煤层气运移分馏机理初探

煤层气的分馏效应是指运移过程中气体组份和同位素值发生变化的现象.分馏机理的探讨对煤层气的运移聚集具有重要指导意义.本文以吸附势理论为指导,以等温吸附实验数据为依据,对甲烷碳同位素和多组分气体分馏机理进行了探讨.确定了4种分馏机理的存在:(1)解吸-扩散-运移不仅造成甲烷碳同位素分馏,而且造成多组分气体分馏.13CH4因其吸附势普遍高于12CH4而具有优先吸附、滞后解吸的特征,12CH4更容易发生运移分馏.二氧化碳与甲烷相比,具有优先吸附、滞后解吸的特征,特别是在高压下,甲烷具有强的分馏效应;(2)发生在地下水径流带的溶解作用使得13CH4被优先溶解并被运移至滞留区聚集,12CH4保留在原地;(3)浅部次生生物气的产生造成甲烷碳同位素变轻的假象;(4)高温裂解气的生成造成甲烷碳同位素变重的假象.4种分馏效应都引起浅部甲烷碳同位素变轻,深部变重,这已为众多的实例所证实.     

晋城和昌吉地区煤层甲烷碳同位素分馏特征对比分析

为了探讨煤层甲烷碳同位素分馏特征,采集晋城和昌吉地区样品进行了罐装解吸实验.结果表明,晋城地区煤样解吸气体δ13C1随时间增加逐渐变重;昌吉地区煤样解吸气体δ13C1随时间增加先轻后重,后者是由于取心操作及煤样解吸过程中的基质收缩变形破坏了煤体原生结构,从而对正常的同位素分馏效应产生了影响.晋城地区煤样解吸气体的同位素分馏效果比昌吉地区的明显,孔隙结构差异是一个主要影响因素.罐装煤样气体解吸半量时间点所取气样的同位素值能代表全部解吸气体的同位素平均值,对于昌吉地区煤样,应先剔除异常数据点,然后再对实验数据进行分析.由于压裂裂缝的存在影响了煤层甲烷碳同位素的分馏效果,使得开采初期井口气样δ13C1的变化规律不明显.     

二元气体等温吸附-解吸中气分的变化规律

进行了CH4—CO2和CH4-N2二元混合气体的等温解吸实验，分析了二元气体在解吸过程中各组分浓度的变化规律．结果表明，在CH4-N2二元气体的解吸过程中，吸附相中CH4组分的相对浓度逐渐增加，N2组分的相对浓度逐渐减少．在CO2-CH4二元气体的解吸过程中，吸附相中CO2组分的相对浓度逐渐增加，CH4组分的相对浓度逐渐减少．实验结果还证实了CO2在与CH4的竞争吸附中占据优势，而N2在与CH4的竞争吸附中处于劣势．注入CO2比注入N2可以更有效地置换或驱替煤层甲烷，提高煤层甲烷的采收率．     

注二氧化碳提高煤层甲烷采收率的实验模拟

针对我国煤层气开发中存在的产气率低、回采周期长的问题，开展了注二氧化碳驱替煤层甲烷的实验模拟研究．根据实验数据，利用扩展Langmuir方程计算了驱替过程中CH4组分的产出特征，并与纯CH4的解吸过程进行了比较．结果表明，在CO2驱替实验中，CH4在单位压降下的解吸率，明显高于纯CH4解吸时单位压降下的解吸率．其中晋城煤层CH4单位压降下的解吸率提高了150%，潞安煤层CH4单位压降下的解吸率提高了270％．由此可见，采用二氧化碳注入技术，可以显著提高煤层甲烷的采收率．     

用常规黑油模型模拟煤层气开采过程

流体在煤层中的传输机理由两部分组成,气体在煤内表面解吸,并通过基岩和微孔隙扩散进入裂缝网络中。若岩块表面甲烷气体的释放速度比气,水相在煤层割理中的流动速度快得多,那么在模拟煤层气开采过程时,解吸动能可以不考虑,根据这个假设可认为：在给定压力下煤层吸附的甲烷气体量类似于相应压力下溶解在原油中的气体量,煤层中的朗格缪尔等温曲线可视为常规黑油油藏中的溶解气油比曲线。若将煤层表面的吸附气作为不流动油中溶解气来处理,那么可用常规黑油模型描述煤层气,而不需要对模型源码做会何修改,基于上述思路,用黑油模型模拟煤层气开采过程,并与用煤层气模拟软件（COMETPC）的计算结果进行了比较,趋势非常接近。     

