基于保压保瓦斯取心工艺测定煤层瓦斯压力和含量,是实现瓦斯参数快速精准测定的有效方法。瓦斯是一种以甲烷为主的多组分混合气体,煤对于不同气体的吸附能力不同,混合气体中各组分气体分压也存在差异,不同气体组分占比将影响煤层瓦斯含量和压力的测算结果。为实现保压保瓦斯取心煤层原位瓦斯压力的精准测算,采用数值模拟和理论计算相结合,研究气体组分对瓦斯压力测算的影响。通过分析取心器内煤心瓦斯压力演化过程,将多组分气体吸附模型引入瓦斯运移理论,建立考虑多组分气体的双重介质瓦斯压力演化方程,并应用于数值仿真。模拟结果显示,煤心进入岩心筒后裂隙瓦斯压力初始先迅速下降而后逐渐上升,基质瓦斯压力一直缓慢下降,岩心筒内自由空间的瓦斯压力由初始0.1 MPa缓慢上升,数小时后3个压力平衡,平衡压力远小于煤心原始瓦斯压力;CO2组分对平衡瓦斯压力值的影响最大,当气体为纯CH4时平衡压力最小。同时,推导了考虑多组分气体的保压保瓦斯煤层原位瓦斯压力计算公式,根据设定的平衡压力反算煤层瓦斯压力,理论计算煤层瓦斯压力值与数值模拟数据的对比结果吻合较好,Pearson相关系数为99.89%;利用取心器平衡压力反算煤层瓦斯压力时,计算结果随CO2、CH4组分增加和N2组分减少而减小,气体为纯CH4时反算的煤层瓦斯压力值最小。利用保压保瓦斯取心测算煤层原位瓦斯压力时,若不考虑气体组分而以纯CH4计算,可能会低估煤层瓦斯压力值,尤其是煤层瓦斯压力较大且CO2气体组分占比高时,误差更大,为准确测算煤层瓦斯压力,应考虑瓦斯气体组分的影响。

褚鹏,尚德磊,李建华等.保压保瓦斯取心气体组分对煤层瓦斯压力测算的影响[J/OL].煤田地质与勘探:1-9[2023-08-05].http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1155.P.20230803.1240.004.html