超临界CO_(2)作用下煤岩组合体力学特性损伤及裂隙演化规律

将CO_(2)注入到深部不可采煤层是实现CO_(2)地质封存的有效途径之一,但CO_(2)在高压、高温作用下会处于超临界状态,为了探究超临界CO_(2)作用对煤系储层结构的影响,基于自主研发的超临界CO_(2)浸泡实验系统,结合声发射测试系统及RFPA3D数值模拟,研究了3种煤层厚度和3种顶底板岩性的“岩-煤-岩”(RCR)组合试件在超临界CO_(2)作用下的力学损伤特性及其裂隙扩展演化规律。研究结果表明:(1)超临界CO_(2)作用后,随煤厚增加RCR组合体抗压强度劣化幅度逐渐增大,弹性模量劣化幅度逐渐降低,而当岩煤强度比不同时,抗压强度和弹性模量劣化幅度基本一致,未呈现较大差异;(2)超临界CO_(2)作用会促进煤体塑性破坏,加剧RCR组合体由拉伸劈裂破坏向剪切塑性破坏转变的趋势,RCR组合体塑性破坏程度与煤厚和岩煤强度比均成正相关关系;(3)超临界CO_(2)浸泡作用促使RCR组合体更早进入弹性变形阶段,且经历更为短暂的弹性变形后发生失稳破坏,煤厚越大影响越大,而岩煤强度比影响较小;(4) RCR组合体失稳态势与煤厚成正比、与岩煤强度比成反比,破坏时动力显现强度与煤厚成反比,与岩煤强度比成正比;(5) RCR组合体总能量、耗散能、弹性能、盈余能随煤体厚度增加而逐渐降低,随岩煤强度比的增大而逐渐增大,超临界CO_(2)作用会使RCR组合体试件弹性能占比降低,耗散能占比升高,盈余能占比降低。综合上述研究成果可知,煤层越厚的地层越容易发生失稳,顶底板岩层强度越高的地层越不容易发生失稳,地层失稳破坏时动力显现强度与煤厚成反比、与岩煤强度比成正比。故在满足CO_(2)注入封存量前提的一定区域地层内,应选择顶底板岩层强度较高、煤层厚度较薄的区域地层封存CO_(2)安全性更高。该研究成果可为CO_(2)注入到深部不可采煤层进行地质封存的安全性提供一定的理论借鉴。

超临界CO_(2)作用下不同煤厚煤岩体破裂过程声发射特性研究

将CO_(2)注入到深部地层的不可采煤层中,是CO_(2)长期封存的有效手段。但高温高压下达到超临界状态的CO_(2)会大幅劣化煤体力学性能。为研究超临界CO_(2)作用前后煤厚对RCR(岩-煤-岩)组合体单轴压缩破裂过程声发射特性的影响,对煤岩组合体进行单轴压缩试验并进行声发射监测。研究结果表明:随煤厚的增加,组合体抗压强度、弹性模量、声发射峰值计数、能量及累积能量呈下降趋势,声发射累计计数呈上升趋势,能量积聚时间变久,破坏时发生的应变和所需时间不同程度增大;超临界CO_(2)浸泡后,不同煤厚组合体抗压强度、弹性模量、声发射峰值计数、累计计数、能量及累积能量降幅明显,破坏时发生的应变和所需时间不同程度减小;超临界CO_(2)作用后的组合体更易失稳,能量积聚时间变短。随着煤厚增加失稳趋势变大,但能量释放逐渐缓和。研究成果可为CO_(2)地质封存稳定性提供参考。