清潔壓裂液強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)略和煤炭安全生產的重大需求，但大部分煤層氣資源賦存條件復雜，透氣性低，抽采難度大。近年來，水力壓裂技術被廣泛應用于煤礦井下，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致壓裂效率低，同時大量清水進入煤層孔隙和裂隙，容易產生水鎖效應，抑制瓦斯解吸滲流，限制煤層氣抽采效率。因此，研制一種強化瓦斯解吸滲流的新型壓裂液對于提高低透煤

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，采用理論分析、實驗室和現場試驗相結合的方法，開展不同配比壓裂液流變性及其對煤樣物理化學性質影響測試，優(yōu)選新型高效壓裂液，通過解吸滲流實驗，分析壓裂液對煤體解吸滲流特性的影響機理，并進行現場應用。主要研究結論如下：
　?、佾@得了不同配比清潔壓裂液流變特性及其對煤樣潤濕、組分、孔隙和官能團影響規(guī)律，研制出適用于低透煤層的清潔壓裂液配方。根

3、據煤層瓦斯賦存特征及煤礦井下水力壓裂工藝特點，確定了煤礦井下壓裂液粘度、流變性、粘彈性以及對煤體作用要求；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度，降低粘土礦物含量，提高了煤樣孔隙度。
　　②構建了固-氣-液三相作用瓦斯吸附模型，揭示了清潔壓裂液對煤層瓦斯吸附解吸性能影響機理。運用表面物理化學理論，對比了水與清潔壓裂液在煤樣表面分子間力、靜電力、結構力大小，表明清潔

4、壓裂液具有更強的表面吸附能力；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；結合壓裂液作用下瓦斯吸附解吸實驗，揭示了清潔壓裂液對煤層瓦斯吸附解吸性能影響機理：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，同時清潔壓裂液增大毛細管力，有利于進入微孔內部驅替吸附瓦斯，在表面競爭-孔內驅替雙重作用下，清潔壓裂液降低了煤樣瓦斯吸附位置，促進了煤層氣解吸。
　　

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煤層瓦斯?jié)B流特性影響規(guī)律。基于多孔介質流體動力學方法，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透率實驗，揭示了清潔壓裂液對煤層瓦斯?jié)B流特性影響規(guī)律。結果表明：清潔壓裂液能夠降低表面張力，增大煤體大孔孔隙體積，促進了瓦斯流動；隨有效應力增加，含飽和壓裂液煤樣滲透率呈指數形式降低，清潔壓裂液有效增加了煤樣滲透率，降