超临界CO2吸附诱发煤力学性质劣化的双重损伤效应分析

刘力源; 马文成; 王卫东

doi:10.16452/j.cnki.sdkjzk.2020.04.010

山东科技大学学报（自然科学版） ›› 2020, Vol. 39 ›› Issue (04) : 79 -86. DOI: 10.16452/j.cnki.sdkjzk.2020.04.010

超临界CO₂吸附诱发煤力学性质劣化的双重损伤效应分析

刘力源, 马文成, 王卫东

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摘要

将CO₂注入到深部不可采煤层中提高煤层气采收率和CO₂长期地质封存,CO₂吸附将会诱使煤微观结构及力学性质发生显著改变。深部煤层赋存环境下CO₂将会相变为超临界CO₂,诱发煤微观结构发生更大程度改变,强度和变形特性变化更显著。大量实验结果表明,不同压力下的饱和CO₂煤样强度和弹性模量发生不同程度的劣化,煤样峰值强度和峰值应变演化不协调。基于此,引入双重损伤本构关系用以描述超临界CO₂吸附诱发煤强度和变形特性变化,并构建了裂隙中游离CO₂流体的有效应力和吸附诱发的膨胀应力耦合分析模型。通过对比验证,数值模拟结果与实验结果具有较好的一致性。数值模拟结果表明,饱和CO₂压力越大诱发的煤损伤越大;特别是,超临界CO₂诱发煤单轴抗压强度和弹性模量劣化更显著。