本文關(guān)鍵詞：超臨界二氧化碳提高煤層氣產(chǎn)氣率機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究及應(yīng)用　出處：《太原理工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：我國(guó)多數(shù)煤礦屬于高瓦斯礦井,瓦斯作為煤礦五大災(zāi)害之首,對(duì)煤礦安全生產(chǎn)影響重大。目前煤礦瓦斯主要采用開采前抽采一部分,大量的瓦斯則在煤炭開采時(shí),直接排向大氣,由于瓦斯的溫室效應(yīng),對(duì)大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。另一方面,瓦斯也是可以利用的能源資源,俗稱煤層氣,其主要成分與天然氣相近,主要是由甲烷組成的。科學(xué)合理的開發(fā)煤層氣資源,能降低煤炭企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本,既可以保護(hù)環(huán)境,又可以節(jié)約資源。更重要的是,對(duì)煤層氣資源進(jìn)行有效利用能有效的改善我國(guó)現(xiàn)在的能源結(jié)構(gòu),解決因煤炭造成的環(huán)境問(wèn)題和能源危機(jī)。近些年,研究人員發(fā)現(xiàn)了一種先進(jìn)的煤層氣開采方法,叫超臨界流體技術(shù)。而在開采煤層氣過(guò)程中,我們最常用的是超臨界二氧化碳,所謂超臨界二氧化碳,就是當(dāng)溫度高于臨界溫度31.1℃,壓強(qiáng)高于臨界壓強(qiáng)7.38MPa,此時(shí)的二氧化碳密度與液態(tài)二氧化碳密度相近,黏度卻與氣態(tài)二氧化碳相近,擴(kuò)散系數(shù)卻比液態(tài)二氧化碳大將近100倍的高密度流體。超臨界二氧化碳不僅有注氣增產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn),并且超臨界二氧化碳有萃取能力,可以萃取出煤層中的部分有機(jī)物,可以增大煤層中裂隙的張度和氣體運(yùn)移通道的尺寸,從而增大煤層的滲透率,進(jìn)而提高煤層氣的采出率。為此,本文進(jìn)行了有關(guān)超臨界二氧化碳的一些基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn),研究了煤樣滲透率隨壓力和溫度的變化規(guī)律、煤樣吸附解吸瓦斯隨溫度的變化規(guī)律和超臨界二氧化碳驅(qū)替增氣機(jī)理,比較分析了超臨界二氧化碳驅(qū)替過(guò)程中溫度的作用和超臨界二氧化碳本身的作用,并且比較了驅(qū)替實(shí)驗(yàn)前后試件細(xì)觀裂隙的變化情況。最后我們根據(jù)超臨界二氧化碳驅(qū)替瓦斯實(shí)驗(yàn)結(jié)果,研究分析了小規(guī)模超臨界二氧化碳驅(qū)替瓦斯的工業(yè)試驗(yàn)的初步方案和預(yù)期效果。本文主要結(jié)論有:(1)在進(jìn)行滲透率實(shí)驗(yàn)時(shí),在常溫、40℃、60℃和80℃條件下,保持孔隙壓力一定,隨著體積應(yīng)力的增大,煤樣滲透率呈遞減趨勢(shì)。在常溫條件下,保持煤樣的體積應(yīng)力不變,隨著孔隙壓力的增大,煤樣的滲透率先減小后增大,在40℃、60℃和80℃這三種溫度條件下,保持煤樣體積應(yīng)力不變,隨著孔隙壓力的增大,煤樣的滲透率一直在增大。當(dāng)體積應(yīng)力為24mpa時(shí),煤樣滲透率最大值對(duì)應(yīng)的臨界溫度為60℃,當(dāng)體積應(yīng)力為30mpa時(shí),煤樣滲透率最大值對(duì)應(yīng)的臨界溫度為40℃。(2)在進(jìn)行吸附解吸實(shí)驗(yàn)時(shí),在常溫、40℃、60℃和80℃的溫度條件下,解吸率分別是34%、46.5%、54.1%和59.4%,說(shuō)明了隨著溫度的升高,煤樣吸附瓦斯氣體的能力在下降,而解吸瓦斯氣體的能力在上升。溫度的升高,有利于煤樣對(duì)瓦斯氣體的解吸,不利于煤樣對(duì)瓦斯氣體的吸附。(3)在進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)時(shí),在二氧化碳?jí)毫?mpa,溫度為常溫、40℃、60℃和80℃的條件下,驅(qū)替效率分別是58.3%、68.4%、75.6%、和81.7%。說(shuō)明了超臨界二氧化碳確實(shí)可以大幅度提高煤層氣的采出率。并且通過(guò)對(duì)比驅(qū)替實(shí)驗(yàn)前后煤樣橫截面的ct掃描圖像可知,由于超臨界二氧化碳的作用,煤樣裂隙明顯發(fā)育,增大了煤層中孔裂隙的張度和氣體擴(kuò)散和運(yùn)移通道的尺寸,并且裂隙貫穿煤樣的整個(gè)橫截面,形成網(wǎng)絡(luò)型裂隙結(jié)構(gòu),煤樣滲透性較驅(qū)替實(shí)驗(yàn)之前有很大提高。(4)針對(duì)某礦井設(shè)計(jì)了超臨界二氧化碳開采煤層氣的工業(yè)試驗(yàn)初步方案,采用了井上下聯(lián)合注超臨界二氧化碳開采煤層氣的方法。根據(jù)項(xiàng)目投資概算可知,該項(xiàng)目的初期投資大概為240萬(wàn)元,噸煤增加成本為19元,煤層氣的噸煤收入為24元,并且在瓦斯抽采之后,使雙巷通風(fēng)變?yōu)閱蜗锿L(fēng),節(jié)約巷道施工費(fèi)、減少煤柱損失、增加采煤量和減少通風(fēng)費(fèi)用,所以該方案經(jīng)濟(jì)上是可行的。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD712

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本文編號(hào)：1321096