低滲透性煤層氣解吸機理及增透效果試驗研究.pdf

1、我國煤層普遍具有低滲透性的特點，不利于煤層氣的開采。為了提高煤層的滲透性，一些新的增透措施正在被研究利用，比如氣爆增透技術(shù)、超聲激勵煤層增透技術(shù)，其中包括高壓電脈沖技術(shù)。該項技術(shù)起初是被應用于石油開采中，后被嫁接到煤層氣開采中，作為一種新的煤層增透技術(shù)，尚處于研究起步階段，因此存在許多問題尚需解決。本文綜合利用力學理論知識、試驗研究和有限元軟件模擬，對該項技術(shù)在鉆孔注水煤層中的增透效果進行分析研究，得出以下成果：
　　（1）理論分

2、析認為煤層中裂隙的密度、長度、寬度以及貫通程度越發(fā)育，煤層的滲透性就越高，就越易于煤層氣的解吸。根據(jù)巖石力學相關(guān)理論，推導出在試驗中，孔壁產(chǎn)生新裂隙的起裂壓力應不低于5.5MPa，理論計算結(jié)果與試驗結(jié)果相吻合。然后通過斷裂力學，對靜水壓和脈沖壓力作用下裂隙尖端應力強度因子的變化過程進行分析，了解了裂隙擴展的演化規(guī)律。
　?。?）根據(jù)以上理論分析在實驗室進行了鉆孔注水高壓電脈沖煤層增透試驗，模擬3MPa靜水壓以及3MPa靜水壓條件下

3、施加10kv高壓電脈沖后對煤樣的致裂效果。然后利用CT掃描儀對試驗試件進行掃描分析。由掃描結(jié)果可知：原煤樣致密、硬度高、無裂隙分布。3MPa靜水壓作用下，煤樣孔壁以及周邊沒有裂隙產(chǎn)生，而在3MPa靜水壓中施放10kv高壓電脈沖后，孔壁以及周邊的裂隙數(shù)目明顯增多，說明水中高壓電脈沖技術(shù)對煤樣能夠起到理想的增透效果。
　　（3）利用ABAQUS擴展有限元法，對鉆孔注水高壓電脈沖煤層增透試驗進行模擬，分析不同的靜水壓以及不同脈沖壓力作用

4、下，煤樣裂隙的擴展情況。模擬結(jié)果表明：當鉆孔內(nèi)靜水壓達到3MPa時，裂隙長度未發(fā)生變化，寬度有一定的變化。而當靜水壓達到7.541MPa時，裂隙開始延長。當在靜水壓中施加脈沖荷載后，裂隙的延伸長度相比靜水壓顯著增加，并且延伸長度隨著初始放電能量的增大而增大，說明高壓電脈沖對煤樣的致裂效果要優(yōu)于靜水壓致裂效果，且初始放電能量越高致裂效果越好。伴隨著靜水壓和脈沖壓力的作用，在裂隙尖端產(chǎn)生一定的拉應力，且拉應力值隨著孔內(nèi)壓力的增大而增大，這是