乙酸作用下煤体温压及渗流特性变化规律研究

摘要

为了揭示多相多场作用下安全环保型低浓乙酸酸化增渗机制，建立了气水两相应力-化学-温度-扩散-渗流多场耦合理论模型，分析了乙酸作用煤体方解石浓度、氢离子浓度及温度值变化规律，结合核磁及超声波试验测试，研究了孔渗特性改善机制，揭示了有效气压与有效水压演化规律，并进一步探究了乙酸浓度、初始瓦斯压力、含水饱和度、Langmuir体积常数和极限吸附膨胀变形量对渗透率及瓦斯抽采特性的影响.结果表明：乙酸作用下，煤体方解石浓度、H⁺浓度与温度值均降低，方解石与H⁺浓度分别降低至550和0.07 mol/m³左右，由于方解石溶解与瓦斯解吸作用，煤体温度随抽采时间增加而减小（约为初始温度的0.942 4倍）.乙酸有助于孔裂隙发育，增加煤体渗透率，抽采120 d时，渗透率最大增加到原始渗透率的18倍.煤样核磁图谱均出现微小孔、中孔峰减少，大孔峰增加，煤样W₂-6%HAc、W₃-12%HAc与W₄-18%HAc超声衰减系数与比值均增大，W₃-12%HAc增加程度最高，约达1 583%与1 388%，与乙酸处理增大煤体渗透率相互验证.瓦斯抽采120 d时，注酸煤层有效气压从0.70 MPa降低到0.23 MPa，有效水压从0.75 MPa降低到0.06 MPa.随着乙酸浓度、极限吸附膨胀变形量和含水饱和度增加，煤层渗透率显著提高.钻孔周围“低温区”范围随着Langmuir体积常数、初始瓦斯压力增加而降低，最低温度值亦降低.相关结果为阐明乙酸增渗及瓦斯抽采增效机制提供参考.

关键词

孔裂隙 / 温压特性 / 渗流规律 / 多参数影响机制