中高煤阶煤储层水力压裂消突能量特性研究

"中高煤阶煤储层水力压裂消突能量耗散特性" 本文主要探讨了中高煤阶煤储层在水力压裂过程中的能量耗散特性及其对消突（防止煤与瓦斯突出）的影响。煤储层因其独特的三元孔隙结构和三相介质系统，对应力的响应尤为敏感。水力压裂作为一项常见的增产技术，会在煤储层中引发弹性能的聚集和耗散，这种能量变化对于理解和控制煤与瓦斯突出至关重要。 作者基于煤岩表面学、热力学定律以及中高煤阶煤的全应力-应变物理模拟实验，构建了不同相态的弹性能计算模型。这些模型能够帮助分析压裂前后煤储层的弹性能变化，进一步揭示能量耗散的动态过程。研究表明，煤基块弹性能是煤储层总弹性能的主要部分，也是造成煤体破碎的关键能量源。煤基块弹性余能Ec是引发突出的动力，而煤体破碎后的剩余弹能∆W则是推动煤体抛出的动力。 在水力压裂后，煤储层内的弹性能会降低，这可能降低了煤与瓦斯突出的风险。通过对压裂过程中的能量变化进行分析，作者建立了一个中高煤阶煤储层水力压裂单位体积煤体消突能量的计算模型，并定义了消突能量指标的临界值。具体来说，当单位体积煤体弹性能和瓦斯膨胀能消突临界值达到21.22 MJ/m³和0.79 MJ时，对应的瓦斯含量和瓦斯压力临界值分别为7.54 m³/t和0.77 MPa。这些数值为实际操作中评估和预防煤与瓦斯突出提供了理论依据。 总结而言，该研究深入剖析了中高煤阶煤储层在水力压裂过程中能量耗散的特性，对预测和控制煤与瓦斯突出有重要的实践指导意义。通过建立的能量耗散模型和临界值指标，有助于优化压裂工艺，提高煤矿安全生产水平。