气_水两相驱替煤粉引起的煤裂缝导流衰减特征实验研究.pdf

第4 5 卷第1 1 期 2 0 2 0 年1 1 月 煤炭学报 J O U R N A LO FC H I N AC O A LS O C I E T Y V 0 1 ．4 5 N O V ． N o ．1 l 2 0 2 0 移动阅读 赵政，倪小明，刘泽东，等．气／水两相驱替煤粉引起的煤裂缝导流衰减特征实验研究[ J ] ．煤炭学报，2 0 2 0 ，4 5 1 1 3 8 5 3 - 3 8 6 3 ． Z H A OZ h e n g ，N IX i a o m i n g ，L I UZ e d o n g ，e ta 1 ．A t t e n u a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fc o a lf i s s u r ei n d u c e db yg a s - w a t e rt w o p h a s ed r i v e [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aC o a lS o c i e t y ，2 0 2 0 ，4 5 1 1 3 8 5 3 3 8 6 3 ． 气／水两相驱替煤粉引起的煤裂缝导流 衰减特征实验研究 赵政1 ，倪小明1 ’2 ，刘泽东3 ，吴翔4 1 ．河南理工大学能源科学与工程学院，河南焦作4 5 4 0 0 0 ；2 ．中原经济区煤层 页岩 气河南省协同创新中心，河南焦作4 5 4 0 0 0 ；3 ．陕西陕 煤榆北煤业有限公司，陕西榆林7 1 9 0 0 0 ；4 ．中联煤层气有限责任公司，北京1 0 0 0 1I 摘要查明气／水两相驱替不同粒径煤粉引起的煤中裂缝导流衰减特征对煤层气井排采时气／水 两相流阶段防煤粉措施的制定意义重大。采用自制的气一液一固三相驱替煤粉模拟装置，进行了 气／水两相驱替不同粒径 4 0 ～6 0 ，6 0 8 0 ，8 0 ～1 0 0 ，1 0 0 1 5 0 ，1 5 0 2 0 0 ， 2 0 0 目 煤粉在树脂一煤 芯柱样裂缝中的运移实验，通过对比无煤粉气／水两相驱替的空白实验，分析了驱替不同粒径煤粉 时气、水的渗流规律差异。基于气／水两相驱替不同粒径煤粉的渗流模型，结合平板理论、拟合得到 的气相渗透率与裂缝缝宽的关系，定量描述了驱替过程中气体流动、液体流动、煤粉封堵所占据的 裂缝缝宽随驱替时间的变化规律，并以气体、液体流动所占裂缝缝宽之和的变化规律表征了树脂一 煤芯柱样裂缝导流能力的衰减特征。结果表明在几乎相同初始驱替压力下，气、水两相通过树脂 一煤芯柱样时会相互争抢柱样内裂缝空间，且气相渗透率、液相渗透率随时间变化呈三角函数分 布；不同粒径煤粉驱替前期，柱样气相渗透率、液相渗透率仍会表现出管弦状波动特征，但在煤粉堵 塞一定程度后，二者开始同时减小；气／水驱替不同粒径煤粉时产出液内煤粉质量浓度、裂缝完全堵 塞时间随煤粉粒径减小而增大；气／水驱替不同粒径煤粉时裂缝导流能力变化可分为液体产出前的 裂缝快速封堵、气／液携粉产出的裂缝缝宽小幅增加、液体流动能力骤减的裂缝快速闭合、气体流动 能力缓慢降低的裂缝完全封堵等4 个阶段。 关键词气／水两相；煤粉；不同粒径；导流能力；堵塞 中图分类号P 6 1 8 ．1 1文献标志码A文章编号0 2 5 3 - 9 9 9 3 2 0 2 0 l l - 3 8 5 3 1 1 A t t e n u a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fc o a lf i s s u r ei n d u c e db yg a s - w a t e rt w o - p h a s ed r i v e Z H A OZ h e n 9 1 ，N IX i a o m i n 9 1 ”，L I UZ e d o n 9 3 ，W UX i a n 9 4 1 ．S c h o o lo f E n e r g yS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，H e n n aP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y ，J i a o z u o4 5 4 0 0 0 ，C h i n a ；2 ．