超声波作用时间对清洁压裂液改造煤岩效果的影响

作     者：王昌伟 左少杰 李希建 李滨 彭首清 甘瑞 许治远 

作者机构：贵州大学矿业学院 贵州大学瓦斯灾害防治与煤层气开发研究所 沈阳焦煤股份有限公司红阳二矿 

出 版 物：《采矿与安全工程学报》 (Journal of Mining & Safety Engineering)

年 卷 期：2024年第5期

页      面：1046-1057页

核心收录：

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：贵州省省级科技计划项目(黔科合基础-ZK一般163,黔科合重大专项字3001,黔科中引地4005,黔科合支撑一般016) 贵州大学引进人才科研项目(贵大人基合字57号) 

主　　题：超声波 压裂液 孔隙结构 化学结构 官能团 煤层气解吸 

摘      要：超声波辅助压裂增透技术具有水力压裂大范围增透、压裂液改造微孔隙、超声波促进瓦斯解吸抽采等优点，可有效改善瓦斯抽采效率，具有广阔的应用前景。为研究超声波作用时间对清洁压裂液改造煤岩效果的影响，对沈阳某矿煤样开展了不同超声波作用时间下清洁压裂液浸泡试验，并通过扫描电镜结合能谱(SEM-EDS)和压汞法(MIP)联合表征煤样孔隙结构，利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析煤的化学结构。结果表明：超声波作用下压裂液与矿物杂质产生化学反应，改善了孔隙结构特征和孔隙连通性，且增长趋势先急后缓，拐点约为5 h,此时煤岩总孔容、孔隙分形维数和渗透率相较原煤分别增加了22.60%,5.25%和73.95%,迂曲度降低了17.93%;超声波和压裂液共同作用可增加煤的芳香度，有利于瓦斯解吸，且增加趋势为先缓后急再缓，拐点分别约为3 h和8 h,芳香度分别增加了0.98%和16.23%;受能垒及分子结构等影响，煤分子结构改造难度大于矿物质化学反应，芳香结构参数的变化较孔隙结构滞后约3 h;煤样孔隙结构和芳香度的变化表明该技术可有效改善煤孔隙结构、促进瓦斯解吸，且该条件下的有效作用时间为8 h。研究结果丰富了瓦斯抽采理论体系，可为该技术的现场实践提供理论指导。