張帥(中石油煤層氣有限責(zé)任公司韓城分公司， 陜西 韓城 715400)

抽采長(zhǎng)度對(duì)煤層氣開(kāi)采效果的影響探究

張帥(中石油煤層氣有限責(zé)任公司韓城分公司， 陜西 韓城 715400)

本次研究運(yùn)用多場(chǎng)耦合煤氣開(kāi)采物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，建立三維動(dòng)態(tài)的物理模擬實(shí)驗(yàn)，可以看出在不同的開(kāi)采長(zhǎng)度的條件下，氣體的壓力都是從鉆孔中心的周圍開(kāi)始下降。

采礦工程；煤層氣開(kāi)采；多場(chǎng)耦合；氣體壓力

通過(guò)對(duì)我國(guó)瓦斯抽采防止煤體瓦斯問(wèn)題發(fā)生的分析，在對(duì)瓦斯進(jìn)行治理的過(guò)程中，一般都是通過(guò)開(kāi)發(fā)利用煤氣層的方式。我國(guó)的煤層儲(chǔ)存具有地滲透性特征，所以，在進(jìn)行煤層瓦斯的抽采中容易陷入不利的問(wèn)題。

1 試驗(yàn)方案和步驟

1.1 煤樣采集和試件制作

每次研究分析的是重慶某地區(qū)的煤層煤樣，此煤層非常的疏松和破碎，所以在開(kāi)采的過(guò)程中危險(xiǎn)性比較大。在對(duì)不同的粒徑條件下的石膏粉的含量進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)瓦斯煤的力學(xué)滲透特性進(jìn)行分析，選擇優(yōu)質(zhì)的煤層開(kāi)采技術(shù)。在應(yīng)變條件不變的前提下，對(duì)原煤和對(duì)比型煤的滲透率進(jìn)行分析，在相同的應(yīng)變條件下，煤型的主應(yīng)力差比原煤要小。

1.2 試驗(yàn)裝置和傳感器的布置

在進(jìn)行物理試驗(yàn)的過(guò)程中，試驗(yàn)裝置是自主研發(fā)的，采用多場(chǎng)耦合煤層氣開(kāi)采的方式，該系統(tǒng)主要是采用鋼板構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了完善的充氣模式，從而可以對(duì)瓦斯的來(lái)源進(jìn)行模擬。試驗(yàn)裝置中有伺服加載系統(tǒng)，這項(xiàng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了垂直化的分布，并且在箱體的上方形成了壓板的中心，從而確保煤樣在排列的過(guò)程中箱體可以均勻的受力。抽采系統(tǒng)可以分成外管和內(nèi)管，在使用的過(guò)程中，外管起到保護(hù)的作用，內(nèi)管主要是抽采的作用，在本次試驗(yàn)中，抽采管在透氣的區(qū)域，并且形成等間距的透氣孔，在左端的密封凸緣和護(hù)壁之間形成了密封圈，通過(guò)對(duì)管子調(diào)節(jié)的效果的改變，從而使密封圈的位置得到改進(jìn)。

1.3 試驗(yàn)方案

在本次試驗(yàn)中，抽采的長(zhǎng)度對(duì)箱體的各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的壓力參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)管子長(zhǎng)度的改變，從而實(shí)現(xiàn)了不同長(zhǎng)度的抽采，在不同的區(qū)域進(jìn)行抽采。全區(qū)抽采的長(zhǎng)度為護(hù)壁管的長(zhǎng)度，不同的抽采長(zhǎng)度也形成了不同的煤樣參數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 抽采過(guò)程中煤層瓦斯壓力的時(shí)間演化規(guī)律