C o l l a b o r a t i v eI n n o v a t i o nC e n t e ro f C o a l b e dM e t h a n e a n dS h a l eG a s f o rC e n t r a lP l a i n sE c o n o m i cR e g i o n ，J i n o z u o4 5 4 0 0 0 ，C h i n a ；3 ．S H C C I GY u b e iC o a lI n d u s t r yC o ．，L t d ．，Y u l i n7 1 9 0 0 0 ，C h ／n a ；4 ．C h i n aU - n i t e dC o a l b e dM e t h a n eC o ．，L t d ．，B e i n g1 0 0 0 11 ，C h i n a A b s t r a c t F i n d i n go u tt h ev a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ff r a c t u r ed i v e r s i o nc a p a c i t yi nc o a lc a u s e db yd i f f e r e n tp a r t i c l es i z e sp u l v e r i z e dc o a ld r i v e nb yg a sa n dw a t e ri so fs i g n i f i c a n c ef o rt h ef o r m u l a t i o no fp u l v e r i z e dc o a lc o n t r o lm e a s u r e s d u r i n gg a s - w a t e rt w o p h a s ef l o wi nc o a l b e dm e t h a n ew e l l s ．U s i n gt h es e l f - m a d eg a s l i q u i d - s o l i dt h r e e - p h a s ed i s p l a c e 收稿日期2 0 1 9 0 9 2 0修回日期2 0 2 0 0 2 1 2责任编辑钱小静D O I 1 0 ．1 3 2 2 5 ／j ．c n k i ．j C C S ．2 0 1 9 ．1 2 9 9 基金项目国家油气重大专项资助项目 2 0 1 7 Z X 0 5 0 6 4 0 0 3 0 0 1 ；国家自然科学基金资助项目 4 1 8 7 2 1 7 4 ；教育部创新团队发展支持计划资 助项目 1 R T _ 1 6 R 2 2 作者简介赵政 1 9 9 5 一 ，男，河南鹤壁人，硕士研究生。E m a i l 1 8 8 3 9 1 3 7 2 7 3 1 6 3 ．c o r n 通讯作者倪小明 1 9 7 9 一 ，男，山西临汾人，教授，博士生导师，博士。E - m a i l n x m l 9 7 9 1 2 6 ．c o r n 万方数据 煤炭 学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 p u l v e r i z e dc o a ls i m u l a t i o nd e v i c e ，t h ee x p e r i m e n t so nt h em i g r a t i o no fd i f f e r e n tp a r t i c l es i z e sp u l v e r i z e dc o a l 4 0 6 0 ， 6 0 8 0 ，8 0 1 0 0 ，1 0 0 1 5 0 ，1 5 0 2 0 0 ，g r e a t e rt h a n2 0 0m e s h d r i v e db yg a s - w a t e rt w o p h a s ef l o ww a sc a r r i e do u t ．