密封性能的新型固化材料:力学性能和应力敏感性特征的毛孔

文摘

Borehole-sealing固化材料发挥了重要作用,改善密封质量,提高瓦斯抽放性能。在这项研究中,MTS815电液三轴伺服试验系统和MR-60 NMR测试系统采用控制进行三轴压缩实验煤样材料,混凝土材料,分别和新的固化密封材料。本文旨在分析支持的不同影响,孔隙度和应力敏感性之间的材料。实验结果表明,在相同应力条件下,传统的混凝土固化材料的刚度是最大的,而新的固化材料是第二,煤样品材料是最小的。与传统混凝土固化材料相比,新固化密封材料具有更好的strain-bearing容量和体积膨胀能力在每个围压实验。轴向应变和体积增加新的固化材料是高于传统混凝土固化材料的峰值应力。与此同时,围压有一定的滞后影响postpeak压力衰减。裂缝应力敏感性最强的三种孔隙类型,及其T₂地图放松面积更大的压缩比吸附孔隙渗流孔隙在同样的压力。渗流孔隙和裂缝的相对含量的新型固化材料小于煤和混凝土样本,和新的固化材料的应力敏感性较弱的煤和混凝土材料,那里,新固化材料有更好的性能在钻孔密封。本研究结果可以提供指导的选择最有效的密封材料sealing-quality改进。

1。介绍

煤炭是中国的主要能源,占70%以上的一次能源(1]。然而,大多数中国煤层复杂多变的条件下,和高气体煤矿大的比例2]。Gas-related事件总是在煤矿最严重的灾害之一。因此,预防和控制瓦斯灾害尤为重要。许多学者在这方面进行了大量的研究(3- - - - - -6]。一些研究集中在密封材料(7- - - - - -9),而其他人则集中在密封过程(10- - - - - -13]。Quanle邹等人建立了一个改进的煤层气联合开采模型,提出了一种组合方法borehole-grooving-separation-blocking提高煤层气渗透率和煤层气恢复(14]。周等人开发了一种新的密封材料,分析了各种因素对材料性能的影响(9]。郑等人研究了水泥基渗透结晶材料的密封性能(15]。市区林等人提出了一个钻孔水力开槽技术消除煤与瓦斯突出的威胁,更有可能发生在巷道开挖(16]。

目前,控制甲烷事件的主要方法是天然气开采,已至关重要,在中国推广17,18]。此外,钻孔密封气体提取效率是一个重要的因素。borehole-sealing质量密切相关,固化密封材料(19]。煤与甲烷的采矿团队开发了一种新型的固化材料密封(图1),它可以优化传统材料的缺陷在初凝时间、流动性,和扩张,然而,在密封材料的孔隙度和力学性能还有待研究。因此,调查强度、刚度和肿胀和凝固后密封固化材料的弹性模量可以有一个积极的影响井眼稳定的密封部分,避免应力集中,提高天然气开采效率。

周围的岩层钻孔通常在三维应力状态,有必要研究新的固化材料的应力-应变特征,进一步了解材料的属性。三轴压缩试验是一种常见的方法,研究围岩的转换和强度特征的三维应力状态。许多显著进步的迹象已经由进行大量实验在三轴压缩条件下(20.,21]。摩根Chabannes等人评估两种不同的剪切行为biobased混凝土使用三轴压缩[22]。与此同时,其他研究人员还取得了一些进步在煤岩的力学性能,尤其是对强度和变形行为(23- - - - - -25]。

作为一种重要的材料钻孔密封,孔隙度的变化和应力敏感性压力也几个重要特征描述材料属性。一些研究人员已经讨论了应力敏感性和孔隙度在不同应力状态下基于一系列的实验煤和岩石样本的26- - - - - -28];李使用横向弛豫时间(T₂)的核磁共振光谱进行定量研究的压缩特性pore-fracture系统[29日];孟研究气体adsorption-diffusion和吸附的差异变形的低和高阶煤及其渗透性演化在等温吸附实验和desorption-seepage测试系统(30.];王透露微孔的特点,中孔,分形维度烟煤循环气体吸附/解吸过程中通过结合N₂和有限公司₂吸附实验从微观方面31日]。然而,常用的方法如汞入侵porosimetry (MIP), N₂吸附解吸(32)和小角散射可能造成一些损害样本矩阵。与其他方法相比,核磁共振(NMR)技术的更快和更准确的表示孔隙分布的样本不损坏它,它已经被一些研究者研究广泛应用规模、内容和毛孔分布(33- - - - - -40]。

