液态CO2相变驱替煤层CH4钻孔压力脉动形成机制
米万升
文虎
樊世星
程小蛟
李日军
柳博聪
金霏阳
西安科技大学安全科学与工程学院,陕西 西安 710054
摘要：煤层钻孔压注液态CO2 是提高CH4 抽采效果的有效措施,以井下实际压注过程为原型建立顺层钻孔压注液态CO2 相变驱替煤层CH4 物理模型,在分析钻孔压力组成,结合理想气体状态方程、热量计算公式、傅里叶导热定律等传热学基本理论的基础上,阐述了钻孔压力脉动形成的本质原因和影响因素,并给出了数学表达式;由此可知恒压注入时,钻孔压力变化取决于液态CO2 相变压力,而液态CO2 相变压力受压注过程有效导热系数和孔内实时温度共同调控,为此,基于径向热流法原理开展了等高不等直径煤样液态CO2 压注过程有效导热系数随煤样表面温度变化规律测定试验,据此得出压注过程中钻孔内液态CO2 相变压力的理论预期值,最终给出液态CO2 相变驱替煤层CH4 过程中钻孔压力脉动变化的数学表达.研究结果表明:试验过程中不同直径煤样压注孔承受的液态CO2 最大注入压力为 2.0 MPa;红外热成像与温度传感器测得的煤样表面温变规律趋势基本一致,而有效导热系数随煤样半径、煤样表面温度降低值随煤样半径均表现为开口向下的指数函数变化形式,由此得出有效导热系数与煤样表面温度降低值之间呈现单调递增的函数变化形式,最终结合液态CO2 相变压力与有效导热系数的量化表征关系得到钻孔内液态CO2 相变压力以及钻孔压力脉动变化实时值的数学表达式,揭示了液态CO2 相变驱替煤层CH4 过程中钻孔压力脉动变化的形成机制.
关键词：液态CO2液气相变驱替煤层CH4钻孔压力脉动机制
分类号：TD713(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52274227)中国博士后科学基金资助项目(GZC20232134)陕西省科技厅三项改革——以演代评资助项目(2024ZC-YYDP-03)
论文发表日期：2025-08-31
在线出版日期：2025-09-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 281-291 )
英文信息