B y c o m p a r i n gw i t ht h eb l a n ke x p e r i m e n to fn op u l v e r i z e dc o a lg a s w a t e rt w o - p h a s ed i s p l a c e ，t h ed i f f e r e n c eo fg a sa n dw a - t e rs e e p a g el a ww h e nt h ed i f f e r e n tp a r t i c l es i z e sp u l v e r i z e dc o a lw a sd r i v e nb yg a s w a t e rt w o - p h a s ef l o ww a sa n a l y z e d ． B a s e dO f ft h eg a sa n dw a t e rp e r c o l a t i o nm o d e lu n d e rd i f f e r e n tp a r t i c l es i z e sp u l v e r i z e dc o a ld r i v e nb yg a s - w a t e rt w o - p h a s ef l o w ，c o m b i n i n gt h et h e o r yo fp l a t e ，t h ef i t t i n gf o r m u l ao ft h eg a sp e r m e a b i l i t ya n dc r a c kw i d t ht oq u a n t i t a t i v e l y d e s c r i b et h eg a sf l o wa n dl i q u i df l o wa n dp u l v e r i z e dc o a lb l o c ko c c u p y i n gc r a c kw i d t hc h a n g i n gw i t ht h ed i s p l a c et i m e i nt h ed i s p l a c ep r o c e s s ，t h ef r a c t u r ed i v e r s i o nc a p a c i t ya t t e n u a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fr e s i n c o a lc o r es a m p l ew e r ec h a r - a c t e r i z e db yt h ev a r i a t i o no ft h ec r a c kw i d t ho c c u p i e db yg a sa n dw a t e r ．T h er e s u l t ss h o wt h a tu n d e ra l m o s tt h es a m e i n i t i a ld i s p l a c ep r e s s u r e ，t h eg a sa n dw a t e rc o m p e t ew i t he a c ho t h e rf o rt h ec r a c ks p a c ei nt h er e s i n - c o a lc o r es a m p l e ， a n dt h eg a sp e r m e a b i l i t ya n dl i q u i dp e r m e a b i l i t yc h a n g ew i t ht i m ei nat r i g o n o m e t r i cd i s t r i b u t i o n ．I nt h ee a r l ys t a g eo f p u l v e r i z e dc o a ld i s p l a c e m e n tw i t hd i f f e r e n tp a r t i c l es i z e s ，t h eg a sp e r m e a b i l i t ya n dl i q u i dp e r m e a b i l i t yw o u l ds t i l ls h o w t h ec h a r a c t e r i s t i co ft r i g o n o m e t r i cd i s t r i b u t i o n ，a f t e rac e r t a i nd e g r e eo fp u l v e r i z e dc o a lb l o c k a g e ，b o t ho ft h e ms t a r tt o d e c r e a s e ．