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孔裂隙几何形态与受载含水煤体的渗透率响应机制研究

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孔裂隙几何形态与受载含水煤体的渗透率响应机制研究

作者：段淑蕾贵州大学

学位级别：硕士

煤层气是煤炭的伴生资源,也是一种低碳清洁能源。加强煤层气开采能有效缓解能源危机,并为优化能源结构、助力“双碳”目标添砖加瓦。为满足日益增长的能源需求,煤炭开采逐步向深部进军,深部煤体孔裂隙结构复杂致密、分布情况非均质性强... 详细信息

煤层气是煤炭的伴生资源,也是一种低碳清洁能源。加强煤层气开采能有效缓解能源危机,并为优化能源结构、助力“双碳”目标添砖加瓦。为满足日益增长的能源需求,煤炭开采逐步向深部进军,深部煤体孔裂隙结构复杂致密、分布情况非均质性强。此外,深部煤储层高地应力、高岩溶水压特征导致煤体低渗特征明显,而高地温、强开采扰动特征加剧低渗煤层瓦斯灾害的不确定性。因此,探究孔隙结构特征、应力及水分等多因素共同作用下煤体渗透率演化机制,有利于煤储层安全、高效、可持续抽采以及准确评估煤储层开发经济效益。本文以资料搜集的地质特征与煤储层物性特征为研究背景,针对山西赵庄矿原煤煤样,开展不同含水率条件下受载煤体渗流试验,采用理论与试验相结合的研究方法,探究多因素对不同几何形态孔裂隙表观渗透率的影响,揭示孔隙结构参数与煤体渗透率间的响应机制。主要取得如下研究进展:(1)开展不同含水率下受载煤体渗流试验,同一有效应力条件下,煤体渗透率随含水率升高呈线性降低趋势。同一含水率条件下,煤体渗透率随应力加载亦逐渐减小。故而,有效应力及水分均抑制气体在孔裂隙通道内高速运移。(2)考虑应力变形、吸水/吸气膨胀效应、动态水膜及滑脱效应,修正狭缝状裂隙及毛细管孔隙的表观渗透率模型,运用试验数据验证模型可靠性,分析应力、吸水/吸气膨胀效应、动态水膜及滑脱效应对煤体渗透特性的影响,探究不同几何形态孔隙表观渗透率的演化机理。结果表明:圆形、正方形、正三角形孔隙内水膜厚度依次减小。而不同几何形态孔隙内煤体渗透率与水膜厚度排序相反,同时圆形孔隙内滑脱因子较含角孔隙更大,且两者差异明显,而正方形与正三角形孔隙内滑脱因子间差异较小。(3)煤储层真实环境内各因素交错耦合,引入孔隙压缩性系数及动态含水饱和度以表征应力与水分相互响应程度。基于此,量化力-水耦合作用下孔隙动态展布特征,建立煤体分形表观渗透率模型,运用不同含水饱和度受载煤体渗透率试验数据验证所建模型,揭示临界孔径、动态分形维数等结构参数与煤体渗透率的响应机制。结果表明:孔径分形维数或水分主导下迂曲度分形维数与煤体渗透率呈正相关关系。而应力主导下迂曲度分形维数与临界孔径与煤体渗透率呈负相关关系。特定分形维数与动态分形维数对表观渗透率的影响一致,但对滑脱因子的影响截然相反,为理解煤体渗透率演化机理提供新的分析角度。

关键词：煤体渗透率孔裂隙几何形态展布规律滑脱效应水分

考虑动态滑脱的页岩微裂隙表观渗透率演化机制

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煤炭科学技术 2023年第11期51卷 129-138页

作者：丁云娜李波波成巧耘段淑蕾宋浩晟贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 贵州大学喀斯特地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

为研究页岩气开采过程中有效应力、气体吸附及滑脱效应作用下微裂隙表观渗透率的演化机制,利用分形理论表征微裂隙气体总流量,并基于Hagen-Poiseuille二阶滑脱方程建立微裂隙变形和滑脱效应综合作用的表观渗透率模型。同时,结合滑脱系... 详细信息

