唐俊
- 作品数：15 被引量：76H指数：6
- 供职机构：中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院更多>>
- 发文基金：中央高校基本科研业务费专项资金国家教育部博士点基金国家重点基础研究发展计划更多>>
- 相关领域：矿业工程石油与天然气工程建筑科学环境科学与工程更多>>
- 受载煤样渗透率与应变的关联性研究被引量：2
- 2019年
- 为了研究受载煤岩渗透率与变形的关联性,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,对取自开滦赵各庄煤矿9号煤层的原煤样品,设计完成了围压不变、降低气体压力以及围压、气体压力同步降低的2种实验方案下煤样径向应变、轴向应变和渗透率测试。实验气体分别为氦气和二氧化碳气体。实验结果表明:采用无吸附性气体(氦气)实验时,煤样体应变与气体压力之间基本为线性关系;与含氦气的煤样相比,当其他实验条件相同时,含二氧化碳气体的煤样产生了显著的膨胀体应变,该膨胀体应变是二氧化碳气体的吸附作用导致的。实验显示,相同气体压力下,围压不变、降低气体压力对应的煤样吸附膨胀体应变大于围压、气体压力同步降低时的吸附膨胀体应变,但二者相差小于5.4%,可见本文实验的外部应力降低对煤样吸附应变影响很小。随着气体压力的降低,实验结果显示煤样的宏观变形为体积收缩,但是其渗透率逐渐升高。原因在于煤样的渗透率同时受到有效应力导致的煤体变形和吸附气体解吸引起的煤基质变形的影响,渗透率的变化特征不仅与煤样表面测得的宏观体积变形有关,而且与煤基质变形导致的煤样内部孔裂隙结构变化密切相关。仅依据煤样表面测得的应变不足以解释煤样渗透率与变形的内在联系。考虑到煤样渗透率受有效应力和气体吸附的叠加作用,将含二氧化碳气体煤样的应变分解成两部分,即有效应力导致的应变和气体吸附引起的应变。以S&D渗透率模型为基础,推导了表征煤样渗透率与有效应力导致的应变变化量、气体吸附引起的应变变化量之间关联性方程,该关联性方程为指数函数形式,对实验数据的拟合相关系数大于0.9,拟合效果良好。
- 祝捷唐俊王琪兰天翔林立姜耀东
- 关键词：渗透率有效应力体应变气体压力
- 含瓦斯煤渗透率演化模型和实验分析被引量：9
- 2019年
- 与气体压力有关的煤层渗透率变化规律是煤矿开采和煤层气开发过程中的重要问题,不同应力条件下,不同类型煤样的渗透率演化特征不同。为了研究瓦斯压力变化过程中煤样渗透性的变化规律,以开滦赵各庄煤矿9号煤层的煤样为研究对象,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,在恒定温度、轴压和围压,降低瓦斯压力的实验条件下测定了煤样应变和瓦斯渗透率。实验结果表明:随着瓦斯压力的降低,煤样收缩应变加剧,渗透率表现为两种变化趋势:逐渐增大和先减小后增大(渗透率回升对应的瓦斯压力小于1.0 MPa)。瓦斯压力降低至0.3 MPa时,渗透率为初始条件下(瓦斯压力2.0MPa)渗透率的1.9~2.9倍。考虑到煤样在径向和轴向的收缩应变数值接近,针对三维变形煤样建立了渗透率模型,模型同时体现了气体压力和气体解吸对渗透率的影响。理论分析表明,降压过程中煤的渗透率将在某一气体压力(反弹气体压力pr)时由降低转为升高。推导的反弹气体压力pr计算公式显示pr的取值由煤样的体积模量K、与吸附效应有关的Langmuir系数εp和pL共同决定;体积模量K与吸附变形系数εp越大,pr越大。值得注意的是,pr的取值与煤样的外部应力以及内部的气体压力无关。结合本文和前人的实验数据,由本文的渗透率模型计算得到了不同应力和瓦斯压力条件下的煤样渗透率变化曲线以及相应的反弹气体压力pr。模型计算结果与实验数据接近,最大相对误差低于8.9%。研究表明,实验测得煤样的渗透率表现为何种变化趋势,取决于反弹气体压力pr和实验气体压力的关系。当pr≥pmax(实验测点中最大的气体压力值)时,渗透率随着气体压力增大而降低;当pr≤pmin(实验测点中最小的气体压力值)时,渗透率随着气体压力增大而增大;当pmin
