本文選題：頁巖巖芯 + 頁巖氣　； 參考：《重慶大學》2015年碩士論文

【摘要】：已有很多學者對頁巖的吸附、解吸及驅(qū)替進行研究并取得相應成果,對未來頁巖氣開采具有巨大的實用價值。但以往有關(guān)頁巖的吸附、解吸及驅(qū)替試驗采用的樣品為顆粒狀,嚴重破壞了頁巖原始結(jié)構(gòu),無法真實地反映實際儲層情況。為真實反映儲層條件下的頁巖吸附、解吸及驅(qū)替性能,本文試驗中采用直徑50mm,高100mm的大巖樣頁巖并對其施加一定的體積應力,巖樣內(nèi)保持頁巖原始地質(zhì)結(jié)構(gòu),與顆粒狀頁巖相比,能真實模擬儲層結(jié)構(gòu)條件。在國家自然科學基金面上項目(項目批準號:51374257)、教育部新世紀人才計劃項目(項目批準號:NCET-09-0844)資助下,針對儲層條件下頁巖的吸附解吸性質(zhì)及驅(qū)替提高頁巖氣采收率的部分影響因素開展了研究,取得以下主要研究成果:①本次試驗樣品為圓柱形頁巖巖芯,為塊狀,其內(nèi)部保持頁巖儲層原始結(jié)構(gòu),試驗時對巖心施加一定的軸壓和圍壓,并采用水浴方式恒溫,以模擬相應頁巖儲層環(huán)境,確保試驗能更為真實地反映頁巖儲層吸附、解吸、驅(qū)替性質(zhì)。②基于大量室內(nèi)頁巖巖芯吸附過程試驗,詳細分析了甲烷和二氧化碳在頁巖巖芯內(nèi)運移、吸附過程,認為吸附過程為滲透、擴散、吸附、解吸的綜合過程;解釋了隨時間推移,吸附速率下降的原因,主要是吸附前期以滲透、吸附為主,后期以擴散、吸附為主,氣體在頁巖儲層內(nèi)滲透作用相對擴散作用要快很多;詳細分析了頁巖巖芯在吸附過程中吸附變化曲線出現(xiàn)“階梯狀”、“負吸附”現(xiàn)象,認為出現(xiàn)上述現(xiàn)象是由于吸附量增大導致巖芯內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的結(jié)果。③通過對不同溫度、不同頁巖巖芯對甲烷的等溫吸附曲線對比,發(fā)現(xiàn)這些曲線變化趨勢相同,吸附量隨壓力升高而增大,且在相應壓力點出現(xiàn)吸附量急劇上升的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象出現(xiàn)的壓力點隨溫度升高而增大;通過對頁巖巖芯吸附、解吸曲線對比分析,發(fā)現(xiàn)巖芯解吸曲線滯后于吸附曲線,并從甲烷在頁巖儲層內(nèi)賦存形式、吸附形式和分子能量三個方面對這一現(xiàn)象進行了詳細分析。④通過對同一頁巖巖芯樣品不同溫度下等溫吸附曲線對比分析,探討溫度對吸附的影響,發(fā)現(xiàn)溫度與吸附量相關(guān)性較差,并對此現(xiàn)象進行詳細分析,認為巖芯在吸附膨脹、解吸收縮循環(huán)作用及體積應力共同作用下,頁巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化導致吸附量變化,表明保留頁巖原始結(jié)構(gòu)的巖芯的吸附性能受多種因素的影響,與顆粒狀相比,吸附性質(zhì)更具不穩(wěn)定性。⑤通過對不同頁巖巖芯樣品在相同溫度下的等溫吸附曲線的對比分析,探討頁巖儲層各向異性對吸附的影響,發(fā)現(xiàn)不同樣品的吸附量不同;對同一樣品進行不同氣體(CH4、CO2)吸附試驗對比分析,發(fā)現(xiàn)吸附相同時間,CO2的吸附量大于CH4,且CH4的吸附平衡時壓力大于CO2,由此判斷頁巖巖芯對CO2的吸附性大于CH4。⑥將本次頁巖巖芯吸附試驗結(jié)果與相同試驗溫度下煤顆粒、頁巖顆粒及頁巖小試件吸附結(jié)果進行對比分析,并從巖石結(jié)構(gòu)方面詳細分析了吸附量差異及吸附曲線形態(tài)不同的原因,表明頁巖試驗樣品尺寸對其吸附能力影響較大,認為隨試件尺寸增大,頁巖儲層不均勻性越明顯,越能真實模擬儲層條件。⑦采用Langmuir模型、Freundlich經(jīng)驗公式、BET模型、微孔填充D-R模型、Langmuir-Freundlich模型和最優(yōu)化體積填充D-A模型對本次吸附解吸試驗數(shù)據(jù)進行擬合分析對比,探討頁巖巖芯對甲烷的吸附機理,擬合結(jié)果表明:Freundlich經(jīng)驗公式相關(guān)系數(shù)平均值為0.95635;D-R模型相關(guān)系數(shù)平均值為0.96559;D-A模型相關(guān)系數(shù)平均值為0.97963,以上三種模型擬合效果較好,其中Freundlich經(jīng)驗公式中參數(shù)物理意義不明確,不能表征吸附機理,由此認為甲烷在頁巖巖芯內(nèi)的吸附機理主要為微孔填充或體積填充。⑧基于頁巖巖芯驅(qū)替試驗數(shù)據(jù),并對巖芯驅(qū)替過程機理進行了詳細的分析和闡述,認為驅(qū)替是滲透、擴散、競爭吸附的綜合過程;對不同溫度、驅(qū)替方式的驅(qū)替結(jié)果進行對比,發(fā)現(xiàn)溫度、驅(qū)替方式對驅(qū)替效果有影響,且驅(qū)替方式影響較大;對不同體積應力下的驅(qū)替結(jié)果對比分析,發(fā)現(xiàn)體積應力對驅(qū)替效果幾乎不影響;對置換比的計算進行討論,并闡述了新的計算思法,使該參數(shù)更能準確的表征CO2的驅(qū)替能力。
[Abstract]:Many scholars have studied shale adsorption, desorption and displacement and obtained corresponding results, which have great practical value for shale gas mining in the future. However, the previous shale adsorption, desorption and displacement tests were granular, which seriously damaged the original shale structure and could not truly reflect the actual reservoir conditions. Shale adsorption, desorption and displacement performance under reservoir conditions are reflected. In this experiment, the large rock sample shale with a diameter of 50mm, high 100mm, and a certain volume stress was applied to it, and the original geological structure of shale was maintained in the rock sample. Compared with the granular shale, the reservoir structure conditions could be simulated. Item approval number: 51374257), under the support of the new century talent planning project of the Ministry of Education (project approval number: NCET-09-0844), the study has been carried out on the adsorption and desorption properties of shale under reservoir conditions and some factors affecting shale gas recovery, and the following main research results are obtained: (1) the sample is cylindrical shale core. It maintains the original structure of shale reservoir in the interior of the shale, exerting certain axial pressure and confining pressure on the core in test, and using water bath at constant temperature to simulate the corresponding shale reservoir environment, to ensure that the test can more truly reflect the adsorption, desorption and displacement properties of shale reservoir. When methane and carbon dioxide are transported and adsorbed in shale core, the adsorption process is considered as a comprehensive process of infiltration, diffusion, adsorption and desorption. The reasons for the decrease of adsorption rate are explained with the passage of time, mainly by