为研究页岩气开采过程中有效应力、气体吸附及滑脱效应作用下微裂隙表观渗透率的演化机制,利用分形理论表征微裂隙气体总流量,并基于Hagen-Poiseuille二阶滑脱方程建立微裂隙变形和滑脱效应综合作用的表观渗透率模型。同时,结合滑脱系数与固有渗透率间的函数关系,量化有效应力和气体吸附等因素对滑脱系数的影响,探讨页岩气渗流过程中滑脱系数动态演变过程,并验证模型可靠性。此外,结合敏感性分析,探讨微裂隙压缩性系数、分形维数、内膨胀系数对滑脱系数的影响。结果表明:(1)恒定外应力和恒定有效应力条件下,随孔隙压力逐渐增大,受气体吸附与滑脱效应的耦合影响,表观渗透率呈减小趋势;(2)当外应力恒定时,气体分子平均自由程随孔隙压力增大而减小,滑脱效应减弱,一阶、二阶滑脱系数C_(1)、C_(2)减小,整体滑脱系数B增大;当有效应力恒定时,页岩气渗流通道受制于气体吸附的影响而逐渐减小,C_(1)、C_(2)和B逐渐增大;(3)基于模型敏感性分析,探讨微裂隙压缩性系数、分形维数、内膨胀系数与滑脱系数之间的互馈机制,其中微裂隙压缩性系数、分形维数导致固有渗透率增大,而C_(1)、C_(2)、B减小;内膨胀系数的增大导致固有渗透率减小,C_(1)、C_(2)、B增大。研究所得结论将为页岩气开采提供一定的理论支撑。

关键词：页岩气开采有效应力气体吸附滑脱系数表观渗透率分形理论

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含水页岩甲烷吸附特性及热力学特征研究

煤炭科学技术 2024年第3期52卷 95-105页

作者：杨竣淞李波波李建华高政宋浩晟段淑蕾贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 贵州大学喀斯特地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

页岩储层普遍含水,水分对页岩气体吸附行为和地质储量评估具有显著影响。为探究水分对页岩吸附行为的影响规律,构建了考虑含水率影响的吸附模型,结合多组试验数据对新建模型的合理性进行验证,并进一步剖析了含水页岩的吸附行为。在此基... 详细信息

页岩储层普遍含水,水分对页岩气体吸附行为和地质储量评估具有显著影响。为探究水分对页岩吸附行为的影响规律,构建了考虑含水率影响的吸附模型,结合多组试验数据对新建模型的合理性进行验证,并进一步剖析了含水页岩的吸附行为。在此基础上,讨论了不同吸附机制对页岩中甲烷等温吸附的贡献,并通过热力学参数对比了干湿页岩中吸附热力学特性。结果表明:在气体压力变化过程中,甲烷气体吸附量呈典型的“三段式”变化。其中,水分对甲烷吸附量具有抑制作用,含水页岩吸附量显著低于干燥页岩,页岩吸附量随含水率的增大呈降低趋势。此外,温度同样对甲烷吸附具有抑制作用,当含水率恒定时,随温度升高页岩吸附能力呈降低趋势。同时,不同吸附机制对吸附量的贡献受到水分和压力的共同影响,压力和含水率越高,微孔填充吸附量对总吸附量的贡献率越低。热力学参数表明干燥页岩与含水页岩的甲烷吸附均为物理吸附,同一吸附量下,干燥页岩等量吸附热始终高于含水页岩。水分通过改变页岩非均一性占据高能吸附位点同时影响分子间作用力,综合作用下使得等量吸附热降低,进而导致含水页岩吸附能力降低。研究结果有助于页岩吸附气量的准确计算,并为页岩气藏开发方案和编制提供理论依据。

关键词：含水页岩吸附模型甲烷吸附量多重吸附机制热力学

含水煤岩渗透率演化规律及动态滑脱效应的作用机制

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岩石力学与工程学报 2022年第4期41卷 798-808页

作者：段淑蕾李波波李建华高政成巧耘许江贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 贵州大学喀斯特地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 贵州大学贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室贵州贵阳550025 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

为探究含水煤岩在有效应力与动态滑脱效应综合作用下的渗透率演化规律,采用含瓦斯煤热-流-固三轴伺服渗流装置,分别测量不同含水率下有效应力增大过程中的煤岩渗透率。在此基础上,建立考虑有效应力、水分与动态滑脱效应综合作用的煤岩... 详细信息

