过程中煤体变形速率和最终变形量越大;煤层中的气体压力越大,煤体变形速率越快,在气体压力降低并趋于稳定后,煤体变形达到一个稳定状态。

不同吸附性气体抽采过程中煤储层参数演化特征研究

利用自主研发的多场耦合煤层瓦斯抽采物理模拟试验系统,开展了不同吸附性气体抽采的物理模拟试验,探讨了煤层瓦斯抽采过程中煤储层气压、温度及煤层变形等参数的时空演化规律。结果表明:(1)煤储层气压在抽采前期下降较快并形成以钻孔为中心的气压等值面,距离抽采钻孔越远的区域煤层瓦斯流速越小,气压下降速率越低;(2)气体吸附性越强,抽采过程中的煤储层气压下降速率越低且持续时间越长;(3)煤储层温度的时间演化规律与气压基本一致,在抽采前期有显著的降低,在抽采后期受吸附态气体解吸吸热及热交换作用的影响,煤层温度出现先下降后小幅上升;(4)距离钻孔越近的区域气压下降量越大,煤层温度下降越明显,煤层所受有效应力越大,煤层变形量也越大;(5)抽采气体的吸附性越大,抽采所导致的煤层变形量越大。

不同气压条件下瓦斯抽采效果物理模拟试验研究

为研究煤层瓦斯抽采过程中气压演化特性以及不同初始气压对抽采的影响规律,利用自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展了不同气压条件下瓦斯抽采的物理模拟试验研究,结果表明:抽采过程中,气压随时间呈现前期下降较快而后期下降缓慢的特点,同时气压在垂直钻孔的方向上梯度较大,在平行钻孔的方向上气压梯度较小;通过绘制气压三维曲面图发现,断面气压曲面呈以抽采钻孔为中心轴的漏斗状分布,层面或纵面气压曲面呈"V"形分布;初始气压越高,抽采过程中气压绝对下降量越大、气压下降速率越快,但是抽采过程中气压相对下降率相差不大,且抽采结束时残余气体压力相近。研究结果可为现场瓦斯抽采提供指导。

抽采长度对煤层气开采效果的影响分析

运用自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展三维应力状态下煤层气开采物理模拟试验,分析不同抽采长度条件下煤储层内气体压力参数的动态演化规律。研究表明:不同抽采长度条件下,气体压力都是从钻孔中心周围开始下降的;抽采前期气体压力下降显著,随着抽采时间的延伸,各测点气体压力值变化速率减小;随着抽采长度的增加,气体压力梯度较大的区域明显扩大,同时会提高瓦斯的解吸速率,抽采效率提高。抽采断面上的等压线则以钻孔为中心,呈圆环状分布,气体主要是汇流至抽采钻孔,层面流场中等压线则以钻孔为对称轴呈漏斗形分布。抽采长度对突出危险消除区域出现时间影响不大,但随抽采长度增加,消除突出危险性所需时间减少;由于应力集中区应力大、解吸速率慢,消除突出危险性抽采所需时间较其他区长。研究成果可为现场合理布置抽采钻孔,提高抽采效率以及确定合理的抽采时间提供一定的理论依据。