在这项研究中,先进的电动液压三轴伺服测试系统(MTS815)和MR-60 NMR测试系统应用进行了三轴压缩试验和核磁共振扫描实验煤样材料、混凝土材料、固化材料。应力-应变和弹性模量的变化在不同的限制压力进行了分析,与此同时,变化的强度和围压的影响之间的三个标本进行了比较分析。基于T₂谱,放松区域变化是用来计算的抗压能力三个毛孔,不同孔隙类型的相对含量的变化在不同的样品进行了讨论。此外,不同类型的孔隙的应力敏感性是无量纲的计算常数相比,和不同的密封材料的密封性能进行了比较。认为这项研究的成果将是一个更好的指导钻孔密封过程的发展和改善钻孔瓦斯抽放效率。

2。实验

2.1。地质背景和样品信息

煤炭样本取自Yuwu长治市Lu国安集团的煤矿,山西,中国,如图2。新的固化形成的密封材料和混凝土材料在实验室根据实际的混合比,新固化材料是基于超细硅酸盐水泥、其他添加剂有:试剂级铝粉,曹,石膏,部分比例如表所示1。铝粉和曹的内容是0.56%,石膏含量是2%,水灰比是0.6%。

2.2。实验方法

三轴加载实验使用三维压缩MTS815实验系统。这台机器主要由加载系统,测量系统和控制系统。最大轴向载荷、围压和应变率的应用范围是4600 KN, 25 MPa, 10⁻⁷-10年⁻²分别/ s。与此同时,所有测试参数在实验过程中得到使用高精度传感器。所有操作都由轴向位移控制的速度0.0015毫米/秒。与此同时,三个围压力7 5和3 MPa采用。在实验过程中,将围压到预定时间第一,然后添加样品的轴向位移。应该指出,所有的样品都是掩盖使用电气胶带避免油样品强度的影响和结果。

对于核磁共振测试,每个样本被放置在真空和饱和与蒸馏水单位48 h完全饱和,核心持有人具有双层结构。主要设备的磁场是0.51 T, RF脉冲频率是1.0 ~ 49.9 MHz,功率300 W, NMR测试参数设置为流动:回声间隔时间是0.233毫秒,回声的数量是6000,扫描的数量是32,环境温度是34°C。T₂每个样本的光谱可以用于分析内容的变化与各种类型的孔隙。

如图3。实验是在三个阶段进行,每个样本最初是由核磁共振测试和三轴加载实验,然后这些样本和固定相结合。在最后阶段,组装样本测试的第二轮核磁共振实验。

2.3。实验理论

在三轴压缩实验中,煤的最大承载能力。轴向强度峰值在轴向压缩可以由:

在哪里不同围压下的峰值强度,是轴向破坏载荷样本,横截面积。

样品的弹性模量可以使用胡克定律计算如下:

在哪里泊松比。由于围压加载过程的不变性,可以改变成以下的公式表达:

因此,弹性模量可以通过获得的方程 。

核磁共振实验中,分布,连接,和各种物理参数的各种类型的毛孔在煤岩体得到基于T₂光谱。横向弛豫时间T的关系₂核磁共振和孔径( )可以表示为(41]:

其中T₂横向弛豫时间,女士,是横向表面弛豫强度,µ米/女士,是孔隙的表面积,厘米²,孔隙体积,厘米吗³,是孔隙形状因子,光圈。

为了更好地描述各种压力的影响毛孔的样本,一个参数定义描述各种孔的应力敏感性。的无量纲参数被定义为(29日,42]:

在哪里和T的松弛区域吗₂的围压三轴压缩后频谱和 。在这篇文章中,代表限制压力等于0(没有限制的压力),当等于1,2,3,从0 MPa压力限制在3、5、7,分别。

3所示。实验结果

三个样品的三维压缩实验(煤炭、混凝土和固化材料)是由MST815系统,直到彻底失败的样品。轴向载荷和位移被用来确定实验的应力、应变变化过程。三个样品在不同围压下的曲线如图所示4。峰值强度和应变可以通过这些曲线计算。此外,弹性模量(E)也是由应力应变曲线的线性回归,在表所示2。核磁共振扫描实验前后对所有样本进行加载实验使用MR-60 NMR测试系统,T₂所有试验获得的样本的光谱(数字5- - - - - -7)。相对含量的不同类型的毛孔在样例的分析计算,可以获得放松峰值区域T₂光谱(43]。

4所示。讨论

4.1。分析T₂频谱和应力敏感性

它可以清楚地看到数据5- - - - - -7有三个不同的山峰NMR光谱的三个样品,之前的研究的基础上,本文将孔隙类型划分为吸附毛孔,渗流孔隙和裂缝中每个峰的弛豫时间T₂光谱(42,44]。它还可以看到在T₂光谱的主要的三个样品峰面积远远大于两个subpeak地区,这表明吸收孔隙含量的三个样品是最大的。这也可以看出的松弛区域T₂谱在某种程度上这种类型的孔隙减少三轴加载后,和放松的裂纹区域的变化最明显的是,这表明它吸收三轴加载后所有样品的毛孔。渗流孔隙和裂缝内容减少,和骨折是最大的变化。

