高压注水对煤岩渗透性的影响

煤层高压注水是最常用的一种煤层气压裂技术,煤层高压注水不仅是一种煤与瓦斯突出的防治措施,而且也是煤层增透的主要措施之一。本文主要测试分析高压注水是不同注水时间和不同注水压力对煤岩渗透性的影响。研究结果表明,随着注水时间和注水压力的增加,煤岩渗透率都有明显提高,但是在高压注水4 h和高压注水20 MPa后煤岩渗透率的增长速度减慢。     

煤岩全应力应变过程渗透性特征试验研究

在MTS815岩石伺服试验机上进行了煤岩全应力-应变过程中的渗透性试验,揭示了煤岩在变形破坏过程中的渗透率变化规律。试验结果表明,应变-渗透率曲线与应力-应变曲线变化趋势基本一致,但表现出相对“滞后”的特点,表明渗透率的变化与其损伤演化过程密切相关,同时煤体通过其内部裂隙的渗透需要一定的时间过程。同其他沉积岩石相比,煤岩微结构及微组分复杂多样,不同煤岩类型其渗透率相差很大。同时,由于煤岩微孔隙裂隙相对较发育,其渗透率受有效围压的影响更明显。     

煤岩特性对平顶山矿区煤储层渗透性的影响初探

煤层甲烷生产开采中，煤储层的渗透率是一个关键储层特征，本文试图从煤岩学角度研究预测煤储层渗透性的相对大小，通过煤层几何形态，煤岩组成，煤级，煤中矿物，构造煤分布及割理裂隙的分析，认为二：煤的渗透率比三９－１０煤相对要好；区域上本区东部的渗透性能相对比较好，可作首选靶区。     

细颗粒对钙质砂渗透性的影响试验研究

钙质砂地基的渗透性是影响人工灰沙岛地下淡水形成的重要因素,而细颗粒的含量及其赋存状态对渗透性有重要的影响,为此开展了不同细颗粒含量的钙质砂渗透性试验研究。选用南海某岛的钙质砂,基于不同细粒配比的钙质砂样常水头渗透试验,分析细颗粒对钙质砂地层渗透性的影响。试验结果显示,促使钙质砂渗透性发生明显变化的粒级为≤0.075mm范围。当最小粒径≤0.075mm时,钙质砂的渗透系数量级为10^-2cm/s,呈中透水性。当最小粒径介于0.075~0.500mm时,渗透系数量级为10^-1cm/s,呈高透水性。钙质砂最终稳定渗透系数与细粒含量之间表现出不同的规律:(1)当细颗粒含量小于9%时,渗透系数随细粒含量的增加而缓慢减小;(2)当细颗粒含量在9%~24%时,渗透性随细粒含量的增加而迅速减小;(3)当细颗粒含量大于24%时,渗透性随细粒含量的增加变化不大。影响渗透系数的细粒含量存在着由试样骨架形成的孔隙决定的,反映孔隙最佳充填时的细粒含量界限值,充填不佳或过量细粒均可能在渗透作用下发生细粒运移流失。     

颗粒运移对蒋家沟土体渗透性影响的试验研究

对蒋家沟流域泥石流源区两种分散性不同的土(G1土具有强分散性,G2土无分散性)进行室内土柱自滤试验,研究了土柱在常水头(水头为5 cm)渗流过程中颗粒运移对土柱不同部位渗透性的影响。入渗液采用了煮沸过的清水与浓度为1 g/L的悬浮液(悬浮颗粒的粒径范围为1.6～104.74μm)。在清水渗流过程中,两种土样的入口处土层渗透性随着时间而增大,出口处土层的渗透性先增大后减少。在悬浮液渗流过程中,两种土的各土层的渗透性都有下降趋势,但在入口处土层最为显著,G1土样下降了一个数量级以上,G2下降了近两个数量级,且G2土所用时间较G1土短,即G2土的渗透性减少速率更加明显;两土柱中渗透流量都有显著减少。研究表明:土体的分散性在颗粒运移过程逐渐占主导地位,即强分散性土自身颗粒的运移明显,能抵消一部分外来颗粒的积聚堵塞作用。从试验结束后土柱的外观图像观察也发现,入渗的悬浮颗粒在土柱的各个位置都有分布,但主要沉积在入口处,这与土柱各层渗透性的变化相吻合。此外,两种土流失的颗粒都只是集中于渗流的开始阶段,流失颗粒粒径范围集中在数微米至数十微米之间。     