W h e nd i f f e r e n tp a r t i c l es i z e sp u l v e r i z e dc o a ld r i v e nb yg a s - w a t e rt w o p h a s ef l o w ，t h em a s sc o n c e n t r a t i o no f p u l v e r i z e dc o a li nt h ep r o d u c e dl i q u i da n dt h et i m eo fc r a c kc o m p l e t ep l u g g i n gi n c r e a s ew i t ht h ed e c r e a s eo fp u l v e r i z e d c o a lp a r t i c l es i z e ．W h e nd i f f e r e n tp a r t i c l es i z e sp u l v e r i z e dc o a ld r i v e nb yg a s w a t e rt w o p h a s ef l o w ，t h ec h a n g eo ff r a c t u r ec o n d u c t i v i t yc a nb ed i v i d e di n t of o u rs t a g e s r a p i ds e a l i n go ff r a c t u r eb e f o r el i q u i dp r o d u c t i o n ，s m a l li n c r e a s eo f f r a c t u r ew i d t ho fg a sa n dw a t e rc a r r y i n gp u l v e r i z e dc o a lo u t ，r a p i dc l o s i n go ff r a c t u r ew i t hs h a r pd e c r e a s eo fl i q u i df l o w c a p a c i t y ，a n dc o m p l e t es e a l i n go ff r a c t u r ew i t hs l o wd e c r e a s eo fg a sf l o wc a p a c i t y ． K e yw o r d s g a s ／w a t e rt w o p h a s e ；p u l v e r i z e dc o a l ；d i f f e r e n tp a r t i c l es i z e s ；d i v e r s i o nc a p a c i t y ；p l u g g i n g 查明煤层气井排采过程煤粉运移引起的煤层裂 缝导流能力变化特征可以为煤层气井合理排采工作 制度的制定提供参考七J 。国内外学者对单相水驱 替条件下的煤粉运移规律进行了大量的研究。有学 者通过使用煤粉浓度传感器分析了煤粉的形成机 理”J ，并借助裂缝导流仪进行了大量物理模拟实 验H 一7 I ，通过变驱替流速、围压大小等条件研究了煤 粉产出量对裂缝导流能力的影响，发现煤粉产出量与 驱替流速呈正相关、与围压呈负相关；在此基础上，其 他学者基于煤粉颗粒在煤岩通道和井筒中的受力状 态，建立了不同粒径煤粉在裂缝中启动临界流速旧。9 J 和在井筒中自由沉降的数学模型1 3J ，发现煤粉启 动临界流速和井筒中自由沉降速度随煤粉粒度减小 而减小，当煤粉粒径小于0 ．2m m 时，煤粉产出量与 流速呈正相关关系，当粒径在0 ．2 ～0 ．3m m 时，煤粉 产出量不随流速变化4 I ；另有学者以渗透率为着手 点，研究不同煤粉粒径、不同流速以及不同缝宽条件 下煤粉运移状态与渗透率的关系5 。