值得注意的是,所有的样品都是共轭然后接受核磁共振实验后三轴加载直到样品被完全摧毁,但造成的大型裂缝压缩实验并不在检测范围内的核磁共振实验。因此,压缩后的核磁共振样品的结果表明孔隙含量的变化每个样本在极端的压力下,实验结果能更好地反映新的固化密封材料的特点,所以断裂的内容示例实验前后变化很大,和煤样的变化是最重要的。在数据5 (b),6 (b),7 (b)无量纲系数(年代_pfi)每个样本中不同孔隙类型显示不同程度的改变,和这一趋势显示了一个与压力的增加,增加的趋势和变化的趋势年代_pfi显示每个孔隙类型值逐渐变大的吸附毛孔,渗流孔隙和裂缝。

它可以发现骨折的相对含量在煤样三轴压缩后在一定程度上降低,压缩前放松总面积的12.17%至10.48%,9.30%,和9.55%的总放松面积压缩后,分别,也可以看到在图5 (b)这一裂缝在同一限制压力值是最小的,这表明骨折三种孔隙类型的内容在煤样三轴压力是最大的。无量纲系数( )通常是用来描述样本的压力灵敏度。更大的价值 ,可压缩的体积越小样本和弱压力敏感性。从图可以看出5 (b)这一价值观的不同孔隙类型煤样品往往是与围压的增加越来越小,当有效围压是7 MPa提高到最高点,值的吸附孔隙、渗流孔隙和裂缝是0.89,0.80,和0.67,分别。这表明吸附孔隙的体积、渗透毛孔,和骨折压缩11%,20%,和33%,分别。这些结果表明,压力灵敏度的煤样三轴载荷作用下的断裂是最强,其次是渗透毛孔,吸附毛孔是最小的。

在图6(一),断裂在混凝土样品的相对含量高达23%,这远远大于煤炭样品的断裂内容和新的固化材料。因此,相比之下,新固化密封材料,传统混凝土材料有更多的骨折,从而影响密封效果。从图可以看出6 (b)随着压力的增加的价值的所有孔隙类型逐渐减少,吸附毛孔最大价值,渗流孔隙是第二,骨折是最小的。当有效围压达到7 MPa,值吸附孔隙、渗流孔隙和裂缝是0.87,0.76,和0.70,分别,这表明吸附孔隙,孔隙体积的渗透毛孔,和骨折压缩13%,24%,和30%,分别和断裂的下降趋势是最大的(图6 (b)和表3),这表明,混凝土的裂缝压力灵敏度样品是最强大、最不稳定的。

在不同围压条件下,渗流孔隙和裂缝的相对含量在新的固化材料占13.40%,12.50%,11.90%,和11.58%的总孔隙面积分别(图8(一个)),其中每个值小于煤样品和具体的材料,和它的平均含量10.29%和15.88%低于煤和混凝土,分别。这表明两种类型的传输通道的相对含量可以提供气体流量的新型固化材料小于煤样和混凝土材料,以便为气体循环孔隙类型的内容在新固化材料小于其内容在混凝土材料和煤样品,因此,新固化材料比混凝土材料具有更好的密封性能。

根据图7 (b)的值,所有类型的毛孔与有效围压的增加减少。当有效围压上升到最高7 MPa,值吸附孔隙、渗流孔隙和裂缝在新的固化材料是0.92,0.84,和0.72,分别,这表明吸附孔隙,孔隙体积的渗透毛孔,和骨折压缩8%,16%,和28%,分别和断裂的下降趋势是最大的(图8 (b)),所以裂缝的应力敏感性在新的固化材料是最强的。渗流孔隙介质和孔隙吸收是最弱的。在相同的实验条件下,价值的新固化材料主要是低于煤样和混凝土材料(图9),新固化材料的变化趋势值小于煤样品和具体的示例(图8 (b)和表3),这表明新的固化材料有较低的压力灵敏度比煤样品和具体的样本,结构更稳定,更有利于钻井密封。

一般来说,它可以发现所有样品的孔隙含量下降到一定程度上之后加载。吸附毛孔在所有样本的相对含量远远大于渗流孔隙和裂缝的应力敏感性吸附孔隙低于渗流孔隙和裂缝。渗流孔隙和裂缝的内容在新固化材料小于煤样和混凝土材料,它有更少的天然气运移通道,具有更好的性能比混凝土钻孔密封样品。所有类型的孔隙压力灵敏度的新型固化材料是较弱的煤样品和具体的样本,它有一个缓慢的趋势变化,其结构更稳定,更有利于钻井海豹。

