[科学探索]气体解吸能导致煤基质收缩吗？ [复制链接]

●李传亮

煤层气为吸附气，开采煤层气需要首先排水降压，吸附气才能解吸成自由气，从而被开采出来。

有学者说，煤层气解吸会导致煤基质收缩，这有点令人费解。一个气体分子从墙壁上脱落下来，墙壁会产生变形吗？

其实，煤基质的收缩是孔隙压力降低所致，不是因为解吸所致，解吸也是压力降低的结果，学者们不要胡乱联系，^_^

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李老师说的对：煤基质的收缩是孔隙压力降低所致，不是因为解吸所致，解吸也是压力降低的结果。

国际上的一致观点：解吸引起的是基质的收缩，造成的是孔隙的扩大和渗透率的增加。
已经有大量的实验（应变片测量、光学测量等实验）验证了吸附/解吸确实引起基质的膨胀/收缩，要反驳的话，估计很难。

外应力不变情况下，孔隙压力降低导致有效应力降低，引起的是基质的膨胀哦，
所以解吸引起的变形效应（第一种效应）与应力敏感效应（第二种效应）刚好相反。
在煤层气解吸的早期，由于解吸量不大，第一种效应不抵第二种效应，渗透率降低；
但随着解吸量增加第一种效应赶超第二种效应，渗透率回升。

可以查阅这方面早期的外文文章（英文的啊），介绍了细致的验证实验过程。
包括直接测量岩石解吸收缩变形的实验；以及间接测量孔隙压力降低渗透率增加的实验。

Harpalani, S., Schraufnagel, R.A. Influence of matrix shrinkage and compressibility on gas production from coalbed methane reservoirs[C]. The 65th annual Technical Conference and Exhibition of the Society of Petroleum Engineerings, New Orleans, LA, 1990b.
Harpalani, S., Chen, G. Estimation of changes in fracture porosity of coal with gas emission[J]. Fuel, 1995, 74: 1491-1498.
Robertson, E.P. Measurement and modeling of sorption-induced strain and permeability changes in coal[D]. Prepared for the US Department of Energy Through the INL LDRD Program Under DOE Idaho Operarions Office Contract DE-AC07-05ID14517, 2005.
Czerw, K. Methane and carbon dioxide sorption or desorption on bituminous coal—Experiments on cubicoid sample cut from the primal coal lump[J]. International Journal of Coal Geology, 2011, 85: 72-77.

恩，李老师，是孔隙压力降低导致有效应力增加，引起孔隙的缩小和渗透率的降低。
至于基质是膨胀还是收缩，我感觉是膨胀。

压力降低会导致基质收缩么？李老师为什么这么说啊？

李老师能证明孔压减小一定造成基质收缩么？
根据李老师的理解，孔压降低，导致基质收缩和孔隙收缩，进而渗透率降低？
文献中提的渗透率通常指裂缝渗透率（裂缝也是孔隙的一种），我们假设垂直裂缝。
如果基质和裂缝都收缩，势必造成侧向位移（岩石侧向整体减小了），但侧向位移通常是认为不变的。

算了，不管孔压降低引起的基质收缩还是膨胀也好。基质的弹性模量那么高（相对裂缝），应力的变化引起的基质变形相对裂缝可以忽略吧？
怎么解释孔压降低，渗透率增加这种反常规应力敏感的现象呢？