“ J ，发现煤粉的 脱落增加了煤层的孔隙度和渗透率，而煤粉的沉积堵 塞降低了煤层的孔隙度和渗透率，煤粉产出量与煤岩 渗透率下降率成正比，且在初期对渗透率伤害较大， 驱替一定时间后渗透率下降速度减慢。 这些研究成果为煤层气单相水流阶段的排采管 控提供了理论依据。但煤层气井排采时，既有单相水 流，也存在着气／水两相流，实验研究气／水两相驱替 煤粉时的裂缝导流能力变化能为该排采相态下的防 煤粉措施制定提供理论基础。为此，笔者采用自制的 气一液一固三相驱替煤粉装置，进行气／水两相驱替煤 粉过程气相、液相渗透率变化实验，并基于建立的气／ 水渗流模型得出了气／水两相驱替煤粉引起的树脂一 煤芯柱样内裂缝导流能力的衰减特征。 1 实验材料与研究方法 1 ．1实验材料与主要仪器 1 ．1 ．1 实验材料制备 1 煤粉准备。实验所用的煤粉来自山西省长 平矿。将现场采集的煤块粉碎后使用不同粒级的筛 子把煤粉颗粒筛选为4 0 ～6 0 ，6 0 ～8 0 ，8 0 1 0 0 ， 1 0 0 ～1 5 0 ，1 5 0 ～2 0 0 ， 2 0 0 目6 种不同粒径的煤粉， 每种粒径煤粉准备2 0 0g 。 2 树脂一煤芯柱样制作。柱样制作时，考虑到 我国煤层原始渗透率普遍较低，煤层气开发时多进行 水力压裂等措施进行储层改造弘22 | ，若直接在原始 煤块上钻取煤柱进行实验，需要的驱替压力较大、驱 替时间长、煤粉产出少甚至不会有煤粉产出，与现场 煤粉在压裂后煤层裂缝中的运移情况存在一定偏差。 为了更好地模拟现场情况，本次实验利用透明胶带将 若干长约2 0m m ，宽约1 0m m ，高约5m m 的小煤砖均 万方数据 赵政等气／水两4 H 驱臀煤粉引起的煤裂缝导流衰减特征实验研究 3 8 5 5 匀缠绕至近似 2 5 [ I l l l l x 5 5m m 的煤芯，将煤芯放置 于内壁涂有高级润滑脂的4 , 5 0m i l l x1 0 0n l l l l 钢制模 具正中间部位，把配好的环氧树脂混合胶倒人模具中 至基本与煤芯等高后，将模具置于通风良好处晾晒， 7 2h 后用橡胶锤取出树脂一煤芯柱样并用砂纸将柱 样两端磨平，使树脂一煤芯柱样高度为5 0f i l m 若煤 i 占与塑料胶带问存在空隙，用少量软胶捕边密封 ， 如图l 所永。． 1 ．1 ．2 气一液一固三相驱替模拟实验原理 气一液一问i 相驱替模拟装置主要f } 1 高压气瓶、 气动泵、真伞泵、中间窬器、三轴夹持器 内径为 5 0m n ， 、压力汁、气体流{ 吐汁、液体流量汁、电脑、煤 粉收集器和若干管线等组成。其中高压气瓶、气动泵 等用来提供模拟所需的动力；中间容器用来盛放煤 粉一矿井水的混合液；二轴央持器里放置树脂一煤芯 柱样；压力计、气体流量汁等采集实验过程l } l 的压力、 气体流量数据；煤粉收集器用来收集驱替过程中的煤 粉 实验中也，{ j 来记录液体流量 。装置连接示意如 同2 所示。 7 L 体减㈦伺，L ㈨“I 图1 树脂一煤芯柱样 F i g ．1 R e s i n 一1 2 0 H I ‘ r es a m p l e H 2 7 i 一液一固二牛驱替模拟实验装氍 F i g ．2 E x p e r ir n e n t a ls e t u po fg a s 一㈤m I l i q u i dt h r e ep h a s eI l o o d i n gs i m u l a t 其驱替原理为将需要驱替的混合液装人中间容 器内，与此同时打开六通阀门上部的输气管路。，高压 气体通过气体减压阀、气体流量计，并通过六通阀门 与液一同相流体混合，一起注入样品容器内。， 1 ．2 研究方法及测试步骤 1 ．2 ．1 研究方法 首先进行无煤粉条件下气／水在树脂一煤芯柱样 中的渗流实验，作为空F t 样，得出树脂一煤j 卷柱样在 无煤粉条件下气、水流动规律。