低阶煤层中CO渗透率特性规律研究
《2024年低渗透非线性渗流规律研究》范文
《低渗透非线性渗流规律研究》篇一一、引言在石油工程和地质学领域，低渗透非线性渗流规律的研究显得尤为重要。
低渗透性指的是地下岩石的孔隙度小、渗透率低，导致流体在岩石中的流动较为困难。
非线性渗流则是指流体在多孔介质中的流动规律不遵循线性流定律。
了解低渗透非线性渗流的规律对于优化油田开发方案、提高采收率等具有重要意义。
本文将通过研究相关理论和实验结果，对低渗透非线性渗流规律进行探讨和分析。
二、研究现状在低渗透非线性渗流的研究方面，国内外学者已经取得了一定的研究成果。
目前的研究主要关注于实验和数值模拟两个方面。
实验方面，通过设计和开展低渗透岩心的渗流实验，观察和记录流体在多孔介质中的流动情况。
数值模拟方面，利用计算机软件对低渗透非线性渗流进行模拟，以预测和解释实际油田开发过程中的相关问题。
然而，由于低渗透非线性渗流的复杂性，目前仍存在一些争议和挑战，如渗流机制、影响因素等。
三、低渗透非线性渗流规律研究方法针对低渗透非线性渗流规律的研究，本文采用以下方法：1. 理论分析：结合多孔介质理论、流体动力学原理等，对低渗透非线性渗流进行理论分析，探讨其基本原理和影响因素。
2. 实验研究：设计并开展低渗透岩心渗流实验，观察流体在多孔介质中的流动情况，记录相关数据。
3. 数值模拟：利用计算机软件对低渗透非线性渗流进行模拟，验证实验结果，预测实际油田开发过程中的相关问题。
四、实验与结果分析1. 实验过程（1）准备不同渗透率等级的低渗透岩心样本；（2）设置不同压力梯度条件下的实验环境；（3）进行渗流实验，观察并记录流体在多孔介质中的流动情况；（4）分析实验数据，探讨低渗透非线性渗流的规律。
2. 结果分析（1）通过实验发现，在低渗透条件下，流体在多孔介质中的流动表现出明显的非线性特征；（2）渗透率对低渗透非线性渗流具有重要影响，随着渗透率的降低，流体流动的非线性特征更为明显；（3）压力梯度对低渗透非线性渗流也有显著影响，随着压力梯度的增加，流体流动的规律性逐渐增强；（4）通过数值模拟验证了实验结果，进一步揭示了低渗透非线性渗流的规律。
煤层气储层渗透率影响因素研究
煤层气储层渗透率影响因素研究王臣君;杜敬国;梁英华【摘要】煤层气储层渗透率是煤层气开发生产的关键参数之一.在深入分析煤层气的解吸过程和煤储层孔隙特征的最新研究成果基础上,对与煤层气储层渗透率相关的主要影响因素进行了系统分析,发现:大量水排出后会形成大量与裂隙相连的孔隙,对煤层气的渗透率造成重要的影响;煤层的成熟度不仅对煤层气储层的孔隙结构造成影响,同时对孔隙表面的粗糙度也有一定的影响;克林伯格效应对煤层气储层的渗透率影响可以不在研究范围内;甲烷的溶解度随无机质离子的含量增大呈现一种先增大后减小的趋势.%The permeability of coalbed methane reservoirs is one of the key parameters of coalbed methane exploitation and production. Based on the deep analysis of the latest research results of the desorption process of coalbed methane and the pore characteristics of coal reservoirs, systematical analysis was made in this paper on the main influence factors related to the permeability of coalbed methane reservoirs, it was found that the discharge of a large amount of water would form a large number of pores connected with fractures, which would have an important influence on the permeability of coalbed methane;the maturity of coal seam not only affected the pore structure of coalbed methane reservoirs, but also the pore surface roughness; the influence of Klinkenberg effect on the permeability of coalbed methane reservoirs could be neglected; the solubility of methane showed a trend of first increase and then decrease with the increase of the inorganic ion content.