电-化学复合能脉冲致裂煤储层增渗机理OA

【背景】电-化学复合能脉冲致裂技术(金属丝电爆炸引爆含能材料)可有效改造煤储层孔隙结构并提升煤层渗透性。阐明其对煤体孔裂隙改造尺度及瓦斯解吸规律的影响机制,可为该技术在煤层增渗领域的推广应用提供理论依据。【方法】以山西潞安漳村矿煤样为研究对象,依托自主搭建的电-化学复合能脉冲致裂煤岩实验平台,开展了脉冲致裂煤体实验研究。采用高压压汞法、液氮吸附法和CO_(2)吸附法,对致裂前后煤体孔隙结构特征进行了定量测试与表征,其中高压压汞法用于表征大孔(>50 nm),液氮吸附法用于表征介孔(2~50 nm),CO_(2)吸附法用于表征微孔(<2 nm)。进一步通过瓦斯吸附-解吸实验,系统研究了脉冲致裂作用前后煤体瓦斯解吸特性的变化规律,并利用扫描电子显微镜(SEM)对比分析了致裂前后煤基质中裂隙的发育形态与分布特征。【结果】致裂后大孔孔容在特定尺度范围内表现出明显增加,其中孔径约为140 000 nm的大孔孔容提高了29.7%。介孔平均孔径整体呈现增大趋势,但其孔容降低了34.8%,比表面积减少了16.94%;微孔孔容亦出现一定程度的下降,这主要归因于脉冲致裂后介孔发生扩孔及向大孔的转化作用。在瓦斯吸附压力为0.5、1.5和2.5 MPa条件下,脉冲致裂后煤样在120 min内的甲烷累计解吸量及解吸速率均明显提高。扫描电子显微镜观察进一步揭示了脉冲致裂后煤体的典型冲蚀破坏特征,主要表现为煤基质剥离及其邻近区域孔隙与裂隙的发育,同时伴随新生锯齿状裂隙的形成以及孔-裂隙连通结构的显著增强。【结论】电-化学复合能脉冲致裂作用于煤储层后,煤体内部发生了由微孔向介孔、介孔向大孔并进一步向裂隙演化的逐级转化过程,显著提升了孔-裂隙体系的连通性。为瓦斯的解吸、扩散与运移提供通道,从而有效提高了瓦斯解吸速率和解吸量。上述认识从煤孔隙结构演化与瓦斯解吸机理层面揭示了电-化学复合能脉冲致裂的增渗机制,为该技术在煤层增透领域的工程应用与推广提供了可靠的理论支撑。