液态CO_(2)-高温蒸汽循环冲击煤体三维CT裂隙重构及劣化机理

为解决液态CO_(2)冻结煤层孔隙冰融化时间冗长问题,提出液态CO_(2)-高温蒸汽冷热循环冲击煤层增透技术。本文借助三维CT扫描测试技术,分析冷热循环冲击过程无烟煤三维孔隙结构参数及劣化机理。研究结果表明:(1)液态CO_(2)-高温蒸汽冷热循环冲击煤体三维孔隙不断延伸,逐渐形成贯通裂隙,三维孔隙数量、表面积、体积及切片最大面孔率均与冷热循环冲击次数指数相关;(2)根据霍多特孔隙分类法,结合等效直径计算公式,发现冷热循环冲击前期渗流孔体积比例增加,三维孔隙劣化表现为裂隙贯通,冷热循环冲击后期吸附孔体积比例增加,三维孔隙劣化表现为煤体内部产生大量新生孔隙。进一步分析得:(1)液态CO_(2)-高温蒸汽冷热循环冲击煤体渗流孔半径分形维数增加,孔隙分形特征增强,表面粗糙度提高,热储集性能降低;(2)孔隙半径分型模型中lg r随冷热循环冲击次数增加而增加,表明孔径劣化扩张明显;(3)基于冷热循环冲击煤体孔隙力学损伤特征,归纳液态CO_(2)-高温蒸汽冷热循环冲击煤体三维孔隙损伤模型;(4)利用投影法得到切片损伤率,定义液态CO_(2)-高温蒸汽冷热循环冲击煤体三维孔隙损伤量。当冷热循环冲击12次时,三维孔隙损伤量为48.55。

液氮循环冻结煤体融化过程未冻水含量特征及其对孔隙的影响机制

孔隙未冻水含量和分布特征可以反映煤体融化程度,融化程度影响冰孔隙大小,直接决定孔隙渗透性,影响煤层气开采效率。研究冻结条件下煤体冰水相变过程特征,对精准评价煤层低温致裂效率具有重要意义。实验以冻结态饱水烟煤为研究对象,使用核磁共振技术研究煤样融化过程孔隙特征,综合测量T2曲线、累计孔隙度以及累计孔喉分布,定量分析煤样融化过程孔隙结构。实验结果表明,液氮循环冻结煤体融化过程中,首先融化出小孔结构,后融化出中大孔结构,且融化前期孔隙连通性较差。通过计算T2曲线面积,验证了融化过程未冻水含量与温度呈指数关系,并建立拟合函数。同时,根据煤样累计孔隙度与累计孔喉分布将融化过程划分为3个阶段,分别为加速融化阶段(-196~-30℃)、稳定融化阶段(-30~-5℃)以及快速融化阶段(-5~10℃)。热力学分析表明,低温下煤样未冻水含量同时受到孔隙压力与孔径分布影响,孔隙压力越大、小孔结构越丰富的煤样未冻水含量越多。总结了基于液氮循环冻融孔隙扩张收缩以及局部导热特性分析体系,涉及T2图谱分析、导热组分划分、融化速度计算等关键问题,进而分析液氮循环次数造成的煤样融化速度差异。计算结果表明,液氮循环冻结10次时煤样平均融化速度最快,小孔、中孔与大孔冰的最大融化速度分别为0.632%/℃、0.582%/℃和0.521%/℃。