产品与服务

煤层气开采中煤储层参数动态演化的物理模拟试验装置

一、煤层气开采中煤储层参数动态演化的物理模拟试验装置简介

煤层气（煤矿瓦斯）的高效开采依赖于对煤储层参数（如渗透率、孔隙度、吸附/ 解吸特性、力学性质等）在开采过程中动态演化规律的精准把握。物理模拟试验通过在实验室构建可控的 “煤储层 - 开采” 模拟系统，复现煤层气开采中 “排水降压 - 气体解吸 - 煤体变形 - 渗流增强 / 衰减” 的动态耦合过程，是揭示储层参数演化机制、优化开采工艺的核心手段。

二、煤层气开采中煤储层参数动态演化的物理模拟试验装置核心目标与意义

煤层气开采的核心是通过排水降低储层压力，使吸附在煤基质表面的甲烷解吸，通过裂隙- 孔隙系统渗流至井筒产出。此过程中，煤储层参数会因压力变化（孔隙压力降低）、煤体变形（有效应力增加导致压缩或解吸膨胀）、裂隙演化（裂隙开启 / 闭合 / 扩展）发生动态变化，直接影响产气效率（如低渗储层可能因应力敏感导致渗透率骤降，高产储层可能因解吸膨胀促进裂隙连通）。

物理模拟试验的目标是：

量化不同开采阶段（排水降压期、产气稳定期、衰竭期）储层参数（渗透率、孔隙度等）的演化规律；

揭示参数演化与关键因素（地应力、储层温度、煤体力学性质、开采速率等）的耦合机制；

为现场开采参数优化（如排水速率、压裂设计）和产能预测提供实验室依据。

三、煤层气开采中煤储层参数动态演化的物理模拟试验装置核心组成与技术特征

1.多场耦合模拟系统

l应力加载模块：采用三轴或真三轴加载系统，模拟地层原位应力条件部分装置集成温度加载系统，模拟地层温度（如30-100℃）对煤储层热 - 流 - 固耦合效应的影响。

l流体渗流控制：通过高精度泵注系统模拟煤层气开采中的气体解吸与水驱过程。多煤层合采装置还可独立控制各层注气/ 抽水速率，研究层间干扰机制。

2.动态监测与可视化技术

l多参数实时采集：集成压力传感器（精度±0.1% FS）、应变片（分辨率 1με）、流量传感器等，同步监测煤样内部压力、变形及流体运移数据。例如，重庆大学的多层叠置含气系统装置在煤样中布置40 个压力测点，可捕捉层间压差引发的流体倒灌现象

l可视化观测手段：采用低场核磁共振（LF-NMR）与MRI 成像技术，实时追踪孔隙 - 裂隙结构演化。如安徽理工大学团队利用 T₂谱分析不同应力阶段吸附孔隙（AP<0.3ms）、渗流孔隙（0.3ms3ms）的动态变化，发现渗透率与孔隙分形维数呈负相关。部分装置还配备针孔摄像头，伸入井眼监测井壁变形破坏过程。

3.煤样制备与密封技术

l型煤重塑工艺：通过破碎- 筛分 - 压制流程制备直径 50-100 mm的柱状煤样，控制粒度分布（如 <0.15 mm 占比> 80%）以模拟天然煤体孔隙结构。重庆大学的装置采用7.5 MPa 成型压力和1 小时保压，确保煤样力学性质与现场煤储层匹配。

l高压密封设计：采用双层O 型圈 + 金属波纹管组合密封，可承受30 MPa围压与孔隙压力，泄漏率低于0.01 mL/min。