- 祝捷祝捷唐俊王全启张博张博
- 关键词：力学模型瓦斯压力
- 煤吸附解吸CO_2变形特征的试验研究被引量：16
- 2015年
- 无商业开采价值的煤层被认为是理想的CO2储存场所,煤吸附解吸CO2的变形特征是煤中CO2封存的重要问题。利用煤体吸附-解吸变形试验系统,在预定压力的CO2气体环境下,对取自赵各庄煤矿9号煤层煤样的轴向应变和径向应变进行了近600 h的观测,研究煤样在不同气体压力下吸附、解吸CO2的变形特征。实验结果显示:煤样吸附/解吸CO2产生的膨胀/收缩变形,煤样吸附变形需要12 h甚至更长时间才能趋于稳定,原煤样品的吸附解吸变形呈各向异性;经历了吸附和解吸CO2的煤样均有不同程度的残余变形,气体压力低于1.5 MPa时残余体积应变低于0.6×10-3,可近似认为煤样吸附解吸变形过程可逆。通过煤样吸附解吸变形实验数据的拟合发现,Langmuir方程可反映煤样吸附解吸CO2变形随气体压力的变化规律。
- 祝捷张敏姜耀东唐俊
- 关键词：煤体变形吸附解吸LANGMUIR方程
- 钱营煤样的压汞实验
- 本文采用压汞实验的方法，通过得到的压汞曲线，对钱营煤样的孔隙特征进行分析。实验结果表明：煤岩的孔隙结构很不均匀，不但在各个半径阶段体积分数所占的比例不同，且在不同半径上分布是不连续的，即在有的孔径范围内是没有分布的。
- 李学华高仁杰唐俊张敏
- 关键词：煤岩孔隙特征
- 文献传递
- 基于随机森林算法的煤层气直井产气量模型被引量：14
- 2020年
- 煤层气产量评价和预测是煤层气开发工程决策的关键基础。随机森林算法具有计算量小、精确度高的优点。影响煤层气井产能的参数包含地质参数、工程措施和排采工艺参数。煤储层地质参数分为动态参数和静态参数两个部分。静态地质参数由煤层的本质属性决定,如:煤层埋深、煤层厚度、地应力等;动态地质参数在排采过程中发生动态变化,如储层压力、渗透率等。排采工艺参数多为动态参数,主要受人为调控,如井底流压、套压、动液面深度、冲次、冲程等。当煤层气井完成选址、钻井、水力压裂等条件进入生产阶段,排采工艺参数对其产量影响至关重要。基于随机森林算法,分析了沁水盆地郑村区块15号煤层8口煤层气井的地质参数和排采工艺参数对产气量的影响,计算得到了排采工艺参数对煤层气井产气量影响的重要性指标排序,即流压>套压>动液面>冲次>冲程>埋深。将煤层气井最近60 d的生产数据作为产气量预测的测试样本,其余历史生产数据作为学习样本。学习样本经过缺失值处理、异常数据处理后,输入至R语言中,利用随机森林算法对历史产气量进行拟合分析。综合考虑排采工艺参数和历史产气量的动态变化对煤层气井后续日产气量的影响,建立了煤层气井的产量模型。依据随机森林算法的分枝优度准则,预测了不同排采方案下的煤层气井日产气量,将预测值与测试样本进行对比分析。结果显示,日产气量预测值中95%以上的数据与实际产量数据(测试样本)的误差小于5%,这说明基于随机森林算法的煤层气直井产量模型具有较高的拟合及预测精度,为煤层气井产能评价和预测提供了借鉴。
- 朱庆忠胡秋嘉杜海为樊彬祝捷张斌赵雨寒刘斌唐俊
- 关键词：煤层气井历史拟合
- 突出煤与非突出煤气体渗流特征的实验研究
- 以突出煤和非突出煤的原煤样品为研究对象,利用中国矿业大学(北京)的CGMS煤层瓦斯气液相对渗透率测试系统,对比研究了两种煤样在固定轴压和围压条件下注入不同压力氦气的渗透特征.
