基于尾波干涉法的煤层气储层气体诱导地质力学演化超声监测

《Acoustics》：Ultrasonic Monitoring of Gas-Induced Geomechanical Evolution in Coal Reservoirs Using Coda Wave Interferometry

　　对气体在煤中引起的变化进行连续监测对于二氧化碳封存、煤层气回收和地下矿井安全至关重要。传统超声监测主要依赖直达波速度，但对煤微观结构内细微的、分散变化的敏感性可能有限。本研究评估了尾波干涉法（CWI）用于监测无烟煤试样在受控三轴加载条件下对氦气（He）和二氧化碳（CO?）注入的响应，轴向与围压应力比为2:1，每次试验中围压均比气体压力高1.0 MPa，从而使有效围压恒定为1.0 MPa，各阶段仅气体种类不同。气体以2.5、5.5和12.5 MPa的标称注入压力引入。在CO?实验中连续记录超声波形5小时，在He实验中记录7小时。P波和S波速度及其相对变化（dv/v）通过基于赤池信息准则的到时拾取计算，而尾波衍生的相对速度变化（δv/v）则通过CWI拉伸法在300–600 μs的尾波窗口内进行估算。六种气体-压力条件依次施加于同一样本，每次试验间对样本进行排气、脱气和重新调整状态。CO?的注入压力耗散比He更慢，该响应与吸附保留及吸附诱导的煤孔隙结构修改一致。在低和中注入压力下，直达波速度能捕捉到显著的机械变化，但在12.5 MPa CO?实验期间敏感性有限。相比之下，CWI在5.5 MPa下检测到持续的负δv/v趋势，在12.5 MPa下检测到渐进的负趋势。尽管未独立测量吸附，但He和CO?响应的对比表明，CWI可通过检测与耦合力学及气-煤相互作用相关的细微、分散变化来补充直达波分析。