【摘要】 结合现场CT技术，研究了烟煤在原位水蒸气热解条件下的渗透率演化规律。分析了过热蒸汽耦合THMC环境下渗透率的变化机理以及过热蒸汽对渗透率的影响。

能源和资源的开发利用是人类文明的基础。煤炭作为地球上储量最丰富的化石燃料，占全球化石燃料总量的50%以上，支撑着经济社会发展[1]。然而，由于煤炭的不断利用，浅层资源已几近枯竭。与此同时，对煤炭资源的需求正在推动他们对经济开采难度较大的深部开采进行勘探[2]。与此同时，由于煤炭燃烧会排放温室气体，人们对煤炭的兴趣正在减弱。因此，有必要以更加经济、绿色、环境友好的方式开发这些资源[3-6]。结合现场CT技术，研究了烟煤在原位水蒸气热解条件下的渗透率演化规律。分析了过热蒸汽耦合THMC环境下渗透率的变化机理以及过热蒸汽对渗透率的影响。主要结论如下：1)在高温环境下，由于瓦斯吸附膨胀，烟煤渗透率与孔压成负对数关系。2)烟煤渗透率随温度的变化呈“V”字形变化，具有明显的阶段性特征：在300-400◦C温度范围内渗透率持续下降，400-600◦C温度范围内呈分段线性增长。3)烟煤渗透率的变化不是单一因素作用的结果，而是THMC耦合作用的综合结果。在300-400◦℃，煤样在水热作用下软化，外部应力迫使裂隙闭合，导致渗透率衰减。在400-600◦℃时，过热的蒸汽和热能促进煤的热解，导致更多的渗流通道。尽管外应力对煤的持续压缩抑制了孔隙裂隙的扩展，但前者在促进渗透率方面起主导作用，从而导致渗透率的增加。从CT图像中获得的裂缝和孔隙度与渗透率演化具有高度的一致性。4)在400◦C以上，过热水蒸气以其良好的对流导热、驱动作用和参与化学反应，促进煤样的热解和渗透率的提高，对煤样的原位水蒸气热解具有重要意义

 

[1] Flores RM. Coalbed methane: from hazard to resource. Int J Coal Geol 1998.https://doi.org/10.1016/S0166-5162(97)00043-8.

[2] Kelly KE, Wang D, Hradisky M, Silcox GD, Smith PJ, Eddings EG, et al.Underground coal thermal treatment as a potential low-carbon energy source. FuelProcess Technol 2016;144:8–19. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2015.12.006.

[3] Zhang HR, Li S, Kelly KE, Eddings EG. Underground in situ coal thermal treatmentfor synthetic fuels production. Prog Energ Combust 2017;62:1–32. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2017.05.003.

[4] Wu Z, Fan L, Liu Q, Ma G. Micro-mechanical modeling of the macro-mechanicalresponse and fracture behavior of rock using the numerical manifold method. EngGeol 2017;225:49–60. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2016.08.018.

[5] Gneshin KW, Krumm RL, Eddings EG. Porosity and structure evolution during coalpyrolysis in large particles at very slow heating rates. Energy Fuel 2015;29:1574–89. https://doi.org/10.1021/ef502739k.

[6] Wang L, Yang D, Kang Z. Evolution of permeability and mesostructure of oil shaleexposed to high-temperature water vapor. Fuel 2021;290:119786. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119786. 2021.

 

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