【期刊名称】《矿业安全与环保》【年(卷),期】2017(044)006【总页数】6页(P83-87,91)【关键词】煤层气;储层;渗透率;复合解吸;溶解度【作者】王臣君;杜敬国;梁英华【作者单位】华北理工大学化学工程学院,河北唐山063009;唐山中浩化工有限公司,河北唐山063611;华北理工大学化学工程学院,河北唐山063009;华北理工大学化学工程学院,河北唐山063009【正文语种】中文【中图分类】TD712面对国家能源结构调整和社会对环境保护的需求，国家相关部门对煤层气提出了更大的指导规划和更积极的财政补贴政策，使得我国煤层气勘探开发又进入一次新的发展时期。
中国低煤阶煤层气地质特征研
中国低煤阶煤层⽓地质特征研中国低煤阶煤层⽓地质特征研究*王勃1李景明1张义２,１王红岩1刘洪林1李贵中 1（1.中国⽯油勘探开发研究院廊坊分院; 2.中国⽯油⼤学）摘要长期以来，国内学者把煤层⽓的理论研究和勘探开发重点都放在了中、⾼煤阶煤储层，以⾄于低估了低煤阶煤储层煤层⽓的成藏潜⼒和开发前景。
中国含煤盆地的地质构造背景要⽐美国复杂的多，煤层⽓的富集成藏有其⾃⾝的特点，⽽且多数煤⽥经历了不同期次、不同性质构造及其组合、应⼒－应变对煤储层的改造。
这些因素造成低煤阶煤层⽓储层厚度⼤、层数多、含⽓量低、渗透性较好、煤层⽓资源量和资源丰度⼤等特点，厚度⼤⽽分布⼴泛的煤层及巨⼤的煤炭资源弥补了含⽓量⼩的缺点。
如果构造、成煤环境及⽔⽂地质等主控因素能够有利匹配，有可能形成煤层⽓⾼产富集区，成为低煤阶煤层⽓勘探开发的⾸选⽬标区。
关键词煤层⽓低煤阶渗透性⽔⽂成藏过程特征The Characteristics of Low Rank Coalbed Methane ReservoirWang Bo1,Li Jingming1, Zhang Yi2,1,Wang Hongyan1, Liu Honglin1, Li Guizhong1（1. Langfang Branch, Research Institute of Petroleum Exploration and Development, CNPC;2. China University of Petroleum)Abstract: It is generally considered by domestic geologists that academic research and development should be focused on the mid to high rank coal seams, thus the reservoiring potential and exploitation prospect of low rank coal bed methane are underestimated. The geological structure backgrounds of coal-bearing basins in China are more complicated than those in USA, the enriching and reservoiring have their own characteristics as well. Many coal beds in different coalfields are reconstructed by multi-periods, alien structure, and that combination' stress –strain field. Such factors result in many unique features of low coal rank reservoirs in china, such as: big thickness, numerous seams, low gas content，preferable permeability, great resource*基⾦项⽬：国家重点基础研究发展规划（973）项⽬（2002CB211705）第⼀作者简介：王勃（1979-），男，陕西省西安市⼈，硕⼠，助⼯，主要从事煤层⽓地质及勘探开发研究。
煤渗透特性及其气体压力敏感性试验研究
