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有效应力对煤吸附特性影响的试验研究

岩土力学 2013年第5期34卷 1247-1252页

作者：李小春付旭方志明胡海翔中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室武汉430071

为了研究煤岩吸附特性受有效应力影响的机制,结合压汞试验所测定的孔隙率和孔径分布情况,利用自制的原煤等温吸附装置,分别在不同有效应力条件下对山西潞安煤样进行了CH4等温吸附试验。结果表明:①恒温条件下,随着有效应力的增加,煤对CH... 详细信息

为了研究煤岩吸附特性受有效应力影响的机制,结合压汞试验所测定的孔隙率和孔径分布情况,利用自制的原煤等温吸附装置,分别在不同有效应力条件下对山西潞安煤样进行了CH4等温吸附试验。结果表明:①恒温条件下,随着有效应力的增加,煤对CH4吸附量呈下降趋势,气体压力越高时这种变化趋势越明显;②Langmuir方程吸附常数a与有效应力呈负相关关系、吸附常数b则呈正相关关系,分析认为这与原煤内部部分微孔隙封闭和化学势差变化有关;③根据试验数据拟合得出考虑有效应力影响的Langmuir方程形式,所得结果对于煤层气资源评价和开采具有较大的参考价值。

关键词：有效应力原煤吸附 Langmuir方程临界孔隙尺度化学势

有效应力恢复条件下水力压裂后煤层气分区渗流特征

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天然气工业 2024年第3期44卷 152-163页

作者：张村刘晨熙王永乐徐伍艳赵毅鑫宋子玉中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室安徽理工大学煤炭安全精准开采国家地方联合工程研究中心

目前煤层气单井主要通过水力压裂技术来提高产量,但水力压裂技术会导致煤层裂缝出现分区现象,在有效应力作用下不同裂缝分区的渗流特征将直接影响煤层气抽采效果。为了更好地研究有效应力对不同裂缝分区渗流特征的影响,以沁水盆地煤样为... 详细信息

目前煤层气单井主要通过水力压裂技术来提高产量,但水力压裂技术会导致煤层裂缝出现分区现象,在有效应力作用下不同裂缝分区的渗流特征将直接影响煤层气抽采效果。为了更好地研究有效应力对不同裂缝分区渗流特征的影响,以沁水盆地煤样为例,设计了完整煤样、微裂缝煤样和贯穿裂缝煤样的串、并联多腔体试验方法,分析了水力压裂后煤层气的横向沿区渗流和纵向跨区渗流,构建了有效应力影响下的不同损伤煤岩体串、并联渗透率模型,分析了有效应力恢复过程中水力压裂不同致裂分区的渗流特征,并预测了不同致裂深度和扰动范围下的煤层总体渗透性。研究结果表明:(1)随着有效应力的恢复,串、并联试验的总流量均呈现负指数形式的衰退;(2)在并联试验中,穿过完整煤样的流量占比极少,随着有效应力的恢复,穿过微裂缝煤样的流量占比逐渐增加,而贯穿裂缝煤样的流量逐渐减小,并逐渐趋于相等;(3)纵向渗流总渗透率小于横向渗流,纵向渗流总渗透性的变化受完整煤样的渗透性影响较大,而横向渗流总渗透性取决于贯穿裂缝煤样渗透性;(4)基于横纵向渗透率的大小,可以将煤层气产期曲线划分为单峰型与双峰型。结论认为,提高水力裂缝深度与射孔孔眼周围裂缝宽度有利于提高煤层气的抽采量,该认识可以为煤层气水力压裂参数设计提供参考,有助于推动煤层气的效益开发。

关键词：煤层气水力压裂渗透率损伤分区有效应力裂缝压缩性产能影响因素沁水盆地

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有效应力对煤样变形和渗透性的影响研究

岩石力学与工程学报 2017年第9期36卷 2213-2219页

作者：祝捷王学于鹏程陈孟达陈赫何法中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

为了研究渗透率随有效应力的变化特征,利用含瓦斯煤热–流–固耦合三轴伺服渗流装置,在外部应力不变、降低进口气体压力,外部应力、进气口压力同步降低2种实验条件下,观测了赵各庄煤矿9号煤层样品的应变和气相(氦气)渗透率,研究有效应... 详细信息

为了研究渗透率随有效应力的变化特征,利用含瓦斯煤热–流–固耦合三轴伺服渗流装置,在外部应力不变、降低进口气体压力,外部应力、进气口压力同步降低2种实验条件下,观测了赵各庄煤矿9号煤层样品的应变和气相(氦气)渗透率,研究有效应力对煤样变形和渗透性的影响。实验结果显示,随着有效应力升高,煤样的收缩应变加剧,有效应力为5.2~6.5 MPa,收缩体积应变与有效应力之间符合线性关系,有效应力大于6.5 MPa或小于5.2 MPa,应力–应变曲线发生偏折,部分煤样出现扩容现象;气体渗流速度随进口气体压力的降低而降低;升高或降低有效应力,煤样渗透率均随着进口气体压力的降低而增大。由此可见研究有效应力变化条件下的渗透率变化特征,应适当考虑气体滑脱效应的影响。

