煤层井壁稳定研究：时间延迟效应与孔隙压力

"煤层井壁稳定的时间延迟效应探讨" 这篇学术论文主要研究了煤层井壁稳定的时间延迟效应，这是在煤炭开采过程中一个至关重要的问题。作者从孔隙压力和井壁渗流的角度出发，结合断裂力学进行了深入的理论与实践分析。在富含割理（即裂隙）的煤层中，井壁的稳定性受到孔隙压力和时间延迟效应的显著影响。 首先，论文指出孔隙压力对于煤层中的割理有着特殊的作用。孔隙压力的变化只影响割理表面的正应力，而不改变切应力。这意味着降低孔隙压力可能导致煤层结构的不稳定性增加，因为正应力的变化可能使割理更容易开启，进而导致井壁垮塌。 其次，通过分析实际的排采（即开采过程中的瓦斯排放）实例，研究人员发现孔隙压力的下降与煤粉的增多有直接关联。这进一步证明了孔隙压力对煤岩稳定性的影响，降低了的孔隙压力可能会引发煤层的破碎，从而影响井壁的稳定性。 接着，论文讨论了欠平衡钻井和过平衡钻井两种不同钻井方式下井壁渗流导致的孔隙压力变化。欠平衡钻井是指钻井时井筒内的压力低于地层压力，而过平衡钻井则反之。这两种情况下的孔隙压力变化都会对井壁产生不同的影响，并可能导致时间延迟效应的发生，即井壁垮塌并不立即发生，而是随着时间的推移逐渐显现。 此外，论文运用数值方法分析了钻井过程中的流固耦合行为，即流体（如地下水或气体）与固体（煤层岩石）之间的相互作用。通过对孔隙压力随时间变化的拟合，作者揭示了这种复杂动态过程的规律。 最后，利用断裂力学的理论，论文定量分析了井壁稳定的时间延迟效应，并给出了在特定条件下的延迟时间计算公式。这个公式对于预测井壁垮塌的风险和预测时间具有实际应用价值。 该研究揭示了在富含割理的煤层中，井壁稳定性的确存在时间延迟效应，其中孔隙压力变化是主要原因，而割理的存在是内在的促进因素。这一发现对于煤炭开采的安全性和效率具有重要的指导意义，可以帮助制定更科学的开采策略和预防措施，减少井壁垮塌事故的发生。