煤渗透特性及其气体压力敏感性试验研究李波波;邵国君;杨康;袁梅【摘要】为探索煤中孔隙流体压力的变化导致渗透率的改变,引发煤渗透率压力敏感性现象,利用自主研发的出口端压力可调的三轴渗流装置,对贵州3个矿区的煤开展不同吸附性气体与不同气体压力下煤的敏感性试验研究.研究结果表明:在较低气压范围内(0~0.6 MPa),随气体压力的增加,煤渗透率下降明显,当气体压力继续上升煤的吸附作用逐渐趋于平衡,煤体骨架的吸附膨胀变形也越来越小,渗透率的下降速率逐渐减少并趋于平缓.在气体压力小于1.0 MPa时,煤渗透率损害率Dp变化较大,且随气体压力增加快速增大,表现出较强的压力敏感性.不同吸附性气体条件下,气体压力指数关系敏感系数Cp均随气体压力的增加而逐渐减小,煤渗透率对气体压力的敏感性降低.对于同一煤,在相同的条件下,CH4的气体压力乘幂关系敏感系数Sp 的值最小,煤对气压的敏感性越差.乘幂关系的气体压力敏感系数Sp与渗透率损害率Dp有很好的线性相关性.%In order to explore the gas pressure changes caused changes of permeability of coal,leading to the phenomenon of pressure ing the self-developed triaxial seepage equipment with an adjustable outlet pressure,the experimental study of permeability sensitivity of coal sample from 3 mines in Guizhou province under different gases and gas pressure was performed.The results are show that at the lower pressure range (0~0.6 MPa),the permeability decreases significantly when gas pressure increases,the adsorption of coal tends to balance and the rate of descent reduced and leveled off with the rising of gas pressure.When the gas pressure is less than 1.0 MPa,the damage rate of permeability Dp has a great change,and it increases rapidly showed asignificant sensitivity.Under the different gases condition,the sensitiveness coefficient of gas pressure Cp decreases when the gas pressure increases.The sensitiveness coefficient of gas pressure Sp is minimum when filling CH4 under the same condition.The sensitiveness coefficient of gas pressure has the power relationship Sp and damage rate of permeability Dp has a better linear correlation.【期刊名称】《中国矿业》【年(卷),期】2017(026)006【总页数】7页(P142-148)【关键词】煤;有效应力;气体压力;渗透率;敏感系数【作者】李波波;邵国君;杨康;袁梅【作者单位】贵州大学矿业学院,贵州贵阳 550025;贵州大学喀斯特山区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室,贵州贵阳 550025;贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室,贵州贵阳 550025;国家电力投资集团公司贵州遵义产业发展有限公司,贵州遵义 563000;贵州大学矿业学院,贵州贵阳 550025;贵州大学矿业学院,贵州贵阳 550025;贵州大学喀斯特山区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室,贵州贵阳 550025;贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室,贵州贵阳 550025【正文语种】中文【中图分类】TD713煤层气开发及煤层瓦斯抽采等多种矿物气体的开采对人类生存和安全越来越重要，而气体在煤体孔隙和裂隙中的渗透系数则是工程设计与运行的重要参数。
煤层气渗透率模型
煤层气渗透率模型煤层气渗透率模型是研究煤层气透过煤层介质的能力的一种模型。
煤层气渗透率是指煤层内气体在压力梯度下通过煤层介质的能力。
煤层气渗透率模型的建立对于煤层气资源的开发和利用至关重要。
煤层气渗透率受多种因素的影响，主要包括煤层孔隙度、渗透系数、温度和压力等。
其中，煤层孔隙度是指煤层内部的孔隙空间所占的比例，是影响煤层气渗透率的重要因素之一。
一般来说，煤层孔隙度越大，煤层气渗透率越高。