关键词：采矿工程渗透率煤样应变气体压力有效应力气体滑脱

有效应力决定饱和岩土材料抗剪强度的摩擦学解释

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岩土工程学报 2011年第10期33卷 1517-1525页

作者：雷国辉陈晶晶河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室/岩土工程科学研究所江苏南京210098 铁道第三勘察设计院集团有限公司地质路基设计处天津300251

有效应力决定了岩土材料的变形和强度,有效应力概念虽然已在岩土工程中广泛应用,但是,对于决定饱和岩土材料抗剪强度的有效应力,其理论解释至今却并不充分且受到质疑。为此,通过文献分析,确定了宏观抗剪强度与粒间摩擦强度之间的正相关... 详细信息

有效应力决定了岩土材料的变形和强度,有效应力概念虽然已在岩土工程中广泛应用,但是,对于决定饱和岩土材料抗剪强度的有效应力,其理论解释至今却并不充分且受到质疑。为此,通过文献分析,确定了宏观抗剪强度与粒间摩擦强度之间的正相关关系,并运用摩擦学中的黏着摩擦理论,推导了排水和不排水条件下,粒间接触面黏着结点的生长公式和抗剪强度公式。通过对比分析这两种条件下的应力状态对抗剪强度的作用影响,得到了与Terzaghi一致的有效应力表达式,并在此基础上,探讨了有效应力和有效应力原理的基本概念和定义。

关键词：有效应力有效应力原理抗剪强度摩擦学黏着摩擦理论

有效应力对裂缝型低渗透砂岩油藏压力响应的影响

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岩土力学 2008年第6期29卷 1649-1653页

作者：李宜强班凡生高树生薛慧大庆石油学院提高油气采收率教育部重点实验室黑龙江大庆163318 中国科学院渗流力学研究所河北廊坊065007 石油勘探开发研究院廊坊分院河北廊坊065007

为了研究裂缝孔隙型低渗油藏中流体在双重介质之间的渗流规律及其影响,建立了双重介质间流体窜流的数学模型,并利用拉氏变换数值反演方法给出近似解析解;通过数值计算,研究窜流压力的动态特征,分析储容系数及窜流系数对压力响应的影响;... 详细信息

为了研究裂缝孔隙型低渗油藏中流体在双重介质之间的渗流规律及其影响,建立了双重介质间流体窜流的数学模型,并利用拉氏变换数值反演方法给出近似解析解;通过数值计算,研究窜流压力的动态特征,分析储容系数及窜流系数对压力响应的影响;通过压敏试验研究了有效应力对双重介质低渗油藏渗流能力的影响。研究结果表明:储容系数主要决定双重介质之间发生窜流现象的早晚,储容系数越大,发生窜流的时间越晚;储容系数越小,发生窜流的时间越早。窜流系数主要决定双重介质之间发生窜流压力的大小,窜流系数越大,发生窜流的压力越小;窜流系数越小,发生窜流的压力越大。有效应力对裂缝型低渗透油藏的渗流能力影响很大,有效应力的增加能够大大降低裂缝型油藏渗透率和孔隙度,以致降低储层的储容系数和窜流系数,从而影响双重介质间窜流压力的动态特征。因此,在裂缝型低渗透砂岩油藏开采中,保持压力、防止储层伤害是非常重要的。

关键词：有效应力窜流渗透率储容系数窜流系数

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有效应力对煤层气解吸渗流影响试验研究

岩石力学与工程学报 2006年第8期25卷 1563-1568页

作者：唐巨鹏潘一山李成全石强董子贤辽宁工程技术大学力学与工程科学系辽宁阜新123000

以阜新高瓦斯矿井孙家湾矿为例,将煤样放入自制的三轴瓦斯解吸渗透仪中,通过先加载后卸载、连续进行煤层气解吸渗流试验,模拟煤层气在复杂地应力条件下的赋存和运移开采过程,得到有效应力与煤层气解吸和渗流特性间的关系,并拟合了其关... 详细信息

以阜新高瓦斯矿井孙家湾矿为例,将煤样放入自制的三轴瓦斯解吸渗透仪中,通过先加载后卸载、连续进行煤层气解吸渗流试验,模拟煤层气在复杂地应力条件下的赋存和运移开采过程,得到有效应力与煤层气解吸和渗流特性间的关系,并拟合了其关系表达式,揭示一些新的相互作用规律:(1)解吸量、解吸时间与有效应力变化规律均呈负指数递减关系,与受载方式无关;(2)有效应力存在一分界点,当小于此值时,解吸量和解吸时间随有效应力增加而迅速提高,而当有效应力大于此值时,两者随之增加幅度不大,对于孙家湾2#煤样分界点所对应有效应力为3.0MPa左右;(3)存在一临界有效应力值(类似于临界解吸压力),有效应力大于此临界值则解吸量极少或几乎没有,解吸时间趋于0,而孙家湾2#煤样临界有效应力值为10.0MPa左右;(4)在加载过程中,有效应力与渗透率、渗透系数关系曲线呈正指数减小,这表明煤体在较小的有效应力范围内、孔隙压力不断增加的加载过程中,吸附作用是影响渗透率和渗透系数的主控因素;(5)卸载过程中,有效应力与渗透率和渗透系数呈抛物线关系,这从试验角度证明了煤层气开采中三阶段主导作用的存在,即有效应力主导作用阶段、基质收缩效应主导作用阶段和滑脱效应主导作用阶段。