孔隙压力对煤岩基质解吸变形影响的试验研究

煤层气开采过程中,伴随着煤层气不断地吸附、解吸和渗流,煤体产生变形,极易导致煤和瓦斯突出事故。以晋城天地王坡煤矿为例,通过实验室内试验,模拟煤层气在复杂地层漫长的形成和逐渐开采过程,得到了孔隙压力与解吸量、应变的变化关系,并拟合得出其相应关系表达式,揭示了一些新的规律:(1)初期解吸速度较快,解吸量随时间的增长而不断增加,后期解吸速度减缓,解吸量逐渐趋于稳定;(2)孔隙压力与解吸量、应变呈现抛物线曲线关系,随孔隙压力的升高,吸附和膨胀变形占主导,其值均在增大;(3)存在最小孔隙压力值,随孔隙压力的增大,解吸时间增长,孔隙压力越小,吸附解吸规律越不明显,对于晋城天地王坡煤矿3#煤样,该值在1.0MPa左右;(4)不同加载方式对解吸量和变形量影响较大,先部分加载吸附后全部载荷解吸结果同比加全部载荷吸附解吸结果高13%～77%。试验结果可为煤层气(CBM)抽放安全和煤与瓦斯突出防治提供理论依据。     

温度和有效应力对砂岩渗透性影响的试验研究

为探讨温度和有效应力对渗透性的影响,在不同温度水平和不同有效应力水平下进行了砂岩的渗透率试验。根据试验结果,初步分析了温度和有效应力对砂岩渗透率及其水力传导系数的影响。试验结果表明,砂岩的渗透率及其水力传导系数都是温度和有效应力的函数:在温度一定的条件下,砂岩的渗透率和水力传导系数均随有效应力的增加而呈负指数规律减小;在有效应力一定的条件下,砂岩的渗透率随温度的升高而减小,但水力传导系数与温度之间的关系函数并非单调函数。因此,在工程实践中不考虑温度和有效应力对岩石 (体)渗透性的影响是不合适的。     

污水环境对水泥土渗透性能影响的试验研究

现多数水泥土防渗工程都间接或直接的与地下腐蚀性介质环境接触,会导致水泥土防渗性能的降低甚至失效。因此,通过室内模拟试验,设计了不同的水泥掺入比,进行了在污水和清水环境下水泥土的渗透性能试验,研究了在不同龄期下水泥土的渗透系数变化规律,并同时分析了渗透后水泥土中离子浓度的变化规律。试验结果表明,在清水环境下,随着龄期的增长,水泥土的渗透系数逐步减小,60 d后随着龄期的增加,水泥土渗透系数减小的程度越来越缓慢;在污水养护条件下,龄期在60 d之前,水泥土渗透系数逐步减小,龄期在60 d之后,由于水泥土被侵蚀,致使水泥土随着龄期的增加,水泥土的渗透系数逐步增大;无论是清水还是污水环境,随着水泥掺量的增大,其渗透系数均逐步降低;在污水环境中,随着龄期的增加,其水泥土中的Ca2+,Mg2+,Cl?, 浓度均逐步增大,而清水环境中Mg2+,Cl?, 浓度均逐步减小。其研究成果可为水泥土防渗工程的抗渗性和耐久性设计和应用提供技术参数,具有重要的工程意义。     

煤层气钻采工作液对煤岩储层应力敏感性影响试验

煤岩气藏钻井、完井和增产改造等环节,不同类型工作液与储层接触相互作用,必将对储层的应力敏感性产生影响。选取宁武盆地中煤阶煤岩,系统开展了不同类型工作液作用人造裂缝煤样的应力敏感性试验。试验结果表明,人造裂缝煤样应力敏感系数为0.73,工作液作用后应力敏感系数为0.79~0.94。通过应力敏感系数对比分析表明,工作液作用下煤岩的应力敏感性强于致密砂岩和页岩。结合岩石力学试验结果可知,煤岩裂隙发育有利于工作液的侵入,工作液作用后煤岩强度降低使裂缝更容易闭合,强化了煤岩储层的应力敏感性。研究成果可为煤层气井钻完井、增产改造和开采过程中煤层气储层保护提供基础参数。     

