振动波与人工电场提高煤层气采收率实验及原理
发布时间：2021-02-15 03:45
煤层气的运移产出需要经过解吸,扩散和渗流三个复杂的物理化学过程,每个阶段都影响产出量,因此要提高产量就要通过相关技术和措施提高煤层气的解吸速率、扩散速率和渗透率。研究认为振动波和人工电场可以作为提高煤层气采收率的物理激励技术在煤层气开发中发挥作用,为此分别开展了振动波和人工电场作用下的扩散、渗流和排采物理模拟实验。通过优化改造渗流实验仪器,测试了振动波作用下煤岩的渗透率,结果表明振动波可以提高渗透率,增大幅度达到了16.6%。人工电场对渗透率的影响较小,认为是实验用的电场强度较低,没能影响气体分子在岩石微孔中的渗流状态。根据扩散实验,在加载振动波的情况下,扩散系数增加幅度为41%。通过实验仪器的研发,开展了排采物理模拟实验,为安全起见,利用氮气代替甲烷实验。在自然产气状态下,排采量递减很快,在加载振动波后,抑制了递减速率,产气量变得平稳,但加载后的第二周期,产量又快速下降;在此基础上,停止振动,加载人工电场后,产量回升,同样的现象是加载电场后的第三轮次后出现产量的再次快速下降。由此可见,加载振波和人工电场采气,是有效的,但一般有效轮次是23个周期。依据分子动力学、...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
煤层气资源量大区分布[41]
第2章煤层气产出机理和煤岩基础参数-11-势阱吸附所具有的能量小，气体更容易被煤分子吸住贮存在基质孔隙和微裂隙中；当气体分子运动具有的能量大于吸附势阱具有的势能，气体将会脱离基质孔隙和微裂隙；只有两者能量相当才能达到吸附平衡。解吸为吸附可逆过程，当煤储层压力低至系统平衡压力，吸附气转变为游离气，是煤层气进行扩散的前提。煤岩控制气体的吸附和解吸处于动态平衡。自然状态下煤层气在储层中处于一定压力下，当进行开采时，储层压力低于临界解吸压力时，煤岩基质孔隙和微裂缝中的气体便会自发的进行解吸，进行气体的运移直到达到新的平衡[48]。Langmuir等温吸附规律适用吸附-解吸过程，煤层气生产量和压力的变化可由等温吸附曲线表征。2.2.2煤层气的扩散机理煤层气的扩散过程中的驱动力为气体的浓度差，分子经过无规则运动由高浓度向低浓度移动，在空间运动至分散均匀。基于煤层气的赋存状态，扩散种类有气相扩散、溶解相扩散、吸附相扩散和固溶体扩散[45,49]，一般常见的是气相扩散。如图2-1所示，在发育的煤岩内部结构中，浓度差的推动下，气体由孔隙出来进入到裂隙，在裂隙内的气体聚集压力升高再进行渗流。扩散在沟通煤岩基质内部与裂隙系统发挥重要作用。图2-1煤岩基质内煤层气扩散示意图[49]从模型中可以看出气体分子运动处于无序状态，要表示这种无规则的运动需要考虑气体平均自由程、孔隙直径，它们之间可以用Kn=D/λ表征，把Kn<0.1划分为为努森型扩散、0.1<Kn<10是过渡型扩散，Kn≥10即菲克型扩散[50]。大中孔煤层参
第2章煤层气产出机理和煤岩基础参数-13-d——颗粒平均直径，mm；μ——绝对粘度，mPa·s。雷诺数与流体密度，颗粒大小，流速共同决定了不同类型的流态。流体颗粒直径较小的以扩散的形式流动，当颗粒直径较大会呈现紊流态，因此可利用雷诺数对气体流态划分。煤层气井开采前，原始状态下裂隙会充满水，储层压力会控制三种形态气体处于平衡。开采进行后，储层压力降低平衡状态被打破，吸附气就开始产出，该气体状态变化过程如图2-2所示[54]。由图可知在煤层气井开采可分为三个渗流阶段：第一阶段为单相渗流，未达到解吸条件，煤储层中水含量较大；第二阶段为非饱和单相流阶段，生产井压力开始降低，在浓度差推动下气体从微孔隙和微裂隙解吸，并向裂隙系统中扩散，气泡对水的渗透率有所影响，水相仍能流动；第三阶段是气水两相流阶段，由于井筒压力的持续降低，气体不断解吸出来，扩散运移到裂隙中，气体的相对渗透率一直增大。图2-2煤层气开采渗流变化[54]2.3影响煤层气产量和采收率的主要因素2.3.1煤层气的含量（1）煤层的生气能力煤层气是在煤岩的演化过程中形成的。当有机物在沼泽和湿地等潮湿环境进行堆积并被掩埋，在生物化学作用下，厌氧细菌将沉积物分解逐渐转变为腐殖质，产
【参考文献】：
期刊论文
[1]致密气藏气体克努森扩散特征[J]. 张晓. 非常规油气. 2019(06)
[2]吸附–解吸状态下煤层气运移机制[J]. 刘永茜,张书林,舒龙勇. 煤田地质与勘探. 2019(04)
[3]煤层气达西、非达西渗流理论和扩散理论的研究进展综述[J]. 彭英明,邵先杰,李锋,李明峰,刘泽恒,OYAKA Dickens. 煤炭工程. 2019(06)
[4]混煤的镜质体反射率直方图解读[J]. 冯文平. 煤质技术. 2019(02)
[5]煤层气吸附过程中煤的电性特征研究[J]. 毛倩,史鹏飞. 化工管理. 2019(04)
[6]阜康西区急倾斜煤储层排采过程中物性及井型优化[J]. 傅雪海,康俊强,梁顺,郜琳,陈星. 煤炭科学技术. 2018(06)
[7]全国煤层气资源动态评价与可利用性分析[J]. 张道勇,朱杰,赵先良,高煖,庚勐,陈刚,焦健,刘思彤. 煤炭学报. 2018(06)
[8]浅析影响煤层气保存的地质条件[J]. 耿筱磊,石希民. 低碳世界. 2016(21)
[9]van der Waals气体状态方程对于实际气体pVm-p曲线的解释[J]. 崔琦,李国良,章应辉. 大学化学. 2016(03)
[10]超声波作用下的煤层气吸附一解吸规律实验[J]. 赵丽娟. 天然气工业. 2016(02)
博士论文
[1]双重孔隙煤体瓦斯多尺度流动机理及数值模拟[D]. 刘鹏.中国矿业大学(北京) 2018
[2]煤的双重孔隙结构等效特征及对其力学和渗透特性的影响机制[D]. 郭海军.中国矿业大学 2017
[3]煤吸附/解吸变形特征及其影响因素研究[D]. 张遵国.重庆大学 2015
[4]煤层气排采过程中产能与物性变化动态耦合研究[D]. 杨秀春.中国矿业大学（北京） 2012
[5]声波作用下煤体瓦斯解吸与放散特征研究[D]. 李建楼.安徽理工大学 2010
[6]煤层气吸附解吸机理研究[D]. 马东民.西安科技大学 2008
[7]声震法提高煤层气抽采率的机理及技术原理研究[D]. 易俊.重庆大学 2007
硕士论文
[1]潘庄某区块煤层气田开发动态评价[D]. 戚宇.中国矿业大学 2015
[2]声波作用下煤层气吸附解吸特性研究[D]. 宋晓.重庆大学 2014
[3]声震法促进煤层气解吸扩散流动的机理研究[D]. 阳兴洋.重庆大学 2011
[4]煤吸附/解吸瓦斯的低频振动特性试验研究[D]. 赵勇.西安科技大学 2011
本文编号：3034373
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
煤层气资源量大区分布[41]
第2章煤层气产出机理和煤岩基础参数-11-势阱吸附所具有的能量小，气体更容易被煤分子吸住贮存在基质孔隙和微裂隙中；当气体分子运动具有的能量大于吸附势阱具有的势能，气体将会脱离基质孔隙和微裂隙；只有两者能量相当才能达到吸附平衡。解吸为吸附可逆过程，当煤储层压力低至系统平衡压力，吸附气转变为游离气，是煤层气进行扩散的前提。煤岩控制气体的吸附和解吸处于动态平衡。自然状态下煤层气在储层中处于一定压力下，当进行开采时，储层压力低于临界解吸压力时，煤岩基质孔隙和微裂缝中的气体便会自发的进行解吸，进行气体的运移直到达到新的平衡[48]。Langmuir等温吸附规律适用吸附-解吸过程，煤层气生产量和压力的变化可由等温吸附曲线表征。2.2.2煤层气的扩散机理煤层气的扩散过程中的驱动力为气体的浓度差，分子经过无规则运动由高浓度向低浓度移动，在空间运动至分散均匀。基于煤层气的赋存状态，扩散种类有气相扩散、溶解相扩散、吸附相扩散和固溶体扩散[45,49]，一般常见的是气相扩散。如图2-1所示，在发育的煤岩内部结构中，浓度差的推动下，气体由孔隙出来进入到裂隙，在裂隙内的气体聚集压力升高再进行渗流。扩散在沟通煤岩基质内部与裂隙系统发挥重要作用。图2-1煤岩基质内煤层气扩散示意图[49]从模型中可以看出气体分子运动处于无序状态，要表示这种无规则的运动需要考虑气体平均自由程、孔隙直径，它们之间可以用Kn=D/λ表征，把Kn<0.1划分为为努森型扩散、0.1<Kn<10是过渡型扩散，Kn≥10即菲克型扩散[50]。大中孔煤层参