4.2。应力应变分析样本

应力差和轴向应变的关系曲线,得到通过分析实验数据和图所示4。在这个图中,曲线(a)、(b)和(c)在不同围压的关系曲线。从这些曲线,可以看出,所有的峰值强度和最大轴向变化随围压的增加而增加。强度下降慢当围压变得更高。样品达到塑性变形区域小围压。在这项研究中,样品的强度和变形行为研究了不同围压下的应力和应变之间的关系的基础上,弹性模量的变化,围岩的应力的影响,压力和失败的角度。与此同时,新固化材料的优化能力进行了分析,这可能是非常有用的对于煤矿井下密封的改进。

(1)在轴向压缩样本的过程中,有四个阶段:初始压实阶段,弹性阶段、屈服阶段,和失败阶段(45]。三个样品的压实阶段随着围压增加。这主要是由于“端效应”和不同的轴向伸长。表达的详细信息如下:当压力低于比例限制时,横向应变的绝对值(ε₁)和轴向应变( )是一个常量命名为泊松比吗 : 由于围压增加首先,横向应变。因此,情商。6)可以表示如下: 横向应变随围压。根据情商。7),泊松比是材料的内部属性,这表明,轴向应变与横向应变将会增加。轴向应变增加初始压缩阶段的材料。因此,围压的增加将导致增加初始压缩阶段(46]。(2)在图4、峰值强度与围压和应变会增加相同的岩性。与此同时,增加部分将取决于材料的岩性。例如,当围压变化从3 MPa 5 MPa,相应的峰值强度增量三个样本(固化材料、混凝土材料、和煤炭)是25.83%,46.54%,和63.41%,分别。当5 MPa 7 MPa的压力变化,相应的增量是21.25%,20.58%,和24.27%,分别。峰值强度的增加3 MPa 5 MPa明显高于其他,这是由于在第一阶段裂缝压缩比。此外,当3 MPa 5 MPa的压力变化,煤中最骨折压缩导致最大的峰值强度增量。在休息过程中,峰值强度增量三份样品中是相似的。(3)根据图4和表2在同一围压下,峰值强度从大到小排序的排序是混凝土材料、固化材料,和煤炭。相比之下,那种是逆转的峰值压力。允许的实验空间,三个样品装载限制,如图4。在不同围压下,混凝土材料的应力应变曲线达到顶峰,然后下降,最终失去脆性破坏的承载能力和经验。相应的峰值强度的围压下3 MPa更快地减少5 MPa的围压下,应力应变曲线达到顶峰的时候。此外,5 MPa下的总应变量比较大。因此,混凝土材料的脆性破坏其余经验经历缓慢变化从脆性破坏塑料围压增加时失败。(4)在图4,没有交点之间的应力-应变曲线在塑性阶段的三个样品。然而,有交集点当围压范围从3 MPa 5 MPa,这意味着增加3 MPa的弹性模量低于5 MPa,如图10。根据实验观察,这种现象是由于更多的出现骨折煤炭、增强弹性模量和压缩过程中刚度。

4.3。分析弹性模量

(1)弹性模量代表抗塑性变形的能力,是严重的材料数量。基于先前的理论,逐步压缩材料的弹性模量增加由于天然裂缝的消失和小蛀牙。然而,在图10,最小的围压的样品首先进入塑性变形阶段,这是由于“结束效应”从高围压加载的围压和轴向变形。此外,压缩时间越长时间征服更大的摩擦力引起的轴向应变也有影响。因此,低围压对应短压缩阶段和更大的弹性模量。(2)根据图10首先,所有样品的弹性模量随轴向应变的增加前上升。同时,四个阶段可以观察到样品变形过程中基于曲线趋势:压实阶段,弹性阶段、屈服阶段,和失败的阶段。在压缩阶段,弹性模量保持不变时,轴向应变的增加而增加。然后,在塑性变形阶段,低围压下的弹性模量先增加。后来,样品的弹性模量在较低的压力下,随着轴向应变的增加最大压缩状态。样品在大围压变形保持在一个更长的时间。然后,样本经验塑料失败和破坏阶段。最终,新兴骨折和蛀牙出现,主要的物理结构损坏。小洞变成更大的随着时间的推移,然后弹性模量显著减少。

和样品相同的岩性,弹性模量与围压增加,这表明更大的围压对应的抗变形能力的上限。如表所示4,比较7 MPa的价值和5 MPa,弹性模量的增量样本(固化材料、混凝土材料、和煤炭)是31.94%,42.98%,和29.23%,分别。比较5 MPa和3 MPa,增量的54.30%,4.21%,和26.50%,分别。