外加剂对低温水泥浆性能的影响试验研究

为解决在普通硅酸盐水泥（P.O42.5）或混凝土施工中遭遇低温环境而不能顺利凝固的问题。对普遍使用的硅酸盐水泥进行了基础性能测试试验,使用早强剂与高效减水剂对水泥进行调整性能,寻找出最佳的调整方案,对比调整前后水泥浆及水泥石强度等各项数据。结果表明10%早强剂、2‰JSS高效减水剂的调整方案较好地改善了水泥浆的流动性、凝结时间、水化热放热速率、结石率及水泥石的早期强度等问题。研究成果对低温条件下的混凝土施工有一定的参考价值。     

非饱和重塑黏土渗透性试验研究

工程中常常遇到非饱和土渗流问题,其渗透性是非饱和土的重要研究内容。采用常规压力板仪详细研究了重塑黏土在3种不同击实功和5种不同击实含水率下的土-水特征曲线,并用变水头法测量了相应的饱和土渗透系数。结合土水曲线和饱和渗透系数,基于Van Genuchten模型和Fredlund模型,详细探讨了重塑非饱和重塑黏土在不同击实条件下的渗透性。结果表明,土样饱和渗透系数随着击实含水率的增大而减小,且随着基质吸力的增大土样渗透性差别逐渐减小。当试样吸力达到1 MPa时,可认为不同击实含水率下试样的渗透性基本相同;在轻型击实和简化轻型击实下,试样渗透性很相似。重型击实功下试样的渗透系数和轻型击实下土样渗透系数的比值 随着吸力的增大而逐渐增大,在饱和状态时比值约为1/100,当吸力达到1 MPa时比值逐渐稳定在1/10右。     

非饱和黄土渗透性的试验研究

通过对甘肃陇西地区的湿陷性黄土做现场浸水试验和室内渗透试验、粒度分析试验,得到了陇西黄土的渗透系数(K20)随孔隙比(e)和吸力(S)的变化规律,为研究黄土浸水入渗规律,求解湿陷性黄土非稳态渗流方程做了必要的准备.     

重塑马兰黄土渗透性试验研究

为了研究干密度和初始含水率对重塑黄土渗透性的影响,对延安新区I期工程所取的重塑马兰黄土进行了饱和渗透试验。结果表明:在非饱和状态,干密度对饱和时间的影响最为显著,饱和时间随干密度的增大而增大,而初始含水率对饱和时间的影响不明显。重塑马兰黄土的渗透系数随着干密度的增大而减小,其关系可以拟合为幂函数关系。在一定干密度范围内,渗透系数随初始含水率的增大而减小,其关系可以用直线关系拟合。渗透系数与孔隙比之间可以用幂函数关系拟合,渗透系数随孔隙比的减小而减小。初始含水率、干密度以及孔隙比都是影响重塑黄土渗透性的重要因素,其主要是通过对试样微结构的影响而影响渗透系数。该研究对延安新区的工程建设具有一定的理论指导和实际应用价值。     

复合土工膜渗透性能试验研究

以高密度聚乙烯复合土工膜为试验材料,利用柔性壁渗透仪测定一定时间间隔通过复合土工膜的渗透量,通过计算求得复合土工膜的渗透系数,分析渗透系数随渗透压和渗透压应力路径的变化规律。利用扫描电子显微镜拍摄复合土工膜的照片,从微观结构上揭示了渗透系数变化的原因。试验结果表明:柔性壁渗透仪可以精确测定复合土工膜的渗透性能参数;复合土工膜在0.1MPa的有效应力作用下,渗透压从0.1MPa增大到0.6MPa的范围内,渗透系数有3种变化趋势,分别是渗透系数基本不变、渗透系数随渗透压的增大而增大和渗透系数随渗透压的增大而减小。复合土工膜物理性质的不均匀性和渗透通道的形态是影响防渗效果的主要因素。     

粒状介质渗透性的试验研究

渗透系数是衡量粒状介质渗透性的最基本参数。因为受很多因素的影响,所以要准确地确定常是不容易的。通过本文的试验和分析,我们认为,粒状介质的渗透性是由外因(水力梯度)和内因(粒状介质本身和流体)综合作用的结果,完全可以用一个统一的公式来表达,而且可不经复杂试验,便较准确地确定其渗透系数。     