infiltration, adsorption, diffusion and adsorption, and the relative expansion of gas in shale reservoir. The effect of dispersion is much faster; the phenomenon of "staircase" and "negative adsorption" in the adsorption curve of shale core during the adsorption process is analyzed in detail. It is believed that the above phenomenon is the result of the change of pore structure inside the core caused by the increase of adsorption quantity. It is found that the changing trend of these curves is the same, the adsorption amount increases with the pressure increasing, and the adsorption quantity rises sharply at the corresponding pressure point. The pressure point of this phenomenon increases with the temperature rising. The occurrence of methane in shale reservoir, adsorption form and molecular energy in three aspects are analyzed in detail. (4) the effect of temperature on adsorption is discussed by comparison and analysis of isothermal adsorption curves at different temperatures of the same shale core samples, and it is found that the correlation between temperature and adsorption quantity is poor, and the phenomenon is analyzed in detail. Under the joint action of adsorption expansion, desorption contraction cycle and volume stress, the core structure changes in shale, which results in the change of adsorption capacity. It shows that the adsorption property of the core with the original structure of shale is influenced by many factors. Compared with the granular, the adsorbability is more unstable. The isothermal adsorption curves at the same temperature are compared and analyzed to explore the effect of anisotropy on adsorption of shale reservoir, and the adsorption capacity of different samples is different. The adsorption test of different gases (CH4, CO2) for the same sample is compared and analyzed. It is found that the adsorption amount of CO2 is greater than that of CH4 at the same time of adsorption, and the pressure of CH4 is more than CO when the adsorption equilibrium is balanced. 2, it is judged that the adsorption of shale core to CO2 is greater than that of CH4. 6. The adsorption results of the shale core adsorption test and the coal particles, shale particles and shale specimens are compared with the same test temperature, and the reasons for the difference of adsorption quantity and the different adsorption curve form are analyzed in detail. The sample size has a great influence on its adsorption capacity. It is considered that the larger the size of the specimen is, the more obvious the shale reservoir inhomogeneity is, the more true the reservoir conditions are, the Langmuir model, the Freundlich empirical formula, the BET model, the microporous filling D-R model, the Langmuir-Freundlich mold type and the optimal volume filling D-A model are used for this adsorption desorption. The experimental data are compared and analyzed to discuss the adsorption mechanism of methane in shale core. The fitting results show that the average value of correlation coefficient of Freundlich empirical formula is 0.95635, the average value of D-R model correlation coefficient is 0.96559, and the average value of D-A model correlation coefficient is 0.97963, and the above three models have better fitting effect, of which Freundlich experience male is more common. The physical meaning of the parameters is not clear, and the mechanism of adsorption can not be characterized. Therefore, the adsorption mechanism of methane in shale core is mainly microporous filling or volume filling. By comparing the displacement results of different temperatures and displacement ways, it is found that the displacement effect is influenced by the temperature and displacement mode, and the displacement mode has great influence. The displacement results under different volume stress are compared and analyzed, and the displacement effect is almost no sound. The calculation of displacement ratio is discussed and the new method is expounded. Calculating the method of thinking can make the parameter more accurately represent the displacement ability of CO2.
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE377

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本文編號：1914996