CO2状态与各向异性对烟煤渐进破坏特征影响的实验研究

为探索CO2驱替煤层气开采工程中储层的力学特性,对烟煤试样分别开展不同压力(4,6,8和12 MPa)下的CO2吸附实验、巴西圆盘劈裂实验、低温氮吸附实验和断口分析,研究CO2状态与各向异性对烟煤渐进破坏力学响应的影响.结果表明,烟煤的巴西劈裂强度(σt)和劈裂模量(ET)受CO2吸附作用影响均呈现先减小后增大的趋势,8MP超临界态CO2吸附作用使得σt与ET降低幅度最大,分别为49.8％,33.9％.受各向异性影响,3种类型烟煤试样σt大小顺序为:Divider型＞Arrester型＞Short transverse型.随着CO2压力增大,烟煤的破坏特征呈现出由突然失稳到渐进失稳再到突然失稳的转变规律.同时,CO2吸附效应削弱了烟煤基质与层理面,导致各向异性烟煤的破坏轨迹随CO2压力增大而愈加复杂,可分为单一破坏、多源破坏和碎裂破坏轨迹3大类,并进一步地细划分为12个亚类.CO2与烟煤相互作用改变了烟煤比表面积、总孔体积、孔径分布均匀性.这种微细观结构的改变与其宏观力学特性有关,影响了烟煤的力学性质与破坏特征.研究结果可为CO2驱替煤层气开发工程中储层改造、稳定性评估及高效开采工艺探索提供一定的参考价值.