混凝土浇筑施工对穿黄隧洞衬砌垫层渗透性影响试验研究

在南水北调穿黄隧洞衬砌混凝土浇筑施工中有可能对衬砌垫层渗透性造成影响的因素主要有压力、混凝土塌落度、浇筑时间、振捣方式等。通过模型模拟试验方法,对衬砌施工工况下上述各因素的影响进行研究。结果表明,法向压力可使垫层土工织物渗透性降低并趋近于某一特定值;混凝土塌落度、浇筑时间对渗透性有一定影响,但不同塌落度、浇筑时间影响差别不明显,而不同振捣方式可使土工织物渗透性降低1～2个数量级。为克服以上因素的影响,推荐三维结构的排水土工网作为穿黄隧洞衬砌垫层材料。     

盐分影响重塑黄土渗透性的微观机制试验研究

“治沟造地”修建水库,导致土地盐渍化,而盐渍土的渗透性是影响工程设计、施工安全的重要因素,因此阐明不同盐分含量及类型条件下的重塑黄土渗透性至关重要。通过制备不同盐分含量的钠、钙盐重塑黄土试样,开展一系列室内变水头饱和渗透试验,探析重塑黄土渗透系数随盐分含量的变化规律。结果表明：随盐分含量增加,重塑黄土饱和渗透系数逐渐减小,两者呈负指数相关,含盐重塑黄土渗透系数与不含盐重塑黄土相比均有不同程度减小;同一盐分含量条件下,钙盐黄土的渗透系数小于钠盐黄土的渗透系数。采用核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR）技术,测取重塑黄土的孔隙水赋存状态与孔隙结构随盐分含量与类型的变化;当盐分含量小于2%时,随盐分含量增加,孔隙水赋存状态与孔隙结构的变化使重塑黄土渗透系数迅速减小;当盐分含量大于2%时,随盐分含量增加,孔隙水赋存状态变化使重塑黄土渗透性增加,而孔隙结构变化使重塑黄土渗透性减小且对渗透性的影响占主导,因此重塑黄土的渗透系数缓慢减小;同一盐分含量条件下,钙盐重塑黄土的孔隙水赋存状态和孔隙结构的变化比钠盐重塑黄土更显著。     

煤岩动静力学参数关系试验研究

煤岩的动、静力学参数关系的试验研究,对研究煤岩的位移和变形特征及工程支护设计具有重要意义。将取自新河煤矿3煤的煤样加工成Φ50 mm×100 mm的圆柱体标准试件;采用500 kHz频率的纵横波换能器分别进行纵横波速度测试;在MTS815.03电液伺服试验机上进行单轴压缩试验,得到静态弹性模量和泊松比。试验结果表明:煤岩动弹性模量与横波速度相关性强于与纵波速度的相关性,煤岩介质的纵波对孔隙和裂隙发育程度的敏感程度要比横波高;煤岩试件Ed/Es比值主要集中在1.4~1.7,室内煤岩试件动、静弹性模量和动静泊松比之间存在较好的线性相关关系。     

黄河河床沉积物渗透性的试验研究

本文应用竖管测定法对黄河中游龙门—潼关段的河床沉积物的渗透性进行了试验研究,测得了黄河河床沉积物的垂向渗透系数和水平渗透系数;应用地下水模拟软件,研究了河水与地下水的相互作用,为研究黄河水与地下水相互关系奠定了基础。     

三轴围压下煤岩吸附膨胀特性与渗透性动态变化

煤层气排采过程中煤储层孔隙度和渗透率的动态变化,是煤层气开发地质研究的热点之一。本文利用晋城无烟煤样,分析了三轴应力条件下煤岩的应力-应变效应,讨论了煤样渗透率的动态变化规律。结果表明,围限压力条件下,煤岩吸附甲烷后其抗压强度明显增大;煤样最大径向吸附应变与孔隙压力的关系,可用朗格缪尔方程形式予以描述;煤岩渗透性与有效应力、煤岩吸附膨胀量均呈负指数关系,说明两者对煤岩渗透性影响的实质相同,即煤岩孔隙、裂隙受到应力作用逐渐减小或闭合。同时,在较低孔隙压力条件下,需考虑克林伯格效应对煤层渗透性的影响。经检验,S-D模型能够较为客观地预测煤岩渗透性动态变化规律。