中低压力N2/CO2驱替煤层CH4非线性渗流特征研究
樊世星1
宋金锁1
程小蛟2
米万升1
李日军1
时玉坤1
乔季洁1
1.西安科技大学 安全科学与工程学院,陕西 西安 7100542.西安科技大学 地质与环境学院,陕西 西安 710054
摘要：我国煤层地质构造复杂、变质程度高、渗透性低,原始煤层瓦斯抽采困难.注气驱替强化瓦斯抽采技术作为提高瓦斯抽采效率的有效方法,驱替过程为典型的多种气体渗流过程.为揭示单组分CH4、N2、CO2、He(对照组)气体非线性渗流机制,以单组分CH4、N2、CO2、He气体在煤体中传质过程为研究对象,引入气体分子平均有效直径、动力黏度系数、雷诺数等重要参数,从多角度分析不同压力作用下单组分气体运移特征,探讨孔隙气体吸附和空间分布规律,并结合气体物理特性参数,构建压力梯度与出口流量的数学表征关系.结果表明:单组分CH4、N2、CO2、He气体在低压力梯度阶段呈现非线性渗流特征,随着压力增加,逐渐趋向于线性渗流特征;气体可压缩性越强,启动压力梯度越高;出口流量随注入压力变化可分为非线性和线性 2 个阶段,二者临界压力点基本位于 3.25～3.50 MPa附近;与孔隙介质间相互作用较弱且具有相对稳定的流态特性的气体具有更低的启动压力梯度;煤基质对于气体分子的吸附性越强,形成的吸附层越密集,气体分子受到的黏滞阻力越大,致使压力梯度与流量曲线非线性偏离度高.
关键词：注气开采非线性渗流驱替置换吸附性注气驱替
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(521042211002163)陕西省技术创新引导专项基金资助项目(2024ZC-YYDP-03)国家资助博士后研究人员计划资助项目(GZC20232134)
论文发表日期：2025-04-20
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 9-18 )
英文信息