(3)在图10,和样品一样的岩性具有弹性模量随围压的属性。例如,3 MPa下固化材料的弹性模量达到最小值0.028米的轴向应变,骨折完全开发和内部物理结构完全破坏。5 MPa下的弹性模量是1.44的绩点,与前值相比减少59.65%。在这个阶段,样品的刚性和不可逆的塑性变形阶段。新兴骨折出现滑移和样品的宏观变形。此外,7 MPa下的弹性模量是3.40的绩点,下降27.80%,前值。在这个阶段,一个小弹性模量下降表明,样品已经完成了塑性变形阶段和内部原生裂缝是完全关闭。然后,出现新的蛀牙,样品产生塑性变形。然而,拥有更大的绝对值,弹性模量和岩体刚度。弹性模量可以确定通过应力差和轴向应变之间的关系基于情商。3),它代表了应力与轴向应变的变化率。弹性模量的积分带来的压力差异在同一时间。情商所示。8),更大的弹性模量与应力差大。

根据图10,它是合理的注意和样品之间的巨大差异存在相同岩性但在破坏阶段和破坏阶段。结合应力应变曲线如图4慢,高围压现象对应偏差的主要压力压力限制可以观察到。其中一个原因是不可逆的物理结构变化在高压下,和新兴骨折逐渐发展。产生相对滑移,与此同时,部分摩擦和断裂组成的变化从脆性破坏滑塑料失败组成的相对滑移和超塑性变形。同时,泊松比变化时,岩石物理结构不同。此外,样品的横向应变趋势增加。在这个实验中,围压保持不变,这将导致横向应变。围压越高在一定程度上防止样品的径向压力,从而降低应力峰值的偏差。另一个原因在于横向摩擦系数和高的变化积极侧壁的压力从高围压会产生很大的摩擦力,延误样品的轴向压缩变形。

(4)的内部结构和机械性能的三个样品是不同的。其中,固化材料的密实度高,这表明材料拥有高强度和刚度。混凝土材料是由凝胶材料和聚合,拥有一个稳定的结构。此外,煤样的软结构和低强度和硬度。在这项研究中,弹性模量的变化对压力的影响强度和变形之间的关系7 MPa围压下的三个样本进行调查。如图11相同的轴向应变下,混凝土材料的弹性模量先增加,弹性模量的峰值和曲线倾向也最大。相反,煤是最后一个。因此,可以作出一个结论的刚性混凝土材料是最好的,固化材料是第二,而煤炭是最后一个。这是由于内在的属性。应该注意的是,当混凝土材料的弹性模量降低到一个较低的水平这意味着完整的纯轴向应变损伤的控制下,煤炭仍有差距离山峰和谎言的变形过程。因此,钻孔蠕变和刚度降低传统混凝土材料更容易出现,这将导致结构损伤和减少钻孔效率。在山峰,新固化材料的应变明显高于传统的混凝土材料。因此,新固化材料具有更好的持久的应变能力。计算,轴向应变峰值的固化材料在混凝土材料和价值高于7,5和3 MPa是22.25%,31.99%,和9.26%,分别。

在图10 ()下,混凝土材料的变化3 MPa和5 MPa围压是相似的,往往是相同的部分地区,这是由于内在的紧密结构混凝土材料和高内在的刚性。3 MPa的轻微区别5 MPa围压无法产生很大的不同岩性由于刚度。因此,高相似性在最初的致密化的过程中,弹性变形,塑料失败,损害部分可以观察到。它可以直发现附近的应力应变曲线都是。

根据图12在整个生产过程中,弹性模量的围压5 MPa高于对应3 MPa的围压,这意味着增加刚度和不同应变率下5 MPa下高于3 MPa。这主要是因为煤炭是柔软和有许多自然毛孔和骨折将逐渐上升的围压下封闭。相应的刚度和弹性模量自然增加。因此,5 MPa下的弹性模量较高。

4.4。围压对样品强度和变形的影响

在这个实验中,控制围压的方法,改变轴向应变加载。所有样品经历了四个阶段的压实阶段,弹性阶段、屈服阶段,和失败的阶段,在不同围压下。此外,样本具有相同岩性拍摄从一个岩石样本,并拥有小产权的区别。这证明了依赖和样品相同岩性在三维轴向实验。因此,关键参数值与围压可能是倾向于实践活动的国安集团公司。

(1)抵抗的能力拥有属性失败(即硬度)通常是用来测量最大的限制。的轴向应变峰值强度的样品代表了最大的持久的轴向应变极限,这在rigidity-analysis工作过程。图13显示了轴向应变与围压之间的关系在峰值强度。可以直接观察到的轴向应变峰值强度的三个样品用不同的岩性与围压的增加逐渐增加,这表明增加围压增加轴向变形阻力的能力。

