1.圍壓穩定,改變驅替流速
根據實驗監測數據可知(圖5-23,圖5-24,圖5-25),在等圍壓、變流速實驗條件下,隨著驅替流速增大,煤巖滲透率有增大趨勢,且流速越大,不同煤巖組分的3號煤、5號煤、11號煤滲透率變化趨勢越接近;相同驅替流速條件下,3號煤、5號煤、11號煤的滲透率變化特征各異。低驅替流速條件下,11號煤的滲透率明顯小於3號煤及5號煤,而隨著驅替流速的提高,三種實驗樣品的滲透率均相應地增大,但11號煤的滲透率增大幅度大於3號煤及5號煤,至高驅替流速條件時,11號煤、3號煤及5號煤的滲透率幾乎壹致。11號煤的滲透率變化相對簡單,首先為快速提升階段,隨後為平穩持續階段,3號煤、5號煤的滲透率變化則相對復雜,實驗過程中出現較大幅度的波動,驅替流速變大後,波動的起伏相對較弱。
初步分析認為:煤巖中黏土礦物可顯著影響滲透率的變化。11號煤的黏土礦物含量最高,其黏滯吸附力最強,黏滯吸附作用會使分散的煤粉顆粒迅速聚合。同時黏土礦物在驅替液的沖蝕作用下容易從骨架顆粒上脫落,隨驅替液易於遷移而產出,滲透率則迅速提升。3號煤、5號煤的黏土礦物含量較少,在圍壓穩定時,煤粉顆粒相對更分散,顆粒間結合力更小,驅替流速越小,煤粉的運移排出過程就越復雜,滲透率變化則會越無序(李小明等,2015)。
圖5-23 不同煤巖組分的原生結構煤在5MPa-5mL/min條件下滲透率曲線
圖5-24 不同煤巖組分的原生結構煤在5MPa-15mL/min條件下滲透率曲線
圖5-25 不同煤巖組分的原生結構煤在5MPa-25mL/min條件下滲透率曲線
2.驅替流速穩定,改變圍壓
根據實驗監測數據可知(圖5-26,圖5-27,圖5-28),在等流速、變圍壓實驗條件下,隨著圍壓增大,煤巖滲透率均有所降低,不同煤巖組分的3號煤、5號煤、11號煤滲透率變化差異明顯。11號煤的滲透率變化最小,其次是5號煤,滲透率變化最大的是3號煤。初步分析認為:煤巖中鏡質組的易脆性影響滲透率的變化。圍壓的提高會造成性脆易碎的鏡質組破裂,趨於碎屑、粉末狀。這導致3號、5號煤形成了更多的煤粉顆粒。同時較少的黏土礦物含量無法有效地使煤粉顆粒聚合,導致煤粉整體運移緩慢,而後期煤粉排出增多未能疏通逐漸堵塞的有效導流裂縫,表現為滲透率持續降低。
圖5-26 不同煤巖組分的原生結構煤在10mL/min-3MPa條件下滲透率曲線
圖5-27 不同煤巖組分的原生結構煤在10mL/min-5MPa條件下滲透率曲線
圖5-28 不同煤巖組分的原生結構煤在10mL/min-7MPa條件下滲透率曲線
綜上所述,滲透率受煤巖中鏡質組及黏土礦物含量的影響較大。其中11號煤的滲透率受驅替流速的影響最大,3號煤次之,5號煤最小;3號煤的滲透率受圍壓的影響最大,5號煤次之,11號煤最小。鏡質組含量越多,產出煤粉受圍壓變化的影響越大;黏土礦物含量越多,產出煤粉受驅替流速變化的影響越大。因此,針對具有不同組分特征的煤儲層,開采煤層氣、控制煤粉產出需要采取合理的生產調控方案,盡量減輕、緩和煤儲層壓力波動,降低對煤儲層的傷害(李小明等,2015)。