煤层渗透系数是指煤层内气体通过孔隙和裂缝的能力，与煤层的渗透性密切相关。
温度和压力对煤层气渗透率的影响主要体现在气体分子的运动速率和气体的密度上。
一般来说，温度越高、压力越低，煤层气渗透率越高。
煤层气渗透率模型的建立需要考虑以上因素，并进行相应的参数拟合和模拟计算。
常用的煤层气渗透率模型包括经验模型和物理模型。
经验模型是根据实验数据和实际生产经验总结而来的经验公式，可以快速估算煤层气渗透率。
物理模型则是通过对煤层介质的物理特性和气体流动机制进行建模，通过数值模拟等方法计算煤层气渗透率。
物理模型相对于经验模型更加准确，但计算复杂度更高。
煤层气渗透率模型的建立可以为煤层气资源的勘探和开发提供重要的理论依据。
通过模型的预测和分析，可以评估煤层气资源的丰度和可采性，指导钻井和开采方案的设计，提高煤层气的开采效率和经济效益。
同时，煤层气渗透率模型的建立也可以为煤层气的地质储层评价和资源量评估提供参考依据。
然而，煤层气渗透率模型的建立仍然存在一些挑战和难题。
首先，煤层气渗透率受多种因素的影响，不同煤层之间存在较大的差异，模型的适用性有限。
其次，煤层气渗透率模型的建立需要大量的实验数据和采集到的地质参数，而这些数据的获取成本较高。
此外，煤层气渗透率模型的建立还需要考虑气体在煤层内的吸附和解吸等复杂物理过程，增加了模型的复杂度和计算难度。
煤层气渗透率模型的建立对于煤层气资源的开发和利用具有重要意义。
通过建立准确、可靠的模型，可以更好地评估煤层气资源的潜力和可采性，指导煤层气的开采和利用。
煤层气渗透率模型
煤层气渗透率模型煤层气是一种重要的可再生能源资源，其开发和利用对于能源结构调整和环境保护具有重要意义。
煤层气渗透率是煤层气开发利用中的关键参数，对于评价煤层气资源储量和产能具有重要影响。
煤层气渗透率是指煤层中煤层气的运移能力，是煤层气在煤层中传递的主要方式之一。
煤层气渗透率的大小直接影响煤层气的开采效果和产能。
渗透率的高低取决于煤层孔隙结构、煤层压力、煤层气的物理性质等因素。
在研究煤层气渗透率模型时，需要考虑煤层孔隙结构、煤层压力和气体物理性质等多个因素。
煤层孔隙结构是指煤层中的孔隙空间分布状况，包括孔隙的连通性、孔隙的尺寸和形态等。
煤层压力是指煤层内部的压力状态，是研究煤层气渗透性的重要因素之一。
气体物理性质包括气体分子量、气体粘度和气体温度等，这些因素直接影响气体在煤层中的运移能力。
研究煤层气渗透率模型的目的是为了预测煤层气的渗透率，并提供科学依据来指导煤层气的开发和利用。
目前，煤层气渗透率模型主要包括经验模型和数值模型两种。
经验模型是基于实际开采经验和试验数据建立的模型，通过对煤层气的开采数据进行统计分析，得出与渗透率相关的参数和关系式。
经验模型的优点是简单直观，但受限于试验数据的局限性，其预测结果可能存在一定的误差。
数值模型是利用计算机模拟方法建立的模型，能够更全面地考虑煤层气渗透率的影响因素。
数值模型可以通过建立煤层气的渗流方程和边界条件，模拟煤层气在煤层中的运移过程，并得出渗透率的计算结果。
数值模型的优点是能够考虑较多的影响因素，并且可以进行参数敏感性分析，得出更准确的结果。
煤层气渗透率模型的研究对于煤层气开发和利用具有重要意义。
通过建立准确的渗透率模型，可以更好地评价煤层气资源的储量和产能，为煤层气的开发提供科学依据。
此外，渗透率模型的研究还可以帮助优化煤层气的开采方案，提高开采效果和经济效益。
煤层气渗透率是煤层气开发利用中的重要参数，其大小直接影响煤层气的开采效果和产能。
研究煤层气渗透率模型是为了预测煤层气的渗透率，并为煤层气的开发和利用提供科学依据。
煤层气渗流规律及其实验方法研究
煤层气渗流规律及其实验方法研究一、引言渗流力学是研究多孔介质内流体流动规律及其应用的科学。
自1856年Darcy 提出线性渗流定律以来，渗流力学就一直在不断地发展，并逐渐与其他学科交叉，在能源、资源的开发与利用以及工程建设中得到了非常广泛的应用。
渗流力学最先应用在水利工程和地下水资源开发等领域；随后又成为石油和天然气工业的一项基础理论。
随着煤层气这一新型清洁能源的重视与开发，渗流理论又应用在煤层气的开发与利用中。
煤层气渗流力学是研究煤层内瓦斯压力分布及其流动变化规律的理论，是由渗流力学、煤地质学、固体力学及采矿学等学科互相交叉渗透发展形成的。
自煤层气渗流力学创立至今深受有关研究人员的关注，尤其自20世纪80年代以来发展更为迅速，表现在：应用范围更广；基本理论不断深化；研究手段及方法不断现代化。
二、煤层气渗流规律研究内容及现状煤层气的渗流理论可分为线性渗流理论，非线性渗流理论，地球物理场效应的渗流理论和多煤层瓦斯越流理论，下面依次对其研究内容及现状做一简要介绍。
（一）线性渗流理论1、线性渗透理论为了适应采矿采煤业的大力发展，控制瓦斯技术已成为当时研究的关键技术之一，早在20世纪40年代末，前苏联学者就已经建立起考虑吸附煤层瓦斯作用的瓦斯控制方程[式(1) ]。
