注二氧化碳提高煤层气采收率理论与实验研究

论文摘要

煤层气是煤矿安全生产的主要危害,是造成温室效应与臭氧层破坏的主要气体,同时煤层气作为一种新型的洁净能源,可以改善我国以煤炭为主的不合理的能源结构。因此,从安全、环保和能源的角度看,煤层气的开采具有重要意义。本文针对我国煤层气藏低渗透、低饱和、低压力的特点和煤层气采收率低的现状,采用注入二氧化碳驱替的技术来提高煤层气的采收率。本文首先介绍了煤体孔裂隙结构特征、煤层气的赋存状态和运移产出机理以及煤层气的吸附解吸特征。然后在此基础上进行了甲烷、二氧化碳气体的渗透率测试试验,通过试验得出：煤体渗透率受体积应力及渗透压力的双重影响,渗透压一定时,随体积应力增大渗透率减小,主要由煤体的变形作用引起；体积应力一定时,随渗透压增大渗透率的变化不是单调的而是存在一个临界点,渗透压小于这一临界压力值时渗透率减小,渗透压大于这一临界压力值时,渗透率呈现逐渐增大的趋势,主要是由气体的吸附作用引起；并且二氧化碳的渗透率是甲烷渗透率的10倍以上。最后进行不同压力下甲烷和二氧化碳气体的吸附、甲烷解吸和注二氧化碳驱替甲烷等试验,实验结果显示,甲烷和二氧化碳吸附、解吸曲线基本相同,体积应力一定时渗透压增大吸附量也相应增大,相同压力下二氧化碳的吸附量远远大于甲烷的吸附量,渗透压分别为6MPa和7.5MPa时,煤层气解吸率分别为36.9%和37.2%,两种情况下甲烷的解吸率变化不大,由此可知煤体解吸量和渗透压力的大小几乎无关,而是与煤体本身含气量的多少有关；驱替压力6MPa时,注气开采率、瓦斯解吸率、注气开采增产率和置换比分别为71%、36.9%、34.1%和6.7,驱替压力7.5MPa时,相应的注气开采率、瓦斯解吸率、注气开采增产率和置换比分别为73%、37.2%、35.8%和6.1,驱替压力在一定程度上能够提高驱替效率,采用注二氧化碳气体驱替的技术可以使煤层气的产量提高大约35%,同时也使二氧化碳气体永久埋存于煤层中,减少了二氧化碳气体对环境的污染和瓦斯爆炸事故的发生。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 注气开采煤层气技术国内外研究现状
• 1.3 选题的目的和意义
• 1.4 本文研究内容和研究方法
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究方法
• 第二章 煤层气赋存状态及运移产出机理
• 2.1 煤与瓦斯的形成
• 2.2 煤的孔裂隙分类
• 2.2.1 煤体孔隙分类
• 2.2.2 煤体裂隙分类
• 2.3 煤的特性
• 2.3.1 煤的孔隙性
• 2.3.2 煤的比表面积
• 2.3.3 煤的渗透性
• 2.3.4 煤的压缩性
• 2.4 煤层气的赋存状态
• 2.4.1 影响煤层气赋存的主要因素
• 2.4.2 煤层气的赋存特征
• 2.5 煤层气运移和产出机理
• 2.5.1 煤层气在微孔隙中的解吸
• 2.5.2 煤层气在煤基质中的扩散
• 2.5.3 煤层气在煤割理中的渗流
• 2.5.4 煤层气产出的三个阶段
• 2.6 本章小结
• 第三章 煤层气吸附解吸特征
• 3.1 煤层气吸附机理
• 3.2 煤层气的吸附理论
• 3.2.1 单分子层吸附理论
• 3.2.2 多分子层吸附理论
• 3.2.3 吸附势理论
• 3.2.4 统计势动力学理论
• 3.3 煤对多组分气相介质的吸附特征
• 3.3.1 煤对单组分气体的吸附能力
• 3.3.2 煤对多组分气体的吸附特征
• 2置换CH₄或N₂降低CH₄分压'>3.3.3 CO₂置换CH₄或N₂降低CH₄分压
• 3.4 煤吸附甲烷的过程
• 3.5 影响煤吸附性的因素
• 3.6 煤的解吸特征
• 3.7 本章小结
• 第四章 甲烷和二氧化碳渗透试验
• 4.1 煤的渗透性影响因数
• 4.1.1 渗透率和应力应变的关系
• 4.1.2 渗透率和温度的关系
• 4.1.3 渗透率和孔裂隙结构的关系
• 4.1.4 渗透率和电场的关系
• 4.2 煤体渗透率公式推导
• 4.3 甲烷和二氧化碳渗透试验
• 4.3.1 试件的采集加工和实验设备
• 4.3.2 试验方法
• 4.4 试验结果分析及渗透规律研究
• 4.4.1 煤体对甲烷的渗透率
• 4.4.2 煤体对二氧化碳的渗透率
• 4.5 本章小结
• 第五章 注二氧化碳提高煤层气采收率试验
• 2提高煤层气采收率技术概述'>5.1 注CO₂提高煤层气采收率技术概述
• 2提高煤层气采收率基本原理'>5.2 注CO₂提高煤层气采收率基本原理
• 5.2.1 煤分子和气体分子之间的相互作用
• 2开采煤层气的增产机理'>5.2.2 注CO₂开采煤层气的增产机理
• 5.3 注二氧化碳驱替瓦斯试验
• 5.3.1 试件的采集加工和试验设备安装
• 5.3.2 试验方法
• 5.4 试验结果分析及驱替规律研究
• 5.4.1 二氧化碳驱替甲烷试验结果
• 5.4.2 甲烷和二氧化碳吸附性差异
• 5.4.3 甲烷解吸
• 5.4.4 注二氧化碳提高煤层气采收率以及二氧化碳煤层储存
• 5.4.5 驱替过程产气变化和甲烷百分含量
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在硕士期间发表的文章和参加的项目