与混凝土材料和固化材料相比,煤软结构,这意味着煤炭相同围压下的最大轴向应变。根据图13从3 MPa,当围压增加到7 MPa,煤炭轴向应变峰值强度与其它两种材料相比增加21.14%和44.83%。很明显,煤炭产能deformation-enduring最好。在图13固化材料的应变曲线高于混凝土材料,表明新固化材料具有更好的性能在deformation-enduring容量,可以防止井眼蠕变行为。

(2)应力峰值代表了硬度限制。把主要的库仑应力模式(47)强度准则方程:

在哪里是围压的影响系数在轴向应力峰值,样品强度在单轴压缩下完成剪切失效,没有围压。的关系米和可以表示如下:

基于方程式。(11)和(12后),方程可以得到:

根据情商。10),轴向应变峰值有一个线性与围压的关系σ₃为特定的样本。图14是改变曲线的轴向压力和围压,峰值显示配置文件参数符合库仑强度准则。有一个峰值压力和围压之间的线性关系。此外,现有的边坡显示了感性和巨大的压力峰值和围压之间的正相关关系。

(3)横向应变代表在轴向压力下侧向变形能力。抑制效应在不同围压不同。图15是横向应变的变化在峰值强度与围压的样本。可以清楚地看到样品的横向应变峰值上升逐渐与围压的增加,这是由于轴向压缩的积极影响持久的压力的能力。在前面分析的基础上,围压与轴向正相关峰值应力和应变的函数。因此,样品将经验更高的剪切应力。此外,整个基于样本的扩大趋势。因此,横向应变会增加围压和趋势是线性的。

三个样品与不同岩性但同一围压下,煤最大横向应变。固化材料和混凝土材料相比,煤的横向应变增加34.75%和43.24%,分别,这表明固化材料和混凝土材料的侧向变形能力表现良好。

(4)在实验中,样品会产生轴向应变和横向应变。相应地,量动态变化,这可能证明了扩张的变化能力。扩张能力是一个重要的参数在压裂过程中力学性能。图16显示了体积应变的变化与围压三轴压缩过程。的关系可以表示如下:

在哪里轴向应变,横向应变的绝对值。

在图16煤的体积应变峰值强度对围压的变化很敏感,这是由于软特性和更自然的毛孔比其他材料。压力在图16积极的价值观,这表明,轴向应变峰值强度的煤是大大高于两次下的横向应变峰值强度和围压的增加的趋势是清晰的。自然毛孔和骨折(内生骨折)将煤划分为一些有无数毛孔的块矩阵。四面八方的压力体积收缩的主要原因。在宏观看来,当煤经历压力在高围压下,围压的抑制作用强于孔隙框架的支持效果。因此,样品的体积应变与围压增加。

根据数量关系,煤的体积应变峰值强度高于混凝土材料和固化材料。值分别是31.58%和46.87%,这表明,煤的体积膨胀能力最好在三个实验样本。

在图16,固化材料的体积应变峰值高于混凝土材料在相同围压下,这表明,这种新材料具有更好的产能扩张体积。当围压是7、5、3 MPa,新材料的体积应变增加11.11%,18.75%,和6.25%,分别。与混凝土材料相比,它证明了以上结论。与此同时,新固化材料可以更好地支持钻孔。

5。结论

(1)所有样品的孔隙含量下降到一定程度上之后加载。吸附毛孔在所有样本的相对含量远远大于渗流孔隙和裂缝的应力敏感性和吸附孔隙低于渗流孔隙和裂缝。(2)渗流孔隙和裂缝的内容在新固化材料小于约10.29%和15.88%的煤样和混凝土材料,分别。它有更少的天然气运移通道,具有更好的性能比混凝土钻孔密封样品。所有类型的孔隙压力灵敏度的新型固化材料是较弱的煤样品和具体的样本,它有一个缓慢的趋势变化,其结构更稳定,更有利于钻井海豹。(3)当压力保持相同的实验压力,传统的混凝土材料的最大力量,新固化材料第二,而煤炭样本是最后。同时,当围压不变时,混凝土材料的弹性模量的最大峰值,新固化材料第二,而煤炭样本是最后。(4)而压力是一样的,新固化材料与混凝土材料相比,具有更好的strain-bearing能力。这个优势可以帮助避免蠕变在钻孔密封部分的外观。同时,7的围压力下,5和3 MPa,新固化材料的应力峰值22.25%,31.99%和9.26%高于混凝土材料。(5)在一定围压,新固化材料具有优越的体积膨胀能力在经历压力。这个特性可以增加钻孔密封部分的体积,提高固化材料的承载能力。同时,下围压力7,5和3 MPa,体积增加的新材料在应力峰值11.11%,18.75%和6.25%高于混凝土材料。

