本文關(guān)鍵詞：煤儲層表面改性增產(chǎn)機理及技術(shù)研究

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【摘要】：煤層氣主要以吸附狀態(tài)賦存于煤的基質(zhì)微孔隙中,其產(chǎn)出遵循“解吸-擴散-滲流”的過程,只有增加煤層氣的解吸量,提高煤層氣的擴散通量,改善煤儲層的滲透性,才能從根本上保證煤層氣井的高產(chǎn)與穩(wěn)產(chǎn),由此提出了煤儲層表面改性增產(chǎn)技術(shù)。本文以煤層氣地質(zhì)學、煤化學、煤層氣生物工程、表面物理化學和滲流力學等理論為指導,以不同煤階、不同煤體結(jié)構(gòu)煤為研究對象,采用室內(nèi)實驗、理論分析和現(xiàn)場應用相結(jié)合的方法,對煤層氣的賦存環(huán)境及運移產(chǎn)出機理進行了重新認識,對強氧化劑、微生物和表面活性劑作用于煤儲層的增產(chǎn)機理進行了系統(tǒng)研究,得出以下結(jié)論:(1)對煤層氣的賦存環(huán)境進行了重新認識,證實了煤儲層微孔超壓環(huán)境的存在,揭示了煤儲層微孔超壓環(huán)境的形成機理,建立了基于微孔超壓環(huán)境的煤層氣資源量計算方法,查明了微孔超壓環(huán)境對煤層氣資源量估算的影響。(2)對煤層氣的運移產(chǎn)出機理進行了重新認識,指出飽和水單相流階段微孔中的解吸氣以溶解態(tài)運移;不飽和單相水流階段氣泡在微孔中逐漸形成,以非線性滲流方式運移,在排出微孔中的水后產(chǎn)出;之后便進入了氣水兩相流階段,該階段微孔中已經(jīng)沒有水的存在,煤層氣的運移服從兩級兩類擴散(努森擴散和菲克擴散),割理/裂隙中的運移服從兩級兩類滲流(低速非線性滲流和線性滲流);同時指出,在氣水兩相流階段,如果排采控制不當,會形成段塞流,造成儲層嚴重的速敏傷害,并對段塞流的形成條件和機理進行了初步探討。(3)強氧化劑作用于煤儲層具有增解、增透作用。煤經(jīng)強氧化劑改性后,煤分子的芳環(huán)縮合程度降低,親甲烷能力降低,有利于煤層氣解吸;煤的孔容和孔隙度增大、孔隙的連通性增強,有利于煤層氣擴散和滲流產(chǎn)出。(4)微生物作用于煤儲層具有增解、增透作用和增加資源量的意義。煤經(jīng)微生物代謝后發(fā)生降解,生成了一定量的甲烷,對煤層氣資源是一種補充;降解后,煤的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,親甲烷能力相應降低,實現(xiàn)了增解;煤的總孔容和大孔孔容增加、孔隙的連通性增強,改善了煤儲層的滲透性,實現(xiàn)了增透。(5)優(yōu)選出了防水敏、速敏和水鎖的表面活性劑壓裂液(1.5%KCl+0.05%AN),該壓裂液作用于煤儲層具有增產(chǎn)作用。一方面,表面活性劑壓裂液改善了煤粉的潤濕性、增大了煤粉顆粒間的內(nèi)聚力,使煤粉迅速沉降聚集,進而抑制了排采過程中煤粉對儲層造成的速敏傷害,實現(xiàn)增產(chǎn);另一方面,表面活性劑壓裂液降低了煤孔隙中流體的毛管壓力,使得壓裂液在煤儲層中易進易出,進而顯著降低了水鎖傷害,實現(xiàn)增產(chǎn);同時發(fā)現(xiàn),表面活性劑壓裂液能夠抑制段塞流的形成,實現(xiàn)增產(chǎn)。(6)提出了4種活性水與改性劑的配伍方案,其中表面活性劑壓裂液(1.5%KCl+0.05%AN)為煤層氣儲層改造的最佳壓裂液,該壓裂液在山西潞安礦業(yè)集團有限責任公司五里堠井田石炭二疊系的煤系氣儲層改造中的應用取得了圓滿成功,實現(xiàn)了單井產(chǎn)氣量長期(2014.3至今)穩(wěn)產(chǎn)在1000 m3/d以上,且目前還有較高的井底壓力。
【關(guān)鍵詞】：煤儲層 表面改性 增產(chǎn)機理 微孔超壓 段塞流 表面活性劑壓裂液
【學位授予單位】：河南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD84
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 緒論12-32
• 1.1 研究目的與意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與存在問題13-29
• 1.2.1 煤儲層孔隙特征13-17
• 1.2.2 煤層氣運移產(chǎn)出機理17-19
• 1.2.3 煤儲層吸附性的影響因素19-21
• 1.2.4 煤儲層潤濕性的影響因素21-22
• 1.2.5 煤層氣增產(chǎn)技術(shù)22-23
• 1.2.6 固體表面改性及其應用研究23-27
• 1.2.7 段塞流形成機理及其表征27-29
• 1.2.8 存在的主要問題29
• 1.3 研究內(nèi)容和方法29-32
