煤阶和构造应力强度对煤岩力学性质的影响作用

曹明亮¹，康永尚^1,2，邓泽^3,4，田博凡¹，赵群³，王红岩³

1. 中国石油大学(北京)地球科学学院2. 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室3. 中国石油勘探开发研究院4. 中国石油天然气集团有限公司非常规油气重点实验室

摘 要：为系统探讨煤阶和构造应力强度对煤岩力学性质的影响作用,在不同地区、不同煤阶20个煤样单轴力学参数测试的基础上,结合系统收集的前人单轴测试数据,利用对比分析以及统计回归和显著性检验等方法,揭示了不同构造应力区和煤阶条件下单轴抗压强度、单轴杨氏模量和单轴泊松比的变化规律和两两参数的关系,并从成因机理上进行了讨论。结果表明:随煤阶升高,弹性模量增大,煤阶具有增加煤岩弹性模量的作用;中高-高应力区煤岩易发生垂向上的变形导致其弹性模量低,构造应力强度具有降低煤岩弹性模量的作用。煤阶与构造应力强度非线性耦合,决定煤岩泊松比的特点,泊松比随煤阶升高出现增大的趋势;中高-高应力区的煤岩不易发生侧向上的变形导致其泊松比相对较小,构造应力强度具有降低泊松比的作用。在不同构造应力区,不同煤阶煤岩的弹性模量与抗压强度均呈正相关关系,但煤阶及构造应力强度影响到弹性模量随抗压强度变化的速度。煤阶与构造应力强度共同作用,影响泊松比-弹性模量的关系,对低煤阶煤岩,泊松比-弹性模量关系由低-中应力区的负相关关系反转为中高-高应力区的正相关关系,对中煤阶煤岩,泊松比-弹性模量关系由低-中应力区到中高-高应力区保持负相关关系,这些现象皆可通过不同构造应力区不同煤阶煤岩垂直层理方向受力后基质孔隙微观变形机制给予合理的解释。

关键词：煤阶;构造应力强度;煤储层;煤岩力学性质;