数据可用性

使用的实验数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是财政专项资金支持的科学仪器基础研究的国家自然科学基金(批准号51734007)和中国国家自然科学基金(批准号。51504189,51674192,51674192,51974241)。

引用

1. w·杨,b .问:林和j·t·徐“瓦斯突出受原岩应力方向,”自然灾害,卷72,不。2、1063 - 1074年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. d . Liu y姚明,d .唐,唐,y格瓦拉,和w·黄,“煤储层特征及煤层气资源评价在淮南、淮北煤田,华北南部”国际煤炭地质杂志》上,卷79,不。3、97 - 112年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. k, k .太阳,b . Yu, r·p·Gamage”决心在中缝封口深度钻孔煤层瓦斯抽放的基于钻井过程的流浪汉,”工程地质卷,210年,第123 - 115页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. x张g .江董t、l . Wang x,和g·王,“两性聚合物作为页岩井眼稳定剂在水基钻井液,”石油科学与工程》杂志上卷,170年,第120 - 112页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. 李郭胡,x, c . et al .,”的方法来解决分布式表面的低浓度甲烷排放井,“工业化学与工程化学研究卷,57号39岁,13217 - 13225年,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. s ., a .张冯g . et al .,“甲烷提取从废弃的矿山地面垂直井:一个案例研究在中国,“Geofluids卷,2018篇文章ID 8043157、9页,2018。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. 翟,z,和林,“研究一个新的综合瓦斯抽放钻孔的密封材料和密封性能,”Procedia工程,26卷,不。4、1406 - 1416年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. x,翟,y, x,和j .徐“灵活的凝胶密封材料和一种新型主动密封方法煤层气排水的水井,”天然气的科学与工程》杂志上26卷,第1199 - 1187页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. 周和k·王,“一个新的无机密封材料用于井下天然气开采,“无机化学通讯卷,102年,第82 - 75页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. 林c, b, y, c .翟和c·朱,“研究”fracturing-sealing”集成技术基于高能气体压裂在单缝气体和低透气性、高”国际矿业科技杂志》上,23卷,不。6,841 - 846年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. 问:刘,l .元,y, y Cheng d·史和美国,“一个新的有效的方法和新材料cross-measure CMM排水钻孔密封性能高,“天然气的科学与工程》杂志上21卷,第813 - 805页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. 问:邹,h·刘,张t, b .林,z . Cheng”槽倾角的影响和borehole-slot比pre-cracked煤的力学性能:使用液压铣槽ECBM复苏的影响,“自然资源研究,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. 问:邹和b .林”,流固耦合特性的含煤受到液压开槽:一个实验调查,“能源和燃料,32卷,不。2、1047 - 1060年,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. 林问:邹,b, c .郑et al .,“小说集成技术的drilling-slotting-separation-sealing增强地下煤矿煤层气复苏”天然气的科学与工程》杂志上26卷,第973 - 960页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. k .郑x杨,r·陈,l .徐“毛细晶材料的应用为密封隧道渗漏,提高水泥灌浆”建筑和建筑材料卷,214年,第505 - 497页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. 朱b, f, c . et al .,“井间水力割缝技术防治煤与瓦斯煤巷道开挖期间爆发,“天然气的科学与工程》杂志上26卷,第525 - 518页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. y z Cheng徐:官话,l . Min和h庸“微观性能和密封性能的新的瓦斯抽放钻孔密封材料,”国际矿业科技杂志》上,23卷,不。4、475 - 480年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. 林f, b, c·朱et al .,“小说ECBM萃取技术基于集成液压铣槽和水力压裂,”天然气的科学与工程》杂志上22卷,第579 - 571页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. 林问:李,b, c .翟et al .,“变频脉冲水力压裂提高煤层渗透率,”国际矿业科技杂志》上,23卷,不。6,847 - 853年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. g h·琼森和友人,“调查单微晶纤维素基颗粒受到局限在三轴压缩,”粉技术卷,289年,第87 - 79页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. 耿z, m . Chen y金et al .,“页岩脆性各向异性的三轴压缩试验研究,“天然气的科学与工程》杂志上36卷,第518 - 510页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. m . Chabannes f . Becquart e . Garcia-Diaz N.-E。intelsat公司的“Abriak, l•克拉克就经常借麻的剪切行为试验研究和水稻壳混凝土使用三轴压缩时,“建筑和建筑材料卷,143年,第632 - 621页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. 大肠Oztekin、美国普尔和m . Husem”Drucker-Prager屈服准则参数的实验测定正常和高强度混凝土三轴压缩下,“建筑和建筑材料卷,112年,第732 - 725页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. j .龚和j·刘”效应领域椭球的纵横比在三轴压缩组件模拟使用离散单元法,“颗粒,32卷,不。