清潔壓裂液強(qiáng)化煤層瓦斯解吸滲流特性研究.pdf

1、我國煤層氣（煤礦瓦斯）地質(zhì)資源量豐富，高效抽采煤層氣是能源發(fā)展戰(zhàn)略和煤炭安全生產(chǎn)的重大需求，但大部分煤層氣資源賦存條件復(fù)雜，透氣性低，抽采難度大。近年來，水力壓裂技術(shù)被廣泛應(yīng)用于煤礦井下，取得了一定的煤層增透效果。目前煤礦井下水力壓裂主要以低粘度的清水為壓裂液，壓裂過程中濾失量大導(dǎo)致壓裂效率低，同時(shí)大量清水進(jìn)入煤層孔隙和裂隙，容易產(chǎn)生水鎖效應(yīng)，抑制瓦斯解吸滲流，限制煤層氣抽采效率。因此，研制一種強(qiáng)化瓦斯解吸滲流的新型壓裂液對(duì)于提高低透煤

2、層井下增透抽采效果具有重要意義。
　　本論文基于煤層瓦斯賦存特征及煤礦井下水力壓裂工藝特點(diǎn)，采用理論分析、實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場試驗(yàn)相結(jié)合的方法，開展不同配比壓裂液流變性及其對(duì)煤樣物理化學(xué)性質(zhì)影響測試，優(yōu)選新型高效壓裂液，通過解吸滲流實(shí)驗(yàn)，分析壓裂液對(duì)煤體解吸滲流特性的影響機(jī)理，并進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用。主要研究結(jié)論如下：
　?、佾@得了不同配比清潔壓裂液流變特性及其對(duì)煤樣潤濕、組分、孔隙和官能團(tuán)影響規(guī)律，研制出適用于低透煤層的清潔壓裂液配方。根

3、據(jù)煤層瓦斯賦存特征及煤礦井下水力壓裂工藝特點(diǎn)，確定了煤礦井下壓裂液粘度、流變性、粘彈性以及對(duì)煤體作用要求；優(yōu)選出清潔壓裂液最佳配比為0.8％CTAC+0.2%Nasal+1%KCl，增加了煤樣表面潤濕性和煤體強(qiáng)度，降低粘土礦物含量，提高了煤樣孔隙度。
　?、跇?gòu)建了固-氣-液三相作用瓦斯吸附模型，揭示了清潔壓裂液對(duì)煤層瓦斯吸附解吸性能影響機(jī)理。運(yùn)用表面物理化學(xué)理論，對(duì)比了水與清潔壓裂液在煤樣表面分子間力、靜電力、結(jié)構(gòu)力大小，表明清潔

4、壓裂液具有更強(qiáng)的表面吸附能力；基于氣-固界面Langmuir吸附和氣-液界面Gibbs吸附理論，建立了固-氣-液三相作用瓦斯吸附模型；結(jié)合壓裂液作用下瓦斯吸附解吸實(shí)驗(yàn)，揭示了清潔壓裂液對(duì)煤層瓦斯吸附解吸性能影響機(jī)理：清潔壓裂液通過降低溶液接觸角與表面張力，提高了煤樣表面競爭吸附能力，同時(shí)清潔壓裂液增大毛細(xì)管力，有利于進(jìn)入微孔內(nèi)部驅(qū)替吸附瓦斯，在表面競爭-孔內(nèi)驅(qū)替雙重作用下，清潔壓裂液降低了煤樣瓦斯吸附位置，促進(jìn)了煤層氣解吸。
　　

5、③建立了清潔壓裂液作用下孔隙瓦斯?jié)B流模型，揭示了清潔壓裂液對(duì)煤層瓦斯?jié)B流特性影響規(guī)律?；诙嗫捉橘|(zhì)流體動(dòng)力學(xué)方法，通過分析氣液兩相滲流過程中壓裂液的吸附形態(tài)，建立了壓裂液作用下孔隙瓦斯?jié)B流模型，并通過壓裂液作用下煤樣瓦斯?jié)B透率實(shí)驗(yàn)，揭示了清潔壓裂液對(duì)煤層瓦斯?jié)B流特性影響規(guī)律。結(jié)果表明：清潔壓裂液能夠降低表面張力，增大煤體大孔孔隙體積，促進(jìn)了瓦斯流動(dòng)；隨有效應(yīng)力增加，含飽和壓裂液煤樣滲透率呈指數(shù)形式降低，清潔壓裂液有效增加了煤樣滲透率，降