在我国，周世宁院士等[1]首先进行了将达西定律应用于煤层瓦斯流动理论的开拓性研究，认为煤层瓦斯的流动基本符合线性渗流规律，其观点对煤层瓦斯渗流的应用和瓦斯动力学研究具有相当重要的指导意义。
v k p nμ∂=-∂ （1） 式中：v 为流速；k 为煤层的渗透率；μ为瓦斯黏度系数；p 为瓦斯压力；p n ∂∂为瓦斯压力在流动方向上的偏导数。
此外还导出了瓦斯流量方程[式(2) ]：p q nλ∂=-∂ （2） 式中，q 为瓦斯流量；λ为煤层透气系数。
20世纪80年代，多位研究者在修正和完善数学模型、流动方程方而开展了相应的工作。
由于大多数井下瓦斯流动都可简化为一维的平行流动和径向流动的有限流场、无限流场或其组合，为此，郭勇义等[2]针对一维流动，结合相似理论提出了修正的流动方程。
排采过程中煤储层渗透率动态变化规律研究
排采过程中煤储层渗透率动态变化规律研究作者：王小东来源：《中国化工贸易·上旬刊》2017年第06期摘要：排采过程中煤储层渗透率变化规律研究一直是煤层气开发的重点。
本文综合考虑了储层压力变化即有效应力变化引起煤储层裂缝宽度变化和因煤储层压力变化引起气体解吸而导致煤储层基质收缩效应进而导致裂缝宽度变化两个因素对储层渗透率的影响，研究了排采过程中煤储层渗透率的动态变化规律，对于制定合理的煤层气开发方案具有非常重要的意义。
关键词：煤层气；排采；渗透率；动态变化；模型引言煤层气井排采生产过程中，渗透率并不是恒定不变的，而是随着排采过程表现出不断动态变化的趋势。
排采过程中，煤储层所有净应力作用不断变化，且煤储层基质具有一定的收缩效应。
排采过程中，当净应力增大时，煤层中的微裂缝及裂缝被压缩，且煤岩骨架被压缩，煤孔隙变小，导致渗透率降低；此外，煤基质吸附水、气时会膨胀，而解吸后会收缩，当煤层压力低于解吸压力时，煤层气开始解吸，随解析量的逐渐增大，煤基质开始出现收缩，在上覆岩石作用下，煤基质收缩不能引起整体水平应变，只能沿着裂缝发生局部的侧向应变，而导致煤层中的微裂缝以及裂缝宽度增大，进一步导致煤层渗透率增大。
在两个因素的综合作用下，煤储层渗透率表现为不断动态变化，研究排采过程中煤储层渗透率的变化规律，对于制定合理的开发方案具有非常重要的指导意义。
1 产水阶段煤储层渗透率变换规律产水阶段，煤储层压力一般大于临界解吸压力，气井处于疏水降压过程，这一过程中可能会产出少量气体，气体主要来自储层裂缝中的游离气、井筒附近的储层解吸出的气体或者随压力降低而从水中分离出的溶解气。
该阶段中，煤基质中的吸附气基本不会解吸，煤体基本不受煤基质收缩效应的影响。
当煤储层压力降低即有效应力增大时，煤层孔隙度降低，煤层渗透率也降低，且煤层压力下降越快，煤层孔隙度降低幅度越大，渗透率降低幅度也越大。
2 产气阶段煤储层渗透率变化规律随着产水过程的进行，煤储层的压力逐渐降低，当压力低于煤层气解吸压力时，逐渐有气体解吸并产出，煤层气井开始进入产气阶段。
我国低煤阶煤煤层气地质研究综述
我国低煤阶煤煤层气地质研究综述作者：郭晓策来源：《环球市场》2017年第23期摘要：低阶煤是煤化作用早期阶段形成的产物，通常指煤岩镜质组反射率小于0.65%的煤，主要包括褐煤和长焰煤。
我国以低煤阶煤为主的沉积盆地分布广泛，主要分布在西部地区的早中侏罗世含煤盆地，如准噶尔盆地、吐哈盆地等。
对低煤阶煤层气藏的成因类型和成藏模式进行研究，这将为解决我国低煤阶煤层气开发的瓶颈问题提供一定的理论依据。
基于此，文章就我国低煤阶煤煤层气地质进行研究分析。
关键词：低煤阶；煤层气；地质1.低阶煤产气机理理论上，一个区块只要具有一定煤层厚度和煤层气含量条件，即有可能采取一定措施从地面采出煤层气。
对于低阶煤，由于煤层气含量低，首要问题是气体在储层压力降低时，能否还有气体解吸脱离出煤基质。
即只有在低阶煤的解吸气体能力足够大时，才仍可能有部分气体从低含气量煤层中解吸出来。
煤层气吸附属于物理吸附，固体对气体的物理吸附中，吸附一解吸过程可逆，吸附能力强，则解吸能力弱。
2.低阶煤储层特性分析2.1孔裂隙特征低阶煤基质孔隙度较大，以原生生物孔隙为主，孔隙度变化范围较大，褐煤孔隙度为5.31%～31.91%，平均为14.76%；长焰煤孔隙度为0.79%-27.46%，平均为8.41%。
在R0，max0，增大先减小后增大，当R0，max为0.50%左右时，孔隙率最小，原因为R0，max0，max>0.5%时，max成岩作用结束生烃作用开始，煤中易挥发物质热解，在煤中不断产生气孔，加之煤化作用，早期沥青产生的量较少，孔隙被沥青堵塞的并不明显，因此导致孔隙率后段增大。
除煤变质程度外，煤岩组分对低阶煤孔隙度也有微弱影响。
2.2流动特征在总结前人研究成果基础上，发现低阶煤的吸附、解吸、扩散、渗流特性主要表现在以下方面：1）吸附时间短且集中，无论何种气体（CO2、CH4、N2），低阶煤吸附平衡时间最短，其原因为低阶煤中吸附孔含量较小，且分子的芳构化程度低，煤固体表面对气体分子的吸附能力相对较低，导致低阶煤的吸附气含量少，吸附时间短。