3,49 - 62年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. j .董y, b, c,问:你,和z . Liu”完整的力学性能的试验研究和构造煤通过压缩一个粒子,“粉技术卷,325年,第419 - 412页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. y, z, j . Liu X.-T。冯,l·d·康奈尔”实验室的研究支撑剂在页岩裂缝渗透性和压缩性,”燃料卷,222年,第97 - 83页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. z盘、l·d·康奈尔和m .卡米尔,“实验室描述主要和增强煤层气煤储层渗透率的恢复,”国际煤炭地质杂志》上,卷82,不。3、252 - 261年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. t·刘、林b和w·杨”matrix-fracture交互作用对煤渗透率的影响:模型开发和分析,“燃料卷,207年,第532 - 522页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
29. 李,d . Tang z, h . Xu和w·黄”特征的应力敏感性毛孔为不同等级煤通过核磁共振,”燃料卷,111年,第754 - 746页,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
30. 孟y和z,“实验比较的气体吸附、吸附引起的应变、扩散率和低和高阶煤的渗透率,”燃料卷,234年,第923 - 914页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
31. y z . Wang, k . Zhang et al .,“微观孔隙结构特征和分形维数的烟煤循环气体吸附/解吸:一个实验性研究,“燃料卷,232年,第505 - 495页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
32. h .郭l .元,y, k . Wang和c,“实验调查煤孔隙和裂缝特征基于分形理论,“粉技术卷,346年,第349 - 341页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
33. 李,d . Tang h .徐,z,“煤层气储层的pore-fracture系统属性Panguan向斜,贵州,中国,“地球科学前沿,3卷,不。6,853 - 862年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
34. 秦z, y、x壮族、g . Li和x Wang”级煤岩煤质特征从沁水盆地南部的水星入侵,能谱,核磁共振和相对渗透率分析,“天然气的科学与工程》杂志上,51卷,第128 - 116页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
35. h·朱y Ju, y, c·黄和l .张“构造作用对孔隙类型和孔隙结构演化的影响在富含有机物页岩:影响气体存储和迁移途径自然变形岩石中,“燃料卷,228年,第289 - 272页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
36. j .张魏,j .赵w . Ju, y . Chen和l . s . Tamehe”比较评价中产和高压缩性的排名煤通过不同的实验方法,”燃料卷。245年,39-51,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
37. 朱y, y,陈,“化学成分的影响,障碍程度和微晶结构的煤大分子在纳米孔(0.4 -150海里)在不同的等级自然成熟的煤,”燃料卷,242年,第561 - 553页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
38. j·l .秦翟,s . Liu, g . Yu和y太阳,“煤的岩石物性性质的变化受到液氮freeze-thaw-a核磁共振的调查,“燃料卷,194年,第114 - 102页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
39. Khatibi, m . Ostadhassan z谢et al .,“核磁共振王仁贵一种新的方法来检测在紧页岩有机质的地球化学性质,“燃料卷,235年,第177 - 167页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
40. a . f . Constantino d . c . Cubides-Roman r·b·多斯桑托斯et al .,“物理化学性质测定生物柴油和混合使用低场核磁共振和多元校正”燃料卷,237年,第752 - 745页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
41. y y姚明,d . Liu格瓦拉,d . Tang s . Tang和w·黄”岩石物性表征煤的低场核磁共振(NMR),“燃料,卷89,不。7,1371 - 1380年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
42. j .张魏,w . Ju et al .,“应力敏感性特征和异构变化pore-fracture系统的中高档排名基于核磁共振实验中,煤储层”燃料卷,238年,第344 - 331页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
43. h·李,美国史,j . Lu,问:你们和朱x, y Lu”煤的孔隙结构和多重分形分析进行微波加热,”粉技术卷,346年,第108 - 97页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
44. j·l .秦翟,s . Liu, s, r .盾,“分形维的低秩煤受到液氮冻融基于核磁共振应用于煤层气复苏,”粉技术卷。325年,11日至20日,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
45. a . Pineau a . a . Benzerga和t . Pardoen”失败的金属我:脆性和韧性断裂,“Acta Materialia卷,107年,第483 - 424页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
46. m . Mohamadi和r . g . Wan”力量和甲流响应科罗拉多页岩在高压力和温度下,“国际岩石力学和采矿科学杂志》上卷。84年,34-46,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
47. d . a .太阳、y . p .姚明,和h .松岗“临界状态模型针对摩尔-库仑准则的修改”,力学研究通讯,33卷,不。2、217 - 232年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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