發(fā)布時間：2021-02-15 03:45

　　煤層氣的運移產(chǎn)出需要經(jīng)過解吸,擴散和滲流三個復(fù)雜的物理化學(xué)過程,每個階段都影響產(chǎn)出量,因此要提高產(chǎn)量就要通過相關(guān)技術(shù)和措施提高煤層氣的解吸速率、擴散速率和滲透率。研究認為振動波和人工電場可以作為提高煤層氣采收率的物理激勵技術(shù)在煤層氣開發(fā)中發(fā)揮作用,為此分別開展了振動波和人工電場作用下的擴散、滲流和排采物理模擬實驗。通過優(yōu)化改造滲流實驗儀器,測試了振動波作用下煤巖的滲透率,結(jié)果表明振動波可以提高滲透率,增大幅度達到了16.6%。人工電場對滲透率的影響較小,認為是實驗用的電場強度較低,沒能影響氣體分子在巖石微孔中的滲流狀態(tài)。根據(jù)擴散實驗,在加載振動波的情況下,擴散系數(shù)增加幅度為41%。通過實驗儀器的研發(fā),開展了排采物理模擬實驗,為安全起見,利用氮氣代替甲烷實驗。在自然產(chǎn)氣狀態(tài)下,排采量遞減很快,在加載振動波后,抑制了遞減速率,產(chǎn)氣量變得平穩(wěn),但加載后的第二周期,產(chǎn)量又快速下降;在此基礎(chǔ)上,停止振動,加載人工電場后,產(chǎn)量回升,同樣的現(xiàn)象是加載電場后的第三輪次后出現(xiàn)產(chǎn)量的再次快速下降。由此可見,加載振波和人工電場采氣,是有效的,但一般有效輪次是2³個周期。依據(jù)分子動力學(xué)、... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

煤層氣資源量大區(qū)分布[41]

第2章煤層氣產(chǎn)出機理和煤巖基礎(chǔ)參數(shù)-11-勢阱吸附所具有的能量小，氣體更容易被煤分子吸住貯存在基質(zhì)孔隙和微裂隙中；當氣體分子運動具有的能量大于吸附勢阱具有的勢能，氣體將會脫離基質(zhì)孔隙和微裂隙；只有兩者能量相當才能達到吸附平衡。解吸為吸附可逆過程，當煤儲層壓力低至系統(tǒng)平衡壓力，吸附氣轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x氣，是煤層氣進行擴散的前提。煤巖控制氣體的吸附和解吸處于動態(tài)平衡。自然狀態(tài)下煤層氣在儲層中處于一定壓力下，當進行開采時，儲層壓力低于臨界解吸壓力時，煤巖基質(zhì)孔隙和微裂縫中的氣體便會自發(fā)的進行解吸，進行氣體的運移直到達到新的平衡[48]。Langmuir等溫吸附規(guī)律適用吸附-解吸過程，煤層氣生產(chǎn)量和壓力的變化可由等溫吸附曲線表征。2.2.2煤層氣的擴散機理煤層氣的擴散過程中的驅(qū)動力為氣體的濃度差，分子經(jīng)過無規(guī)則運動由高濃度向低濃度移動，在空間運動至分散均勻�；诿簩託獾馁x存狀態(tài)，擴散種類有氣相擴散、溶解相擴散、吸附相擴散和固溶體擴散[45,49]，一般常見的是氣相擴散。如圖2-1所示，在發(fā)育的煤巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，濃度差的推動下，氣體由孔隙出來進入到裂隙，在裂隙內(nèi)的氣體聚集壓力升高再進行滲流。擴散在溝通煤巖基質(zhì)內(nèi)部與裂隙系統(tǒng)發(fā)揮重要作用。圖2-1煤巖基質(zhì)內(nèi)煤層氣擴散示意圖[49]從模型中可以看出氣體分子運動處于無序狀態(tài)，要表示這種無規(guī)則的運動需要考慮氣體平均自由程、孔隙直徑，它們之間可以用Kn=D/λ表征，把Kn<0.1劃分為為努森型擴散、0.1<Kn<10是過渡型擴散，Kn≥10即菲克型擴散[50]。大中孔煤層參

第2章煤層氣產(chǎn)出機理和煤巖基礎(chǔ)參數(shù)-13-d——顆粒平均直徑，mm；μ——絕對粘度，mPa·s。雷諾數(shù)與流體密度，顆粒大小，流速共同決定了不同類型的流態(tài)。流體顆粒直徑較小的以擴散的形式流動，當顆粒直徑較大會呈現(xiàn)紊流態(tài)，因此可利用雷諾數(shù)對氣體流態(tài)劃分。煤層氣井開采前，原始狀態(tài)下裂隙會充滿水，儲層壓力會控制三種形態(tài)氣體處于平衡。開采進行后，儲層壓力降低平衡狀態(tài)被打破，吸附氣就開始產(chǎn)出，該氣體狀態(tài)變化過程如圖2-2所示[54]。由圖可知在煤層氣井開采可分為三個滲流階段：第一階段為單相滲流，未達到解吸條件，煤儲層中水含量較大；第二階段為非飽和單相流階段，生產(chǎn)井壓力開始降低，在濃度差推動下氣體從微孔隙和微裂隙解吸，并向裂隙系統(tǒng)中擴散，氣泡對水的滲透率有所影響，水相仍能流動；第三階段是氣水兩相流階段，由于井筒壓力的持續(xù)降低，氣體不斷解吸出來，擴散運移到裂隙中，氣體的相對滲透率一直增大。圖2-2煤層氣開采滲流變化[54]2.3影響煤層氣產(chǎn)量和采收率的主要因素2.3.1煤層氣的含量（1）煤層的生氣能力煤層氣是在煤巖的演化過程中形成的。當有機物在沼澤和濕地等潮濕環(huán)境進行堆積并被掩埋，在生物化學(xué)作用下，厭氧細菌將沉積物分解逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦迟|(zhì)，產(chǎn)

【參考文獻】：
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本文編號：3034373