关键词：采矿工程三维应力煤层气解吸渗流有效应力

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有效应力下连续级配煤体的渗透特性试验

煤炭学报 2024年第9期49卷 3872-3883页

作者：张磊杨世华武晋宇刘荣涛潘红宇张天军西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054

瓦斯抽采钻孔孔周煤体的应力变化是影响其渗透特性的重要因素之一。为研究瓦斯抽采孔周不同破碎程度的煤体渗透特性,采用连续级配法制备不同粒径区间的煤颗粒组合试样,开展不同Talbol幂指数n的三轴渗透试验,分析有效应力对破碎煤样孔隙... 详细信息

瓦斯抽采钻孔孔周煤体的应力变化是影响其渗透特性的重要因素之一。为研究瓦斯抽采孔周不同破碎程度的煤体渗透特性,采用连续级配法制备不同粒径区间的煤颗粒组合试样,开展不同Talbol幂指数n的三轴渗透试验,分析有效应力对破碎煤样孔隙结构和渗透特性的影响。结果表明:在加载过程中,轴向应力通过改变破碎煤体孔隙率从而影响渗透率,其随轴向应力升高呈幂指数降低。加载初期,轴向应力升高使得煤样体积压缩,其内部空隙闭合,引起孔隙率减小及渗透作用减弱,导致渗透率降低。当轴向应力加载到孔隙率趋于0.1时,煤样内部密实使得渗透率趋于稳定;破碎煤体Talbol幂指数n从0.1到1.0增大的过程中,渗透率k呈现出缓慢、线性、指数3个增长阶段,分别受低级粒径、粒径比例、高级粒径的影响。渗流速度受Talbol幂指数、压力梯度、围压和轴向应力的共同影响,但压力梯度的作用更为显著,表现出Talbol幂指数和压力梯度越大,围压和轴向应力越小,渗流速度越大,存在渗流速度的Talbol幂指数促进效应和渗流速度的轴向应力及围压抑制效应;有效应力能较好地表征渗流速度的轴向应力及围压抑制效应,不同Talbol幂指数的破碎煤体渗透率随着有效应力的增大总体上呈指数衰减,但Talbol幂指数增大对渗透率的促进作用逐步减弱,而有效应力对渗透率的抑制作用和幅值效应逐渐强化。有效应力与渗透率的关系方程参数变化存在与渗透率曲线对应的3个阶段。随着Talbol幂指数n增大,关系方程参数a逐渐减小,有效应力的抑制作用增强;而b逐渐增大,幅值效应逐渐强化。

关键词：连续级配渗透特性有效应力渗透率轴向应力

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有效应力原理对饱和黏土的适用性

岩土工程学报 2011年第6期33卷 985-988页

作者：陈愈炯中国水利水电科学研究院北京100044

简要叙述了国外学者已证明有效应力原理适用于饱和黏土的早期的试验研究工作,虽然他们的结论不同于国内的研究人员在近年来取得的结论。新的结论是:由于黏土颗粒周围的结合水的微观作用,有效应力原理并不适用于黏土。为此,笔者提出少量... 详细信息

简要叙述了国外学者已证明有效应力原理适用于饱和黏土的早期的试验研究工作,虽然他们的结论不同于国内的研究人员在近年来取得的结论。新的结论是:由于黏土颗粒周围的结合水的微观作用,有效应力原理并不适用于黏土。为此,笔者提出少量未经发表的试验资料,间接地说明国外学者早期的结论仍然是正确的。同时指出,他们取得不正确结论的原因是由于在没有充分的论证下,过多地估计了结合水的体积和过分强调了结合水所起的作用,并且漠视了国外的早期研究成果。

关键词：有效应力饱和黏土结合水

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有效应力强度指标与总应力强度指标的关系

岩土力学 2011年第2期32卷 471-473页

作者：陈娟武汉科技大学城市学院武汉430083

由总应力强度指标计算的αf,并不是试样破坏时的真实破裂角,而仅是一个假想的破裂角,与之对应的平面是一个假想的剪切破坏面。试验结果表明,试样破坏时的真实破裂角,是用有效应力强度指标φ′计算的αf′。分析论证了在关于土的抗剪强... 详细信息

由总应力强度指标计算的αf,并不是试样破坏时的真实破裂角,而仅是一个假想的破裂角,与之对应的平面是一个假想的剪切破坏面。试验结果表明,试样破坏时的真实破裂角,是用有效应力强度指标φ′计算的αf′。分析论证了在关于土的抗剪强度计算的相关公式中,有效应力强度指标与总应力强度指标不可混用,且公式中有效应力强度指标应与有效应力相对应、总应力强度指标应与总应力相对应。

关键词：有效应力强度指标总应力强度指标有效应力总应力