《2024年低渗透非线性渗流规律研究》范文
《低渗透非线性渗流规律研究》篇一一、引言随着能源需求持续增长，低渗透储层因其巨大的开发潜力逐渐成为油气开采的重要领域。
低渗透非线性渗流规律研究是当前石油工程领域的重要课题，对提高采收率、优化开发策略具有重大意义。
本文旨在深入探讨低渗透非线性渗流的基本原理、影响因素及研究方法，以期为相关领域的研究和实践提供理论支持。
二、低渗透非线性渗流基本原理低渗透非线性渗流是指低渗透储层中流体在多孔介质中的流动过程，其流动规律与常规线性渗流存在显著差异。
低渗透储层具有孔隙度小、渗透率低、非均质性强等特点，导致流体在其中的流动表现出明显的非线性特征。
这种非线性渗流规律主要受储层物理性质、流体性质及外部条件等因素的影响。
三、影响低渗透非线性渗流的主要因素1. 储层物理性质：储层的孔隙度、渗透率、孔喉比等物理性质对非线性渗流具有重要影响。
其中，孔隙度和渗透率是决定流体流动能力的主要因素，孔喉比则影响流体的传输效率。
2. 流体性质：流体的粘度、密度、表面张力等性质也会对非线性渗流产生影响。
粘度较大的流体在低渗透储层中流动时，更容易表现出非线性特征。
3. 外部条件：温度、压力等外部条件的变化也会对非线性渗流产生影响。
例如，温度升高可能导致流体粘度降低，从而改变渗流规律。
四、低渗透非线性渗流规律研究方法1. 实验研究：通过室内实验，模拟低渗透储层中的流体流动过程，观察并记录非线性渗流现象，分析影响因素及作用机制。
2. 数值模拟：利用数值模拟软件，建立低渗透储层的地质模型和流体流动模型，通过计算分析非线性渗流规律及影响因素。
3. 理论分析：结合储层物理性质、流体性质及外部条件等因素，建立非线性渗流的数学模型和物理模型，进行理论分析和预测。
五、研究现状及展望目前，低渗透非线性渗流规律研究已取得一定成果，但仍存在诸多挑战和问题。
未来研究方向包括：深入探讨低渗透储层的物理性质和流体性质对非线性渗流的影响机制；优化实验和数值模拟方法，提高研究精度和可靠性；开发适用于低渗透储层的开采技术和策略，提高采收率等。
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第５０卷第１期 煤炭工程 ＣＯＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏ１．５０，Ｎｏ．１
ｄｏｉ：１０．１１７９９／ｃｅ２０１８０１０３５ 低阶煤层中ＣＯ渗透率特性规律研究
王月红 ，关雅洁 ，张九零 ，林建广 （１．华北理工大学矿业工程学院，河北唐山０６３００９； ２．河北省矿山开发与安全技术重点实验室，河北唐山０６３００９； ３．河北钢铁集团矿业有限公司，河北唐山０６３０００）
摘要：基于林南仓矿ＣＯ超标对井下自然发火预报体系造成威胁，提出了从煤的微观结构 和外界环境条件两大方面对ＣＯ渗流规律进行研究。结果表明：低变质程度煤在不同外界条件下 煤层中ＣＯ的渗透率远远小于瓦斯的渗透率，但二者随气体压力变化趋势大体一致，并且都对温 度较敏感；当外界围压较小时，随着温度的升高ＣＯ渗透率下降，并随着围压的升高，ＣＯ渗透 率影响逐渐减弱。当围压大于３．０ＭＰａ时，低阶煤中孔隙受到严重破坏，大孔结构消失，ＣＯ渗 透率停止减小，几乎不受外界条件变化的影响，最后由主成份分析法和ＳＰＳＳ软件对煤层中ＣＯ 渗透率影响因素进行权重分析，得到２个主要影响因素，分别为孔隙率和围压。 关键词：低阶煤；渗透率；围压；孔隙率；权重分析 中图分类号：ＴＤ７５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—０９５９（２０１８）０１－０１２８－０５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＣＯ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｌｏｗ ｒａｎｋ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ＷＡＮＧ Ｙｕｅ—ｈｏｎｇ ，ＧＵＡＮ Ｙａ—ｊｉｅ ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉｕ—ｌｉｎｇ ，ＬＩＮ Ｊｉａｎ—ｇｕａｎｇ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆｍｉｎｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏａｈ ｃｈｉｎａ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｎｇｓｈａｎ ０６３００９，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｋｅｙ ｌ ｂｏＴａｔ０ｒｙ ｏｆ ｍｉｎｅｒａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｎｇｓｈａｎ ０６３００９，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｈｅｂｅｉ Ｉｒｏｎ，Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔａｎｇｓｈａｎ ０６３０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆａｃｔ ｔｈａｔ ＣＯ ｏｖｅｒ—ｒｕｎ ｉｎ Ｌｉｎｎａｎｃａｎｇ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ ｐｏｓｅｓ ａ ｔｈｒｅａｔ ｔｏ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｎａｔｕｒａｌ ｆｉｒｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｅ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ＣＯ ｓｅｅｐａｇｅ ｌａｗ ｆｒｏｍ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｏａ１．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＣＯ ｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃ ｄｅｇｒｅｅ ｉｓ ｆａｒ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｇａｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｂｕｔ ｂｏｔｈ ｏｆ ｔｈｅｍ ａｒｅ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｇａｓ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ａｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｓ ｓｍａｌｌ，ｔｈｅ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＣＯ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ＣＯ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｗｅａｋｅｎｓ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｓ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ３．０ＭＰａ，ｔｈｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｏｆ ｌｏｗ—ｒａｎｋ ｃｏａｌ ｉｓ ｓｅｖｅｒｅｌｙ ｄａｍａｇｅｄ，ｔｈｅ ｍａｃｒｏ—ｐｏｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉｓａｐｐｅａｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＣＯ ｃｅａｓｅｓ ｔｏ ｄｅｃｒｅａｓｅ，ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｈａｒｄｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＣＯ ｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ＳＰＳＳ ｓｏｆｔｗａｒｅ， ｏｂｔａｉｎｉｎｇ ｔｗｏ ｍａｉｎ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ，ｐｏｒｏｓｉｔｙ ａｎｄ ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｗ ｒａｎｋ ｃｏａｌ；ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ；ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｐｏｒｏｓｉｔｙ；ｗｅｉｇｈｔ ａｎａｌｙｓｉｓ