，然后在几乎相同初始 驱替压力下，分别进行6 种不同粒径 4 0 ～6 0 ，6 0 ～ 8 0 ，8 0 ～1 0 0 ，1 0 0 ～1 5 0 ，1 5 0 ～2 0 0 ， 2 0 0f ] 煤粉气／ 水两相驱替实验，根据计算得到的液相渗透率、气相 渗透率及仪器记录的驱替水J 矗、驱替气压随驱替时间 的变化，分析在驱替不同粒径煤粉时气体和矿井水的 渗流规律差异 基于气／水两相驱替不f 叫粒径煤时气体和矿井水 的渗流模型，将树脂一煤芯柱样内复杂裂缝简化为一 条水平等高裂缝，根据柱样在单相水驱替时的平均渗 万方数据 煤炭学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 透率及平板理论计算树脂一煤芯柱样内原始裂缝的 缝宽，结合拟合得到的气相渗透率与裂缝缝宽的公 式，定量描述气／水两相驱替不同粒径煤粉时气体流 动占据的裂缝缝宽、液体流动占据的裂缝缝宽及煤粉 封堵的裂缝缝宽随驱替时间的变化规律，并通过气、 液流动占据裂缝总缝宽的变化规律来表征裂缝在气／ 水两相驱替煤粉时的导流衰减特征。 实验加载的围压为4M P a ，轴压为2M P a ，实验 温度为2 5 ℃。 1 ．2 ．2 实验步骤 1 混合液配置。分别把6 种不同粒径的煤粉 与矿井水混合，配置成质量浓度为0 ．0 5g ／m L 左右的 煤粉一矿井水混合液3 0 0m L ，并准备无煤粉的矿井水 3 0 0m L ，备用。 2 装样。在中间容器内注入配置好的煤粉一 矿井水混合液 或无煤粉矿井水 ，将制作好的树 脂一煤芯柱样用超声波清洗干燥后装入三轴夹持器 中。 3 气密性检查。连接管路，打开各通道阀门， 由氦气瓶向中间容器注人气体，中间容器将气压转 变为水压传输至装置内各压力表，水压达到2M P a 稳定后关闭管路各阀门，憋压1h ，管路中各压力表 压力变化小于5 ％时即可认定装置气密性良好，关 闭管路各阀门准备实验。反之，利用滴肥皂水的方 法检查管路连接处并将漏气点重新连接，直至达到 实验要求。 4 进行实验。打开氦气瓶口安全阀、六通阀 门上部的输气管路，高压气体通过气体减压阀、气 体流量计、六通阀门进入三轴夹持器。打开阀门， 氦气驱动中间容器上部混合液经过六通阀门与气 体混合并一起注入三轴夹持器的煤样中 先通气再 通水防止混合液在驱替前直接进入气体管道，堵塞 气路或气体流量计，实验前1h 气体流量计有连续 示数认为实验合格 。实验停止产水前每隔1h 需 上下翻转震荡装有混合液的中间容器，减小煤粉大 量沉淀造成的实验误差，通过仪器上压力计、气体 流量计记录施工过程中驱替气压、驱替水压、气体 流量变化，利用煤粉收集器记录液体流量变化，至 气体流量计几乎不再发生变化、煤粉收集器内无液 体产出后停止实验。 实验过程中分别用液相渗透率和气相渗透率来 反映树脂一煤芯柱样导水能力及导气能力，其中液相 渗透率计算公式为 K 未鲁与 ㈩ 式中，民为测试柱样的液相渗透率，1 0 ’1 5n 1 2 ；L 为树 脂一煤芯柱样的长度，e m ；q 为矿井水通过柱样的流 速，m L ／s ；肛为水的黏度，m P a s ；r 为煤柱的半 径，c m ；p 。为入口端液体压力，0 ．1M P a ；p 2 为出口压 力，这里是大气压，即1 01 2 5P a 。 气相渗透率的计算公式为 Ⅳ一垄 碰。墨兰 旦⋯ 矿一竺 碰g 兰兰 r ， 、 1 。8 A p p 、。7 式中，K 为测试煤柱的气相渗透率，1 0 _ 5m 2 ；p 。为出 口压力，这里是大气压，即1 01 2 5P a ；q 。为气体通过 试样的流量，m L ／s ；／z 。为气体黏度，m P a S ；A 为试样 的截面积，c m 2 ；p 。为人口端气体压力，0 ．1M P a 。 5 清洗树脂一煤芯柱样。本次实验结束后将树 脂一煤芯柱样取出并用超声波清洗 至少清洗3 0m i n 使裂缝内堵塞煤粉完全排出，每次清洗5 ～1 0m i n 后 换水，防止水温较高软化树脂一煤芯柱样 ，清洗完成 并干燥1 2h 后可继续使用。 6 进行下一组实验。依次使用无煤粉矿井水、 6 种不同粒径煤粉一矿井水混合液进行驱替实验，记 录驱替气压、驱替水压、气体流量、液体流量、煤粉产 出量等变化。 2 实验结果与分析 2 ．1 无煤粉驱替时气、水通过树脂一煤芯柱样的渗 流特征 根据上述测试步骤及式 1 ， 2 得到无煤粉驱 替时气、水通过树脂一煤芯柱样的液相渗透率、气相 渗透率及其随驱替时间的变化趋势 图3 。 在图3 中，气相渗透率从实验开始就有示数显 示，而液相渗透率在实验11 5m i n 后才开始有示数， 这是由于气体流量计安装于减压阀的注气入口处，而 液体流量通过煤粉收集器上刻度来测量 不使用液 体流量计是防止气体、煤粉对其测试数据造成影 响 ，因此驱替初期会有气体流量显示，而混合液未 通过树脂一煤芯柱样时不会有液体渗透率显示。