煤炭学报

作者：梁卫国, 贺伟, 阎纪伟,

关键词：含煤地层, 力学特性, CO2 致裂, 裂纹扩展, 超临界 CO2,

含煤地层中含有大量的煤系气资源，高效开采煤系气资源对非常规油气资源开发利用与能 源革命具有重要意义与价值。 含煤地层中煤层与其他岩层叠置发育，增加了煤系气开采的难度。 在实验室进行了超临界 CO2(ScCO2)对含煤地层中的砂岩、煤样长时浸泡作用实验及其力学变化 特征的研究，并结合显微 CT 扫描，研究了水力压裂、液态 CO2 压裂和 ScCO2 压裂煤体后的裂缝分布 特征，揭示了煤样、砂岩在液态CO2与ScCO2压裂时的破裂特征及裂纹扩展控制机理。 研究结果表 明:1 ScCO2 浸泡对煤体力学特性弱化作用强于其对顶板砂岩力学特性的弱化。 ScCO2 浸泡 15，30 到 60 d 后，砂岩单轴抗压强度分别降低了 9.10%，21.97%和 48.93%，砂岩的弹性模量分别减小了12.70%，18.82%和 27.19%。 ScCO2 浸泡作用 20 d 后，弱黏煤、1 / 3 焦煤、贫瘦煤和无烟煤的单轴抗 压强度分别降低 65.25%，45.24%，56.02%和 67.94%，弹性模量分别降低 65.87%，52.50%，57.14% 和 65.91%。 2 煤体吸附 CO2 后膨胀变形导致其表面能减小，ScCO2 对煤中有机物的萃取及其进入 煤体微小孔裂隙内部导致煤体的孔隙压力增大，CO2 与水结合形成碳酸对煤中矿物的溶解是导致 煤体力学强度降低的主要因素。 3 含煤地层中 ScCO2 压裂优于水力压裂。 ScCO2 能够大幅降低煤 体、岩体的力学强度，减小煤体、岩体的破裂压力;CO2 分子能够进入到煤体、岩体的裂隙尖端，加速 煤岩体的损伤破坏，并形成多分叉、高曲折度、扩展距离远的复杂裂缝网络结构。

来源：2022年第7期

《煤炭学报》期刊编辑部

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