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摘要
煤粉问题制约我国煤层气的高效开发。选用韩城矿区山西组3#煤层煤岩样品，开展不同水化学性质对支撑裂缝中煤粉运移影响的物理模拟实验，分析裂缝导流系统渗透率及煤粉产出质量浓度变化，探究不同水化学性质对支撑裂缝中煤粉运移的影响。实验结果表明：Na2SO4溶液驱替条件下，煤粉产出质量浓度随矿化度的增加而降低，高矿化度条件下，煤粉聚集沉降性强，堵塞裂缝通道。NaHCO3溶液驱替条件下，煤粉产出质量浓度随矿化度的增加而增大，伴随矿化度的增加，水解产生OH-增加煤粉颗粒表面负电荷，增强煤粉间排斥力，缓解煤粉聚集效果，产出部分煤粉颗粒。6 000 mg/L Na2SO4和NaHCO3溶液驱替条件下流体具有更多的展布空间，渗透率最高。MgCl2溶液驱替条件下，煤粉产出质量浓度随矿化度的增加而增大，高矿化度增强煤粉间相互作用，实验样内部相对平衡被打破，煤粉产出量增大，实验样内部煤粉堵塞程度大致相同，渗透率数值变化不大。在相同矿化度（10 000 mg/L）条件下，不同水化学类型溶液驱替条件下煤粉产出质量浓度为：NaHCO3＞ Na2SO4＞ MgCl2，实验样平均渗透率为：MgCl2＞ NaHCO3＞ Na2SO4，煤粉聚集的程度，在一定程度上影响煤粉产出，Na2SO4和NaHCO3团聚作用低于MgCl2，部分煤粉运移，实验样末端堵塞程度高于MgCl2溶液，NaHCO3水解产生OH-，煤粉处于碱性环境中，改善实验样堵塞情况，提高渗透率。根据模拟实验中渗透率波动的上升状态、下降状态和轻微波动状态三个趋势，结合实测渗透率数值，统计渗透率变化趋势时间段，分析煤粉产出质量浓度与煤样渗透率之间的关系，回归模型的R方为0.834，说明煤粉运移影响渗透率的波动。研究为提出相应的煤粉管控措施提供理论依据。
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单位中石油煤层气有限责任公司; 中国矿业大学（北京）; 煤炭资源与安全开采国家重点实验室