在進(jìn)行抽采的過(guò)程中，應(yīng)該分別沿著X軸和Y軸的方向進(jìn)行，并且設(shè)計(jì)好鉆孔的曲線，鉆孔的曲線設(shè)計(jì)成Z軸，然后按照氣體壓力傳感器測(cè)點(diǎn)的方式，對(duì)同一抽采的長(zhǎng)度進(jìn)行分析，在抽采長(zhǎng)度相同的條件下，分析不同的位置氣體壓力的規(guī)律，對(duì)傳感器的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，形成壓力和時(shí)間的曲線圖。在抽采的初期，各個(gè)測(cè)點(diǎn)的壓力下降的幅度非常大，隨著氣體壓力和時(shí)間的曲線逐漸趨于平緩，箱體斷面的氣體壓力下降會(huì)非?？?，氣體壓力降低的速度與抽采的左側(cè)密封呈現(xiàn)重要的聯(lián)系。通過(guò)整體開(kāi)采效果的分析，可以看出與抽采口的距離越近，那么測(cè)點(diǎn)的氣體壓力下降的幅度就越大。通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，在每層內(nèi)瓦斯的滲流會(huì)產(chǎn)生很大的壓力梯度，而且濃度梯度也會(huì)產(chǎn)生很大的變化，這是由于煤層中的瓦斯?jié)B流會(huì)存在一定的阻力，在阻力的影響下，導(dǎo)致啟動(dòng)的壓力上升。在抽采的最初階段，箱體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生最大的氣體梯度，隨著瓦斯在鉆孔內(nèi)的流動(dòng)，氣體的壓力會(huì)逐漸的下降。在瓦斯逐步的耗盡后，吸附的瓦斯開(kāi)始產(chǎn)生壓力差，而且隨著濃度的變化，也會(huì)相應(yīng)的產(chǎn)生濃度差，箱體內(nèi)產(chǎn)生的壓力梯度就會(huì)比較明顯，而且瓦斯的排放速度在逐步的下降。最后瓦斯的壓力會(huì)比大氣壓大，并且展現(xiàn)出位置的變化。

在連線的選取的過(guò)程中，要對(duì)第二斷面的鉆孔中心進(jìn)行選擇，然后確保連線的方向與三個(gè)坐標(biāo)軸平行，然后將點(diǎn)連接起來(lái)，繪制不同壓力狀態(tài)下的曲線圖，各個(gè)測(cè)點(diǎn)下，氣體的壓力都呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，而且下降的速度和鉆孔中心的距離呈現(xiàn)聯(lián)系。由于氣體壓力差和氣體壓力流量存在直接的關(guān)系，所以，在對(duì)抽采效果進(jìn)行表述的過(guò)程中，應(yīng)該采用氣體壓力差進(jìn)行。隨著抽采長(zhǎng)度的不斷完善，在抽采結(jié)束前，氣體壓力會(huì)降低，氣體的壓力也會(huì)相應(yīng)的降低，對(duì)應(yīng)氣體的壓力降低的幅度也比較明顯。

2.3 抽采過(guò)程中煤層瓦斯壓力的空間演化規(guī)律

在同的抽采長(zhǎng)度條件下，抽采的過(guò)程中中，瓦斯的壓力場(chǎng)發(fā)生了很大的變化，而且在不同的位置，氣體的流動(dòng)速度和流向發(fā)生很大的變化，在對(duì)氣體的來(lái)源進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)抽采過(guò)程中不同的位置對(duì)抽采的效果分析，可以及時(shí)的分析煤體流動(dòng)趨勢(shì)的變化，從而為抽采的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

在不同的長(zhǎng)度下，進(jìn)行煤層氣的抽采，抽采的方式存在差異，所以，應(yīng)該對(duì)不同長(zhǎng)度的煤層氣抽采的壓力進(jìn)行分析，找出壓力的變化規(guī)律，提高抽采的效率。

[1]劉東,許江,尹光志,王維忠,彭守建,梁永慶.多場(chǎng)耦合煤層氣開(kāi)采物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的研制和應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2014,(S2):3505-3514.

[2]楊新樂(lè),任常在,張永利,郭仁寧.低滲透煤層氣注熱開(kāi)采熱-流-固耦合數(shù)學(xué)模型及數(shù)值模擬[J].煤炭學(xué)報(bào),2013,(06):1044-1049.

[3]陸小霞,黃文輝,唐修義,敖衛(wèi)華,張守仁,劉素平,賈頤昆,劉浩.沁水盆地南部15號(hào)煤層頂板灰?guī)r特征對(duì)煤層氣開(kāi)采的影響[J].現(xiàn)代地質(zhì),2012,(03):518-526.