为探究含水煤岩在有效应力与动态滑脱效应综合作用下的渗透率演化规律,采用含瓦斯煤热-流-固三轴伺服渗流装置,分别测量不同含水率下有效应力增大过程中的煤岩渗透率。在此基础上,建立考虑有效应力、水分与动态滑脱效应综合作用的煤岩渗透率模型,并进一步量化分析不同有效应力和含水率下的煤岩渗流特性和动态滑脱效应及其相互间的联动机制。研究结果表明:(1)含水率恒定时,有效应力增大过程中,煤岩渗透率呈指数形式减小。有效应力恒定时,含水率越大,煤岩渗透率越小。(2)构建随有效应力、含水率变化的动态滑脱因子模型。在各含水率条件下,随有效应力增大,煤岩裂隙通道逐渐闭合,滑脱因子则呈增大趋势。此外,本试验条件下,同一有效应力下的滑脱因子在含水率1.80%以内缓慢增大,超过1.80%后出现激增。(3)构建含水煤岩渗透率模型并验证其可靠性,量化滑脱效应对渗透率的贡献情况。(4)考虑到实际储层中裂缝形态的差异,提出考虑不同裂缝形态的煤岩气测渗透率模型。其中,圆形裂缝对应的煤岩渗透率最小,方形次之,正三角形最大。探讨多因素综合作用下煤层气在储层中的运移规律,以期对提高煤层气采收率具有重要指导意义。

关键词：岩石力学煤岩含水率滑脱效应渗透率模型有效应力

考虑裂隙粗糙度的煤岩滑脱效应及渗透率演化机制研究

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煤炭科学技术 2024年

作者：曾星艺李波波李建华段淑蕾丁云娜杨竣淞贵州大学矿业学院贵州大学喀斯特地区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室

为探究煤岩裂隙表面粗糙度对煤岩渗透特性的影响，选取贵州省六盘水地区煤样，首先开展了扫描电镜和低温氮气吸附试验联合表征煤岩孔裂隙结构，通过Hurst理论初步分析煤岩表面粗糙度；在此基础上，利用分形理论进一步定量表征煤岩裂隙... 详细信息

为探究煤岩裂隙表面粗糙度对煤岩渗透特性的影响，选取贵州省六盘水地区煤样，首先开展了扫描电镜和低温氮气吸附试验联合表征煤岩孔裂隙结构，通过Hurst理论初步分析煤岩表面粗糙度；在此基础上，利用分形理论进一步定量表征煤岩裂隙表面相对粗糙度，建立综合考虑应力、滑脱效应及裂隙表面相对粗糙度的煤岩表观渗透率理论模型，并探讨了裂隙表面相对粗糙度对气体滑脱因子的影响，通过煤岩渗透率的实验室测试结果进行验证和分析。研究结果表明：（1）通过扫描电镜试验观测到孔裂隙结构表面存在粗糙微元，同时低温氮气吸附试验结果表明，煤岩孔裂隙结构发育，存在分形特征且非均质性较强。（2）煤岩裂隙表面相对粗糙度随粗糙微元分形维数的增大而增大。当粗糙微元分形维数恒定时，裂隙表面相对粗糙度随粗糙微元的尺度比例ε的增大而减小，煤岩裂隙开度b越小，裂隙表面相对粗糙度对裂隙开度越敏感。（3）随着裂隙表面相对粗糙度的增大，滑脱效应增强。（4）在初始滑脱因子相同时，随着孔隙压力的增大，煤岩表观渗透率逐步降低而趋向平缓。滑脱效应对煤岩渗透起促进作用，滑脱系数越大，其作用效应越强。

关键词：六盘水煤矿吸附模型粗糙度滑脱效应渗透率模型

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考虑虚拟边界与应力耦合的页岩渗透率模型

大庆石油地质与开发 2024年第5期43卷 166-174页

作者：叶平平李波波吴学海宋浩晟段淑蕾成巧耘贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 喀斯特地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

为探讨页岩气开采过程中页岩渗透率的变化情况,基于毛细管层序模型,采用虚拟边界与应力耦合相结合的方法,按照一定权重系数将应力推导黏性流动和克努森扩散相加,建立了页岩纳米孔体相气体传输模型。结果表明:新建渗透率模型计算曲线与... 详细信息

为探讨页岩气开采过程中页岩渗透率的变化情况,基于毛细管层序模型,采用虚拟边界与应力耦合相结合的方法,按照一定权重系数将应力推导黏性流动和克努森扩散相加,建立了页岩纳米孔体相气体传输模型。结果表明:新建渗透率模型计算曲线与试验实测值吻合较好,可以较好揭示页岩纳米孔体相气体流动情况;与Lu模型和S&D模型相比,新建模型考虑虚拟边界与应力的耦合,表观渗透率模型计算曲线与试验结果更为吻合,且能很好地反映实测值与孔隙压力所呈现的变化规律,具有较好的优越性;页岩力学参数(弹性模量、泊松比)、Langmuir应变常数及裂隙压缩系数对页岩渗透率起抑制作用,主要表现为其值越大,页岩渗透率越小;初始渗透率对页岩渗透率起促进作用,表现为其值越大,页岩渗透率越大。研究成果可为页岩气开发提供理论支撑。

