納米孔隙廣泛分布在非常規(guī)致密儲(chǔ)層巖石中,準(zhǔn)確認(rèn)知和定量描述致密儲(chǔ)層巖石納米孔隙中CH₄的吸附、解吸能力、CO₂/CH₄置換機(jī)制以及運(yùn)移能力對(duì)于實(shí)施非常規(guī)致密儲(chǔ)層CO₂壓裂改造技術(shù)至關(guān)重要。然而,非常規(guī)致密儲(chǔ)層埋深大、地質(zhì)條件復(fù)雜,特別是,巖石納米尺度孔隙中CH₄的吸附、解吸、CO₂/CH₄置換以及運(yùn)移是一個(gè)隱蔽的、納觀尺度上的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程,無(wú)論現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試還是實(shí)驗(yàn)室模型實(shí)驗(yàn),現(xiàn)有的技術(shù)方法與裝備均難以進(jìn)行準(zhǔn)確探測(cè)與定量表征。數(shù)值模擬成為一種突破探測(cè)技術(shù)瓶頸、認(rèn)識(shí)和定量描述納米孔隙中CO₂/CH₄置換和運(yùn)移動(dòng)態(tài)過(guò)程及機(jī)制的有效手段。但由于對(duì)復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)中CH₄的吸附、解吸、CO₂/CH₄置換和運(yùn)移的物理機(jī)理缺乏足夠的認(rèn)識(shí)以及模擬計(jì)算方法的局限性,該問(wèn)題尚沒(méi)有一個(gè)令人滿意的結(jié)果。針對(duì)上述問(wèn)題,本文以頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)中廣泛分布的納米孔隙結(jié)... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：154 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

四川地區(qū)頁(yè)巖氣田分布

1）首先是隨著壓裂的展開(kāi)，孔道向各個(gè)方向發(fā)展，頁(yè)巖的滲透率提高，孔壓力降低，吸附在頁(yè)巖基質(zhì)中的頁(yè)巖氣逐漸解吸。（2）其次是解吸的頁(yè)巖氣微孔向外擴(kuò)散，在孔道中逐漸聚集，由于頁(yè)巖氣開(kāi)采的壓力較高，在微孔中巖氣主要以超臨界狀態(tài)存在。（3）隨著流體在微孔中聚集并向裂隙運(yùn)移，最過(guò)裂隙達(dá)到水平井和豎井[21]，整個(gè)過(guò)程類似于煤層氣開(kāi)發(fā)如圖 1-2 所示。解吸氣體穿過(guò)基質(zhì)和微孔，擴(kuò)散到納米孔隙中，在納米孔隙中發(fā)生流動(dòng)進(jìn)觀裂隙中，在宏觀尺度的裂隙中流體主要以達(dá)西流的方式流動(dòng)�；|(zhì)與孔隙的濃度差和分子熱運(yùn)動(dòng)引起氣體向外擴(kuò)散，然后在壓力梯度推動(dòng)下在納米孔宏觀尺度的裂隙中流動(dòng)[22]。這些運(yùn)移過(guò)程相互關(guān)聯(lián)，納米孔道和裂隙中的流起孔道的壓力降低，并且在孔道中引起孔道內(nèi)外產(chǎn)生濃度差，促進(jìn)基質(zhì)中的向外擴(kuò)散，造成氣體不斷的解吸[23]。不同的是，頁(yè)巖基質(zhì)由孔隙壓力引起的變形較小，而對(duì)于煤層氣來(lái)說(shuō)，儲(chǔ)層中的氣體解吸會(huì)引起基質(zhì)收縮，增大基隙度，進(jìn)而提高煤層的滲透率，有利于煤層氣的開(kāi)采[23]。擴(kuò)散過(guò)程是解吸和過(guò)程的紐帶，暢通的流動(dòng)加速擴(kuò)散的進(jìn)行，而甲烷的快速擴(kuò)散促進(jìn)解吸的發(fā)]。

五類如圖 1-3 所示。圖中，這些等溫吸脫附線并不是可逆的，而是在解吸過(guò)程中存在一定的滯后現(xiàn)象，與吸附線形成一個(gè)回環(huán)，不同的滯回環(huán)對(duì)應(yīng)著不同形狀的孔隙結(jié)構(gòu)，A 類主要?dú)w屬于兩端開(kāi)口的通孔，B 類主要為平行板孔，C 類和 D 類主要是指錐形或者楔形孔，E 類主要為墨水瓶孔[45]。間接法根據(jù)不同的測(cè)試原理，測(cè)試方法所試用的范圍也有所不同。高壓壓汞測(cè)試孔徑范圍主要為大孔[49]（孔徑大于 50nm）和介孔（孔徑介于 2nm 到 50nm之間），但是由于測(cè)試的壓力較高，隨著壓力的增加可能造成孔徑較小孔隙（~3nm）孔壁破裂。低壓 N2/CO2吸附吸附實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行y(cè)定孔徑低于 2 nm 的孔隙，但是低壓氣體吸附對(duì)于孔徑大于 300nm 的孔隙并不適用[50]。高壓 CH4/CO2吸附實(shí)驗(yàn)方法主要分為容量法和重量法，容量法主要是應(yīng)用在煤吸附實(shí)驗(yàn)研究中，其原理是以波意耳定律來(lái)求取初始?jí)毫推胶鈮毫χ钕聵悠返奈搅縖51]。重量法能直接測(cè)試頁(yè)巖樣品高溫高壓條件下的過(guò)剩吸附量，并且通過(guò)模型的擬合獲得吸附相的密度和計(jì)算出絕對(duì)吸附量，完成吸附等溫線的測(cè)定。高壓吸附實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛑苯訙y(cè)定頁(yè)巖樣品在地層壓力和溫度下的飽和吸附量，這是評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣儲(chǔ)藏能力最有效的手段[52]。

【參考文獻(xiàn)】：
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