- 祝捷周鑫传李京唐俊张敏
- 结构损伤时固有频率的变化
- 本文利用一个简单的悬臂梁结构。其内部出现损伤裂纹时，运用矩阵传递法和牛顿迭代法，得到结构的固有频率随着裂纹的各种变化的变化规律。该计算结果可用于检测结构损伤。
- 唐俊李学华
- 关键词：固有频率
- 文献传递
- 煤吸附解吸气体变形的力学模型研究被引量：6
- 2015年
- 针对煤吸附/解吸气体过程中变形随时间变化的力学行为,对煤体孔隙度方程的隐函数求导,将具有时变性的孔隙度方程引入有效应力系数中,由此建立煤吸附/解吸气体变形问题的力学模型。模型的数值计算结果表明:煤样吸附/解吸气体产生膨胀/收缩变形,变形随时间的增加而增大,直到气体在煤中吸附/解吸达到平衡,煤样的变形才稳定不变;气体压力对煤样的吸附/解吸变形平衡时间及平衡变形量产生影响,气体压力越大,吸附/解吸变形平衡所用的时间越短,平衡时煤样体积应变越大;煤样吸附变形与气体吸附性相关,吸附性更强的CO2气体比CH4气体促使煤样产生更大的膨胀变形。模拟结果与以往实验研究结论一致,证明建立的力学模型能反映煤吸附/解吸气体的变形特征。
- 祝捷唐俊传李京王学
- 关键词：煤体变形气体压力CH4
- 煤基质扩散系数对煤层气开采影响的数值分析被引量：1
- 2014年
- 针对煤层的双重孔隙特性,采用考虑了Fick第一扩散定律和考虑有效应力的渗透率模型对煤层气的开采过程进行研究,探讨了扩散系数对煤层气开采的影响作用。采用不同的扩散系数值(1.2×10-10 m2/s与1.2×10-13 m2/s),通过数值计算,对煤层气的产量演化过程进行分析。计算结果表明:扩散作用主导的煤层气生产过程要远远长于自由相气体主导的煤层气生产过程,具体来说,基质气体压力演化过程的时间尺度(109s)比裂隙气体压力演化的时间尺度(107s)要高两个数量级;在煤层气解吸过程初期,不同的基质扩散系数对产量的影响不明显;在解吸过程后期,两种情况下单位时间内的煤层气产量相差很大,最终可达到三个数量级。
- 王辰詹绍建唐俊李文国王宏伟
- 关键词：渗透率煤层气双重孔隙介质
- 加卸载条件下煤样应变与渗透性的演化特征被引量：5
- 2021年
- 随着开采深度的增大,高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井,相继发生冲击地压或兼具冲击地压和煤与瓦斯突出特征的煤岩瓦斯复合动力灾害。在煤层开采过程中,采煤工作面前方煤体垂直应力陡增、水平应力卸除。煤层高瓦斯内能与煤岩系统地应力、支承压力的叠加为煤岩复合动力灾害的发生提供了力学条件。因此,为了研究气体压力和采动应力对煤岩变形和瓦斯流动状态的影响机制,利用煤岩变形-渗透率同步测试系统,采用轴向加载、径向卸载的加卸载实验方案模拟开采过程中支承压力和水平应力的变化特征,观测了煤样在不同气体压力下加卸载过程中的应变和气体流量。实验结果表明:加卸载初期差应力较低,煤样以压缩变形为主,其内部裂隙闭合,透气性降低;当差应力达到某一值时,相继出现气体流量由降低转为升高的拐点和扩容现象;扩容之后煤样产生塑性变形,其透气性进一步增大,更多气体从煤样中析出。大部分实验煤样发生扩容之前出现气体流量拐点,可见扩容之前,煤样内部的微裂缝已经开始延伸或者扩展。随着气体压力的升高,扩容起始点和气体流量拐点对应的差应力降低,因此高瓦斯压力会导致采动影响下煤体内部微裂缝扩展的应力门槛降低。气体压力较高(2.0 MPa)时,煤样扩容起始点和气体流量拐点对应的应力差平均值仅相差0.102 MPa,扩容起始点和气体流量拐点几乎同时出现。由此可知:高瓦斯煤岩体在采动应力影响下,蓄能的弹性变形区极有可能在瓦斯气体还未大量析出时,迅速转变为耗能的塑性变形区。一旦煤岩变形系统失稳,弹性变形区煤岩与瓦斯可同时释放能量,显现复合动力灾害的破坏特征。
- 祝捷王琪唐俊陈霁月姜耀东唐迪兰天翔
- 关键词：渗透性加卸载动力灾害气体压力采动应力
