超临界二氧化碳提高煤层气产气率机理的实验研究及应用

发布时间：2017-12-22 21:27

本文关键词：超临界二氧化碳提高煤层气产气率机理的实验研究及应用　出处：《太原理工大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：我国多数煤矿属于高瓦斯矿井,瓦斯作为煤矿五大灾害之首,对煤矿安全生产影响重大。目前煤矿瓦斯主要采用开采前抽采一部分,大量的瓦斯则在煤炭开采时,直接排向大气,由于瓦斯的温室效应,对大气环境造成了严重污染。另一方面,瓦斯也是可以利用的能源资源,俗称煤层气,其主要成分与天然气相近,主要是由甲烷组成的。科学合理的开发煤层气资源,能降低煤炭企业的生产运营成本,既可以保护环境,又可以节约资源。更重要的是,对煤层气资源进行有效利用能有效的改善我国现在的能源结构,解决因煤炭造成的环境问题和能源危机。近些年,研究人员发现了一种先进的煤层气开采方法,叫超临界流体技术。而在开采煤层气过程中,我们最常用的是超临界二氧化碳,所谓超临界二氧化碳,就是当温度高于临界温度31.1℃,压强高于临界压强7.38MPa,此时的二氧化碳密度与液态二氧化碳密度相近,黏度却与气态二氧化碳相近,扩散系数却比液态二氧化碳大将近100倍的高密度流体。超临界二氧化碳不仅有注气增产的优点,并且超临界二氧化碳有萃取能力,可以萃取出煤层中的部分有机物,可以增大煤层中裂隙的张度和气体运移通道的尺寸,从而增大煤层的渗透率,进而提高煤层气的采出率。为此,本文进行了有关超临界二氧化碳的一些基础性实验,研究了煤样渗透率随压力和温度的变化规律、煤样吸附解吸瓦斯随温度的变化规律和超临界二氧化碳驱替增气机理,比较分析了超临界二氧化碳驱替过程中温度的作用和超临界二氧化碳本身的作用,并且比较了驱替实验前后试件细观裂隙的变化情况。最后我们根据超临界二氧化碳驱替瓦斯实验结果,研究分析了小规模超临界二氧化碳驱替瓦斯的工业试验的初步方案和预期效果。本文主要结论有:(1)在进行渗透率实验时,在常温、40℃、60℃和80℃条件下,保持孔隙压力一定,随着体积应力的增大,煤样渗透率呈递减趋势。在常温条件下,保持煤样的体积应力不变,随着孔隙压力的增大,煤样的渗透率先减小后增大,在40℃、60℃和80℃这三种温度条件下,保持煤样体积应力不变,随着孔隙压力的增大,煤样的渗透率一直在增大。当体积应力为24mpa时,煤样渗透率最大值对应的临界温度为60℃,当体积应力为30mpa时,煤样渗透率最大值对应的临界温度为40℃。(2)在进行吸附解吸实验时,在常温、40℃、60℃和80℃的温度条件下,解吸率分别是34%、46.5%、54.1%和59.4%,说明了随着温度的升高,煤样吸附瓦斯气体的能力在下降,而解吸瓦斯气体的能力在上升。温度的升高,有利于煤样对瓦斯气体的解吸,不利于煤样对瓦斯气体的吸附。(3)在进行驱替实验时,在二氧化碳压力为8mpa,温度为常温、40℃、60℃和80℃的条件下,驱替效率分别是58.3%、68.4%、75.6%、和81.7%。说明了超临界二氧化碳确实可以大幅度提高煤层气的采出率。并且通过对比驱替实验前后煤样横截面的ct扫描图像可知,由于超临界二氧化碳的作用,煤样裂隙明显发育,增大了煤层中孔裂隙的张度和气体扩散和运移通道的尺寸,并且裂隙贯穿煤样的整个横截面,形成网络型裂隙结构,煤样渗透性较驱替实验之前有很大提高。(4)针对某矿井设计了超临界二氧化碳开采煤层气的工业试验初步方案,采用了井上下联合注超临界二氧化碳开采煤层气的方法。根据项目投资概算可知,该项目的初期投资大概为240万元,吨煤增加成本为19元,煤层气的吨煤收入为24元,并且在瓦斯抽采之后,使双巷通风变为单巷通风,节约巷道施工费、减少煤柱损失、增加采煤量和减少通风费用,所以该方案经济上是可行的。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712

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