• 1.3.1 研究內(nèi)容29-30
• 1.3.2 關(guān)鍵技術(shù)30-31
• 1.3.3 研究方法與技術(shù)路線31-32
• 2 煤層氣的賦存環(huán)境及運移產(chǎn)出機理再認識32-78
• 2.1 煤的類石墨微晶結(jié)構(gòu)演化特征32-41
• 2.1.1 實驗與結(jié)果32-34
• 2.1.2 分析與討論34-40
• 2.1.3 結(jié)論40-41
• 2.2 煤儲層孔裂隙特征41-47
• 2.2.1 孔隙征特41-46
• 2.2.2 裂隙特征46-47
• 2.3 煤層氣的微孔超壓賦存環(huán)境47-56
• 2.3.1 微孔超壓環(huán)境的形成機制47-51
• 2.3.2 微孔超壓環(huán)境對煤層氣資源量估算的影響51-56
• 2.4 基于微孔超壓環(huán)境的煤層氣運移產(chǎn)出機理56-65
• 2.4.1 飽和單相水流階段解吸氣的溶解機理57-58
• 2.4.2 不飽和單相水流階段氣泡的形成及運移機理58-60
• 2.4.3 氣水兩相流階段的煤層氣運移產(chǎn)出機理60-65
• 2.5 氣水兩相流階段的段塞流形成機理65-75
• 2.5.1 非穩(wěn)態(tài)段塞流實驗66-69
• 2.5.2 液相物性參數(shù)對段塞流特性影響研究69-70
• 2.5.3 煤儲層段塞流的形成機理70-75
• 2.6 本章小結(jié)75-78
• 3 強氧化劑對煤儲層的表面改性增產(chǎn)機理78-102
• 3.1 強氧化劑的制備78
• 3.2 增解作用78-87
• 3.2.1 等溫吸附實驗78-82
• 3.2.2 瓦斯放散初速度測試82-85
• 3.2.3 常壓解吸實驗85-87
• 3.3 溶蝕增透作用87-91
• 3.3.1 顯微鏡觀測87-89
• 3.3.2 滲透率測試89-91
• 3.4 增產(chǎn)機理91-100
• 3.4.1 煤分子結(jié)構(gòu)改變增產(chǎn)91-94
• 3.4.2 孔隙特征改變增產(chǎn)94-100
• 3.5 本章小結(jié)100-102
• 4 微生物對煤儲層的表面改性增產(chǎn)機理102-110
• 4.1 生物氣的資源貢獻102-103
• 4.2 增解作用103-104
• 4.3 增產(chǎn)機理104-107
• 4.3.1 煤分子結(jié)構(gòu)改變增產(chǎn)104-105
• 4.3.2 孔隙特征改變增產(chǎn)105-107
• 4.4 本章小結(jié)107-110
• 5 表面活性劑對煤儲層的表面改性增產(chǎn)機理110-130
• 5.1 表面活性劑的優(yōu)選111-115
• 5.1.1 靜置沉降實驗111-113
• 5.1.2 毛管壓力測試113-115
• 5.1.3 優(yōu)選結(jié)果115
• 5.2 防水敏增產(chǎn)機理115-117
• 5.3 防速敏增產(chǎn)機理117-122
• 5.3.1 增大內(nèi)聚力抑制速敏增產(chǎn)117-120
• 5.3.2 抑制段塞流防速敏增產(chǎn)120-122
• 5.4 防水鎖增產(chǎn)機理122-128
• 5.4.1 防水鎖增產(chǎn)作用122-123
• 5.4.2 離心分離實驗123-125
• 5.4.3 水鎖傷害實驗125-127
• 5.4.4 降低毛管壓力抑制水鎖增產(chǎn)127-128
• 5.5 本章小結(jié)128-130
• 6 煤儲層表面改性增產(chǎn)技術(shù)及應用130-146
• 6.1 煤儲層表面改性增產(chǎn)技術(shù)130-137
• 6.1.1 煤層氣井用水基壓裂液優(yōu)選130-132
• 6.1.2 二氧化氯與AN的配伍性132-133
• 6.1.3 生物菌液與AN的配伍性133-135
• 6.1.4 改性增產(chǎn)技術(shù)135-137
• 6.2 工程應用137-145
• 6.2.1 工程背景137
• 6.2.2 五里堠井田煤層氣資源量估算137-139
• 6.2.3 壓裂方案設計139-141
• 6.2.4 壓裂施工情況141-142
• 6.2.5 產(chǎn)氣效果142-145
• 6.3 本章小結(jié)145-146
• 7 結(jié)論146-150
• 7.1 結(jié)論146-147
• 7.2 本研究的創(chuàng)新之處147-150
• 參考文獻150-160
• 作者簡歷160-162
• 學位論文數(shù)據(jù)集162

【參考文獻】

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本文編號：720291