通 过无煤粉驱替时的空白对比试验认为入口端气压／ 水压在气、水正常通过树脂一煤芯柱样时会呈“逐渐 平缓”式下降，在对比的不同粒径煤粉驱替实验中可 根据入口端水压／气压在下降时的波动判断是否发生 了煤粉堵塞。 根据无煤粉气／水两相驱替时液相渗透率、气相 渗透率的变化规律，结合仪器液相渗透率测试数据滞 后的缺陷，对液相渗透率、气相渗透率进行趋势化处 理 图3 e ，根据处理后结果可以明显看出，在无 煤粉几乎相同初始压力下驱替时，树脂一煤芯柱样对 万方数据 第1Ij } I j 赵政等气／水嚼相驱特煤粉引起的煤裂缝导流衰减特征实验研究 3 8 5 7 气体和矿井水的导流能力基本呈管弦状变化，气体和 矿井水在通过树脂一煤芯柱样时相互争抢柱样内裂 缝李问，使裂缝在无堵塞情况下对液体的导流i l J ；和 对气体的导流能力产生波动 8 0 0m i n 后液相渗透率 与。i 相渗透率同H , j ’降低，主要是因为气／水从气体缓 冲瓶／中间容器内进入样品容器后后续压力未能及时 补充导致 。 取趋势化处理结果中1 0 0 ～6 0 0r a i n 受仪器影响 C ，‘ 一 o ≤ 嚣 划 热 ； 型 日 山 兰 ≥ 一 芒 i 苣 2 一 拟许时M ／m i n a 液十渗透 } E 二 皇 衍 制 巡 强 楚 较小、气／水流动相对稳定阶段拟合无煤粉气／水两相 驱替时气体、矿井水的渗流规律 拟合过程如图4 所 示 ，得到液相渗透率随驱替时问t 的变化趋势为 K 。 一0 ．0 1 89 9 s i n 0 ．8 4 98 “ r r t 0 ．7 8 97 一 0 ．0 4 26 8 3 气相渗透率随驱替时问z 的变化趋势为 K 。 0 ．0 0 56 1C O S 0 ．8 5 48 “ r r t 一0 ．9 9 29 0 ．0 130 4 4 g 二 o ≤ Z - ；- 制 瓣 ￡ ’J 日 L 三 ，王 一 ’J ≥ 墓 q K 替i i qI i i J ／i n i n b 7 渊I 渗透j 红 驱替时J l l J ／m i n C 。i ／液渗透二簪变化趋势 E 兰 o 嚣 恻 猕 2 X C ’，一 罔3无煤粉驱替I 时往样液相渗透率、气相渗透率及其整体变化趋势 F i g ．31 ．i q u i dp e i ’i n e a l l i l i t y ．g a sp e r m e a l f i l i t yi nt h es a m p l ea l l di t so v e r a l lc h a n g et r e i l I [ 1 n i e I ‘1 1 0p u l v e i l i z e dc o a ld i s I l a c e m e n l E 三 呈 ＼。 迎7 瓣 蚓 心 - ．4 楚 驱替时I l I ] ／m i n a 液相渗透牢 ∈ 呈 ＼ 迎 蒋 蚓 蝰 口 * 扩 图4 无煤粉7 i ／水两十H 驱卡孥时气体、液体渗流趋势 g K 铸时I l lJ ／m i n b 气十渗透；红 F i g ．4S e e p a g et r e n do fg a sa n dw a t e l i nt w o 一1 b a s ed i s t l a c e n l e n tw i t l I O t l lp u l w r i z e d , o a l 万方数据 3 8 5 8 煤炭学报 2 ．2 气、水驱替不同粒径煤粉时渗流特性 根据实验记匀乇气体／液体流造、人r I 端压力变化 及式 1 ， 2 汁算得出6 组不同粒径煤粉驱替过程 划‘三0 ．0 8 0 鉴苫0 ．0 4 8 妻主0 ．0 16 O ．15 0 ．0 9 0 ．0 3 1 ．0 0 0 ．9 0 O ．8 0 [ 二≤I ． 2 2 0q - 第4 5 卷 中液相渗透率和气相渗透率的变化曲线，如图5 所 示。气／水两相驱替6 组不同粒径煤粉时的主要实验 参数见表1 。 一面 0 ．9 彗皇 o 7 √ 05 I-40-60 r一1 r 一一] f J I 一、] r 。 E 【二二． ．。 02 0 04 0 06 0 0 8 0 0】0 0 0l2 0 0 02 0 04 0 0 6 0 08 0 010 0 02 0 0 f 。邀。