构造煤渗透率对红外辐射功率响应变化试验研究

张永利; 董毓斌; 涂钰滢; 刘婷; 马玉林

doi:10.13225/j.cnki.jccs.2021.1586

摘要：中国煤储层地质开采条件复杂,具有低压力、低渗透率、低饱和度以及含气量高等特点.众学者通过多种手段研究煤层气增产技术,实现了高速开采煤层气的目的,但由于对煤储层解吸渗流机理的不明确,未能实现大规模开采.通过温升实验,得到红外辐射下煤体温度变化规律,红外辐射功率越大,煤体升温速率越快,所能达到的温度也越高.分析得到煤体温度与红外辐射功率的关系式,该关系式为探究红外辐射下煤体的温升规律及后续的红外辐射下煤体的解吸-渗流实验提供参考.基于自主知识产权的红外辐射三轴加载实验系统开展煤体的解吸-渗流实验,该系统主要分为红外辐射子系统、三轴加载子系统、数据采集子系统.分别以轴压、围压、孔隙压力及红外辐射功率为变量对煤体的渗透率进行系统性研究,解决了红外场、应力场和渗流场不能同时加载的难题.该实验系统具有结构简单、安全性高、密封性好、压力范围大、数值稳定及参数可单独调控等特点.在现有研究基础上进行红外辐射作用下煤体渗流实验,定量分析煤体解吸渗流过程中的相关参数及演化规律.结果表明:在孔隙压力较低范围内,煤体渗透率随红外辐射功率整体呈上升趋势,渗透率最大增加45％.在相同孔隙压力条件下,低围压状态下煤体的渗透率普遍高于高围压状态下煤体的渗透率.推导得出煤体渗透率与红外辐射功率关系式,并对关系式中孔隙率相关参数k0及热膨胀相关参数b进行分析,在红外辐射影响下,孔隙率相关参数随围压的增加而下降,煤体热膨胀相关参数在孔隙压一定时,随围压的增加变化范围在0.004 5～0.003 0.对红外辐射作用下煤体渗透率损失率进行分析,低孔隙压力条件下,煤体渗透率损失率随红外辐射功率的增加整体呈减小趋势.考虑红外辐射功率敏感性,在孔隙压力一定的条件下,煤体红外辐射功率敏感系数与红外辐射功率呈正相关.在孔隙压力不同的条件下,煤体红外辐射功率敏感性存在差异,说明红外辐射功率敏感系数不仅与红外辐射功率有关,更是孔隙压力与围压共同作用的结果.通过对红外辐射作用下煤体渗透率影响因素的分析得到红外辐射功率与渗透率的关系式及影响参数.