关键词：页岩气开采渗透率虚拟边界层序模型应力/应变黏性流动克努森扩散

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基于流变-突变对基坑坍塌受困人员心理研究

科技资讯 2021年第6期19卷 190-192页

作者：王小金段淑蕾洛阳理工学院河南洛阳471000

为了减少基坑坍塌事故中的创伤后应激障碍对受困人员后续工作与生活的影响,该文基于流变-突变理论对基坑坍塌人员受困时的心理变化进行定性分析,用流变-突变理论对受困人员的心理演变过程进行具体描述,基坑坍塌事故后受困人员发生心理... 详细信息

为了减少基坑坍塌事故中的创伤后应激障碍对受困人员后续工作与生活的影响,该文基于流变-突变理论对基坑坍塌人员受困时的心理变化进行定性分析,用流变-突变理论对受困人员的心理演变过程进行具体描述,基坑坍塌事故后受困人员发生心理应激障碍的可能性较高、影响较大。对受困人员在救援期及救援之后进行心理干预和救助,能提高受困人员的救援成功率并且有助于恢复心理健康,降低心理影响对受困人员生产生活的影响。

关键词：流变-突变原理基坑坍塌受困人员心理变化过程

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中国式现代化道路生态特质的学理阐释

内蒙古社会科学 2025年第1期 1-7+213页

作者：孔德生董冰蕾哈尔滨工程大学马克思主义学院

中国式现代化是人与自然和谐共生的现代化。“人与自然和谐共生”是中国式现代化道路的本质特征之一，中国式现代化道路具有鲜明的生态特质。从哲学基础看，“人与自然和谐共生”是坚持将马克思生态思想同中国具体实际相结合、同中华优... 详细信息

中国式现代化是人与自然和谐共生的现代化。“人与自然和谐共生”是中国式现代化道路的本质特征之一，中国式现代化道路具有鲜明的生态特质。从哲学基础看，“人与自然和谐共生”是坚持将马克思生态思想同中国具体实际相结合、同中华优秀传统文化相结合的理论产物。从实践模式看，中国式现代化道路立足于中国经济社会发展实际，通过对以发展主义和生态主义对立为表征的西方生态文明理论的批判反思，在“两个结合”的基础上，按照文明观念变革、发展理念转变、发展方式转型的思路，在理论和实践的双重层面实现了经济发展与生态保护的辩证统一。从价值指向看，中国式现代化道路不仅将生态文明建设上升到环境民生的高度，而且从全人类共同价值的高度提出要共促全球生态文明建设。在习近平新时代中国特色社会主义思想的指导下，中国式现代化道路在理论与实践的逻辑统一中走向历史纵深，为人类探索一条人与自然和谐共生的现代化道路贡献了中国智慧和中国方案。

关键词：中国式现代化人与自然和谐共生两个结合环境民生全球生态文明建设

形式与实质创新相结合:法治宣传教育的发展与创新

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河南社会科学 2025年第1期33卷 118-124页

作者：段传龙中共中央党校(国家行政学院)政治和法律教研部北京100091

法治宣传教育对于实现全民守法、构建法治社会具有重要意义。尤其对于保障推进新时代全面依法治国,具有无可替代的思想启蒙、文化传播与创新引领作用。自1985年开始,我国法治宣传教育工作已经实施了近40年,陆续开展了8个五年普法规划,... 详细信息

法治宣传教育对于实现全民守法、构建法治社会具有重要意义。尤其对于保障推进新时代全面依法治国,具有无可替代的思想启蒙、文化传播与创新引领作用。自1985年开始,我国法治宣传教育工作已经实施了近40年,陆续开展了8个五年普法规划,在推进实践工作的内容、形式、主体、机制等多个“形式创新”层面积累了诸多有益经验,有效提升了法治宣传教育的深度与广度,大幅提升了公民法治素养和水平。然而在更为抽象与深层的基础理论层面,围绕普法工作的本质属性、原则理念以及客观规律等问题,实践理论工作的“实质创新”仍然存在不足,一定程度上抑制了普法主体与学法对象的主动性、积极性与能动性。为持续有效地健全完善法治宣传教育,未来应坚持“形式创新”与“实质创新”相结合,在稳步推进“形式创新”的基础上,重点推进法治宣传教育在基础理论层面的“实质创新”。

关键词：法治宣传教育主体能动性形式创新实质创新