CO2注入下煤储层应力应变与渗透率的实验研究

本研究论文探讨了二氧化碳(CO2)注入对煤储层应力应变及渗透率的影响，主要针对沁水盆地成庄矿的煤样进行了实验研究。研究团队利用自主研发的CO2注入与煤层气强化开采实验模拟装置，在控制不同有效应力和CO2吸附压力的条件下，对煤岩的渗透特性进行了深入分析。 实验结果显示，煤岩的裂隙压缩系数显著受CO2吸附状态的影响。具体来说，在初始状态下（未注入CO2），裂隙压缩系数为0.066；当处于亚临界CO2吸附阶段，这一系数上升至0.086；而在超临界CO2吸附状态下，裂隙压缩系数进一步增加至0.089。这种变化的主要原因有两个方面：一是CO2与煤中矿物的交互作用导致煤基质的不连续性增强，二是CO2的注入软化了煤基质，从而降低了煤岩的力学性能。 为了理解这些现象，研究人员采用了一种考虑吸附应变和内部膨胀系数的渗透率模型来解析实测数据。他们发现，有效应力与内部膨胀系数之间存在正相关关系，即应力增大时，内部膨胀系数也随之提升。随着CO2吸附压力的提高和有效应力的增大，煤岩的内部膨胀系数增大，进而影响了煤层的孔隙和裂缝开度，导致煤储层的渗透率下降。这一结果对于评估CO2在煤储层中的注入可行性至关重要，因为渗透率的降低可能限制了CO2的存储和开采效率。 此外，该研究还强调了基础科研项目的支持，包括国家重点研发计划项目和国家自然科学基金重点项目，这对于推动煤炭资源的有效利用和环境保护具有重要意义。研究团队由年轻的博士研究生牛庆合和经验丰富的教授曹丽文领导，他们的合作揭示了CO2注入技术对煤储层动态响应的复杂性，并为未来煤层气开发提供了科学依据。 这篇研究通过实验数据和理论模型，为理解和优化CO2注入对煤储层的影响提供了宝贵见解，对于煤炭行业的发展和可持续能源策略具有实际价值。