第2章煤层气产出机理和煤岩基础参数-13-d——颗粒平均直径，mm；μ——绝对粘度，mPa·s。雷诺数与流体密度，颗粒大小，流速共同决定了不同类型的流态。流体颗粒直径较小的以扩散的形式流动，当颗粒直径较大会呈现紊流态，因此可利用雷诺数对气体流态划分。煤层气井开采前，原始状态下裂隙会充满水，储层压力会控制三种形态气体处于平衡。开采进行后，储层压力降低平衡状态被打破，吸附气就开始产出，该气体状态变化过程如图2-2所示[54]。由图可知在煤层气井开采可分为三个渗流阶段：第一阶段为单相渗流，未达到解吸条件，煤储层中水含量较大；第二阶段为非饱和单相流阶段，生产井压力开始降低，在浓度差推动下气体从微孔隙和微裂隙解吸，并向裂隙系统中扩散，气泡对水的渗透率有所影响，水相仍能流动；第三阶段是气水两相流阶段，由于井筒压力的持续降低，气体不断解吸出来，扩散运移到裂隙中，气体的相对渗透率一直增大。图2-2煤层气开采渗流变化[54]2.3影响煤层气产量和采收率的主要因素2.3.1煤层气的含量（1）煤层的生气能力煤层气是在煤岩的演化过程中形成的。当有机物在沼泽和湿地等潮湿环境进行堆积并被掩埋，在生物化学作用下，厌氧细菌将沉积物分解逐渐转变为腐殖质，产
【参考文献】：
期刊论文
[1]致密气藏气体克努森扩散特征[J]. 张晓. 非常规油气. 2019(06)
[2]吸附–解吸状态下煤层气运移机制[J]. 刘永茜,张书林,舒龙勇. 煤田地质与勘探. 2019(04)
[3]煤层气达西、非达西渗流理论和扩散理论的研究进展综述[J]. 彭英明,邵先杰,李锋,李明峰,刘泽恒,OYAKA Dickens. 煤炭工程. 2019(06)
[4]混煤的镜质体反射率直方图解读[J]. 冯文平. 煤质技术. 2019(02)
[5]煤层气吸附过程中煤的电性特征研究[J]. 毛倩,史鹏飞. 化工管理. 2019(04)
[6]阜康西区急倾斜煤储层排采过程中物性及井型优化[J]. 傅雪海,康俊强,梁顺,郜琳,陈星. 煤炭科学技术. 2018(06)
[7]全国煤层气资源动态评价与可利用性分析[J]. 张道勇,朱杰,赵先良,高煖,庚勐,陈刚,焦健,刘思彤. 煤炭学报. 2018(06)
[8]浅析影响煤层气保存的地质条件[J]. 耿筱磊,石希民. 低碳世界. 2016(21)
[9]van der Waals气体状态方程对于实际气体pVm-p曲线的解释[J]. 崔琦,李国良,章应辉. 大学化学. 2016(03)
[10]超声波作用下的煤层气吸附一解吸规律实验[J]. 赵丽娟. 天然气工业. 2016(02)
博士论文
[1]双重孔隙煤体瓦斯多尺度流动机理及数值模拟[D]. 刘鹏.中国矿业大学(北京) 2018
[2]煤的双重孔隙结构等效特征及对其力学和渗透特性的影响机制[D]. 郭海军.中国矿业大学 2017
[3]煤吸附/解吸变形特征及其影响因素研究[D]. 张遵国.重庆大学 2015
[4]煤层气排采过程中产能与物性变化动态耦合研究[D]. 杨秀春.中国矿业大学（北京） 2012
[5]声波作用下煤体瓦斯解吸与放散特征研究[D]. 李建楼.安徽理工大学 2010
[6]煤层气吸附解吸机理研究[D]. 马东民.西安科技大学 2008
[7]声震法提高煤层气抽采率的机理及技术原理研究[D]. 易俊.重庆大学 2007
硕士论文
[1]潘庄某区块煤层气田开发动态评价[D]. 戚宇.中国矿业大学 2015
[2]声波作用下煤层气吸附解吸特性研究[D]. 宋晓.重庆大学 2014
[3]声震法促进煤层气解吸扩散流动的机理研究[D]. 阳兴洋.重庆大学 2011
[4]煤吸附/解吸瓦斯的低频振动特性试验研究[D]. 赵勇.西安科技大学 2011
本文编号：3034373
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