林南仓井田位于蓟玉煤田东北部，井田东西长约 ７．５ｋｍ，南北宽３．５ｋｍ，面积约２２ｋｍ ，构造形态为西高东 低向东南倾伏的向斜盆地。含开采煤层６层，主要分布在 下部上石炭统赵各庄组和上部二叠系的大苗组中，煤层的 变质程度相对较低…。近年来，林南仓矿频繁出现ＣＯ气 体超标现象，浓度高达３００ｐｐｍ，而在揭煤初期ＣＯ检测竞 发现浓度高达１０００ｐｐｍ，严重的妨碍了矿井正常的安全生 产，而ＣＯ作为监测煤炭早期自然发火的标志性气体，已
收稿日期：２０１７—０３—１５ 基金项目：国家自然科学基金项目（５１５０４０７７，５１４０４０８６）；河北省自然科学基金资助项目（Ｅ２０１６２０９０５６）；河北省科 技计划项目（１５２７４１１２） 作者简介：王月红（１９８Ｏ一），女，河北保定人，博士，副教授，主要从事矿山安全方面的研究，Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｙｕｅｈｏｎｇｌ２０１＠ １６３．ｅｏｍｏ 引用格式：王月红，关雅洁，张九零，等．低阶煤层中ＣＯ渗透率特性规律研究［Ｊ］．煤炭工程，２０１８，５０（１）：１２８— １３１，１３６． １２８ ２０１ ８年第ｌ期 煤炭 工 程 得到大多数人的认ｉ，Ｊ 为此，研究低阶煤ＣＯ渗透率的各类 影响 素刈’矿＂的安伞生广： 有 要意义；通过研究煤的 微观孑Ｌ隙结ｆ｛１Ｊ、煤 ÷结构以及煤质组分，同【『Ｉｆ结合煤层储 仔ｆＪ＇，ＪｚｓＦ ５条件（刁 Ｉ州温度、』１ｉ力）水分析 对低阶煤巾ＣＯ 渗流的影响规律从 时林ｌ打仓煤矿ＣＯ气体超标防治起到 要作川，也为煤矿火灾的侦防奠定ｒ基础 、
ｌ低阶煤的基本性质 ＿Ｊ＝！ｌｆ足ｆｉｌ＇ｍ＇ＪＪｎ ＪＪＤ｛￣，１链的火芳环 删环所纠ｉ成的，ｍ煤的
物理常数、 素分析、ｒ 分析等实验数据ｉｌ‘算煤人分子 基本结构单元的参数 似没伞部侗环芳碳郜转变为残炭， 再通过埘煤的芳碳半 、环缩合度指数“ 的计算，得到煤 的１ 业分析和元素分析的数据，见表１，ｌｌ『综合挥发分等各 类数据衡量｝“煤的变质程度 。 由表１可得，实验煤样的挥发分 量越岛，煤的变质 程度越低．属于低变质程度气煤，与事实十Ｈ符合，测试数 据准确可靠。其中３ 、４ 煤样变质程度最低，芳碳半（／ ） 较高，环缩合度指数（“，）较低，橄易Ｆｉ燃，煤 惰质绀占 表１ 煤的工业分析和元素分析数据
丰导，氧元素含节高， 中 氧 自 能团 闩由基的仔 对 煤层 ＣＯ的峨仔干¨煤 的ｎ燃有促进作门１ ，而／ｆ 利 于煤层ｒｆ ＣＯ气体的解暇秆Ｉ运移，又巾丁ＣＨ 分子属丁对称 ＫＩ：分子结十勾， ＿ｆ｛ 的存 埘 斯气体影响不夫，这和后 ｃ（）渗透卒叫 小ｒ 瓦斯渗透牢的 沦４；Ｉｉ一致 ２低阶煤的微观孔隙结构 众所固 ，煤足大分子、非均匀多孔介质，多孑Ｌ介 顷ｌｆ１流仆的渗流参数与介质的绱构干¨流体的性质仃直接 天系 Ｊ －孔隙形状、｝¨】折性、连通性等都会对渗透率 造成一定的影响。Ｉ太Ｊ此通过 汞实验得＃－ｉＪ煤样的孔径分 布，见表２。 由表２可 ，低阶煤中孔隙丰要以大孔、【Ｉ１孔＿ｆ１ｌ过渡 孑Ｌ为主，变质程度越低大孔含量越高，孔隙率越大，Ｉｈ¨Ｅ 表 越小，其中３ 煤样大孔含量高达４８．９２ｃ／￣，以Ｊ 孑Ｌ、气孑Ｌ和矿物质孔为丰，绝大多数以开放孔和、 封闭孔 为主，有利ｊ：煤层气的渗流和运移 南丁低阶煤孔隙较人， 活性＿荩团和自由摹含量较高，分子结构活跃，煤的微观孑Ｌ 隙结构随着温度的变化产生臣人的差异，闲此对３ 煤样进 行＿ｒ不同温度下的微观孔隙研究，扫捕电镜如 １所示 表２煤样的孔隙结构
（ａ）３０℃ （ａ）５０℃ 图１ ３ 煤样的孔隙结构（放大２０００倍）
从『矧ｌ【 州以行…．当煤样放火刮２０００倍时，该样品 煤断面成片状，仔 符人小不一的裂隙，煤体较松软，部分 地 有破昨媒体向较密实部分充填的现象，煤层揭露后，顶 板的孔隙和裂隙会将水大部分疏十，停留丁煤孑Ｌ隙中的惰性 气体就会傲驱赶出米，增『Ｊ』Ｉ了煤与夺气的接触而积，由此增 大了煤层的渗透性随着温度的Ｓｔ‘高，原煤样会发生非常复 杂的物珲化学变化，在此期『ＨＪ，煤的表ｒ￣ｉ－ｆＬ隙２｜Ｌ卡勾邯会发 剧烈的变化，煤体表而开始变ｉ导粗糙 这是｝丰【ｆ煤体受热时， 表面水分析ｌ叶Ｉ，导致煤体颗粒表而－ｆＵＲ的数量千ｕ体积＿Ｊ十始增 加，而挥发分的逸 ，也产生了许多附加的孔隙与表面积。一 些煤体内部原本封『刑的孔被打开，变为有效７Ｌ￣ｌＪ达糊粒的外表 而，一些已升口的孔则被扩大，孑Ｌ隙本身成为了钣 Ｉｊ各种燃烧 产物的运输通道，这使得煤体表面孑Ｌ洞会不断增长，外表 变 得粗糙，而且不同种煤样的孔隙结构变化也有ｆｆ｛大筹异 ３低阶煤ＣＯ渗透率研究 为了真实测定ＣＯ气体任原煤中的渗流情况，防止煤的 构造强度遭到破坏，实验直接选用原煤进行渗流测定，原 煤煤样长度为０．０５０８２ｍ，横截面面积为０．００１ ８１Ｉｌｌ ，固定 参数气体粘度 ＝１ １．０６７ Ｘ １０ ＭＰａ－ｓ，温度控制为２５￣Ｃ条
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