二二 厂 6 0 ～8 0 卜 E 。i 。。u ．．．． r ＼～～⋯．．．，．一 驯| 罡∑一 03 0 06 0 09 0 02 0 015 0 0l8 0 021 0 024 0 0 驱替时间／m j n 图5 不同粒径煤粉气／ 卜＼～．～一．．。 00 4 5 0 ．0 2 7 00 0 9 1 ．0 O ．8 0 ．6 水两相驱棒实验结果 F i g ．5E x I e “l n e n l a ] r e s u h so fg a s w a l e l ’t w o p h a s e ‘l i s I l a 。e m e n lo t ’p u l v m i z e d ‘o a lw i l hd i f t e l ’e F Hp a t ，t ic l es i z P s 5 9 3刚∞∞ O 0 O u I o l ／睁 烟缝罩v、 ∞眄∞瞄 0 0 O ≈“乏＼』一乓善二 ‘J 5 5∞川∞} E o 一＼簪蚓蹬；u、 O 8 6吣∞川 O O O 冶一，一。一＼簪 蜊蹬三苌 9 7 S O O O 芒芝＼_ 一 v 逗2 一 如跚加 O O 0 日l三≥一 姜季二 0鲫O∞O如O加 ㈣ⅢO 叫∞许 ∞∞ O加0渤㈣㈣姗 ●n㈣帅跚晰 ㈣栅姗O O 8 6∞叭∞ 七一2 o 孓妒 图缝军l、 O 6 2％∞叭 O 0 O ’u一o一＼簪 阁跫罩是 ％踮”∞ O O O 0 付山至＼l～ u ≥兰一 ∞∞鲫 ●O 0 ≈cI主≥～ 芒普二 鲫㈣似0 U 0 i姗 季 ∞伽姗O跚鲫O∞O加 ㈣枷 0 i ∞朴 ∞0∞2O 5 5 5∞川∞七一 o 一＼簪 蚓蹬iu、 5 7 9脾∞∞ 0 O O u 一o l ／睁 吲一鼬兰*掣一 ∞ ∞ 鲫 O O 签芝＼兰 乓萼一一 0∞O如0如O ∞n ／O 、i 鲫⋯踏O i∞0 O∞O如 O0∞0∞O如0 ∞n，n ／ 0 n∞量；二∞驱 60∞0∞O 5， 7 D 0 ∞∞∞ 旧 旧 嘲 L 卜L C C gro一＼簪 刿辫三_、 日L互＼兰 y 署二 ∞ 如 0∞鲫加 H H O O O _u一。一。一＼* 日I享＼兰 蚓终王鬃 芒暮一一 0踟O∞O∞O加 ●n㈣№ O m ∞佧，删 ∞O∞O加O0∞O∞O20 ∞n●n 蝴帅 陆∞驱 6O “0如O E二ol／≮ 刿憋i ■ 七一 o I ／簪 蚓愁罩篷 ￡芝＼兰 u造f．I一 芷至＼兰 * 萼二 O∞2∞，-O鲫O 鲫n●m／ ∞间时∞驱 9 O ∞O如0 万方数据 第1 1 期赵政等气／水两相驱替煤粉引起的煤裂缝导流衰减特征实验研究 3 8 5 9 表1 不同粒径煤粉气水驱替实验参数对比 T a b l e1 C o m p a r i s o no fe x p e r i m e n t a lp a r a m e t e r so fp u l v e r i z e dc o a lw i t hd i f f e r e n tp a r t i c l es i z e sd r i v e nb yg a sa n dw a t e r 通过图5 可以发现，不同粒径煤粉在驱替时入口 端水压／人口端气压整体都表现为“下降一平稳一上 升一平稳”的趋势，即不同粒径煤粉在驱替一段时间 后都会对裂缝造成完全封堵。但随着煤粉粒径减小， 驱替产出混合液中煤粉质量浓度逐渐增大，停止产气 时间也有明显增加趋势。 由于气体分子直径相对于液体分子直径较小，在 部分并未完全堵塞的裂缝通道处，水分子由于毛细管 阻力无法流动，气体分子仍可自由通过，因此6 组实 验结果中气相渗透率降为0 的时间都会晚于液相渗 透率降为0 的时间。 通过气相渗透率、液相渗透率及其驱替压力的变 化，分别得到气／水驱替6 种不同粒径煤粉时气体和 矿井水的渗流规律 1 气／水携带4 0 ～6 0 目煤粉驱替2 0 0 8 0 0m i n 内，气、水相互争抢裂缝空间使气相渗透率和液相渗 透率产生相对波动，8 0 0m i n 后裂缝堵塞严重，树脂一 煤芯柱样气相渗透率、液相渗透率同时降低，直 至10 6 8m i n 后，气体和矿井水均不再产出，裂缝被 完全封堵。 2 6 0 一8 0 目煤粉在驱替前5 0 0m i n 气、水相互 争抢裂缝空问，5 0 0m i n 后裂缝堵塞严重，柱样气相渗 透率、液相渗透率相继降低，气相渗透率降速相对缓