放射性核素60Co在土壤中吸附和解吸的动力学研究

应用同位素示踪技术，研究了^60Co在小粉土、黄红壤、青紫泥和海泥中的吸附和解吸。结果表明，^60Co进入淹水土壤之后，迅速地被土壤吸附而达到吸附平衡，不易解吸。吸附率和分配系数大小排列顺序均为：海泥〉青紫泥〉黄红壤〉小粉土；解吸因数的大小排列顺序为：黄红壤〉小粉土〉青紫泥〉海泥。^60Co在土壤中的动态变化可用封闭二分室进行描述，其动态变化规律为，小粉土C1=1382．6（1-e^-3.6095t），黄红壤C2=1570．6（1-e^-5.5104t），青紫泥C3=1594．9（1-e^-7.5541t），海泥C4=1643．9（1-e^-13.0921t）。     

塔里木盆地天然气中丁烷的地球化学特征

为了研究母质类型、热演化程度和运移方向等成藏要素对丁烷地球化学特征的影响,统计分析了塔里木盆地天然气中丁烷组分和碳同位素的变化特征．结果表明：该区丁烷含量变化较大,体积分数在0．02％～28．9％之间,平均值为1．89％;丁烷碳同位素较稳定,台盆区主频在一30％0～一28％0之间;前陆区主频在一24‰～～22‰之间;油型气iC4／nc4值小于0．8,δ^13C4轻于一27．5‰;煤型气iC4／nC4值大于0．8,δ^13C4重于一25．5‰;处于较高热演化阶段的天然气δ^13iC4-δ^13nC4值大于0;不同输导条件下,沿运移方向iC4／nC4值具有不同的变化趋势,在碎屑岩输导层中沿运移方向i4／nC。值减小;通过盖层散失或是在碳酸盐岩风化壳中运移的天然气,沿运移方向iC4／nC4值增加．天然气中的丁烷可以为油气成藏研究提供丰富的地球化学信息,对其组成和碳同位素特征的研究具有重要的理论和实践意义．     

离子液体溶胀煤体与溶解甲烷研究进展

综述了煤矿瓦斯增抽方法、离子液体溶胀煤、离子液体溶解甲烷的研究现状;分析了目前低透煤层瓦斯增抽主要是采用物理作用破碎煤体来释放CH4,或注CO2或N2置换瓦斯的办法,其效果虽然显著,但对于微孔隙中的甲烷解吸还是存在着局限性．鉴于功能化离子液体溶胀煤及吸收甲烷的协同作用,提出利用离子液体增加煤中孔隙尺寸以吸收煤表面CH4气体的方法,强化抽采过程中的瓦斯解吸,降低了煤层本身的瓦斯含量,提高抽采瓦斯气体的利用效率．最后,阐述离子液体溶胀煤、溶解甲烷的研究进展,以及离子液体应用于瓦斯抽采方面的研究基础．     

固流耦合作用下煤层气解吸-渗流实验研究

以典型的高瓦斯矿井阜新孙家湾矿为研究对象，利用自主研制的自压式三轴渗透仪，对煤层气解吸和渗流间的相互作用规律进行了实验研究．实验过程中连续进行加载和卸载（改变轴压、围压和孔隙压）并考虑了固流耦合作用影响，模拟了三维应力下煤层气运移过程．实验结果表明，加载条件下，渗透率和渗透系数与孔隙压力、解吸量、解吸时间的关系具有相似性．在此过程中，渗透率和渗透系数随孔隙压增加均呈非线性递减关系，都具有负指数规律，而解吸量和解吸时间均呈多项式形式增加，且渗透率和渗透系数存在某一临界值，当小于此值时渗透率和渗透系数随瓦斯孔隙压力增大而减小．卸栽条件下，有效水平应力与渗透率和渗透系数呈抛物线关系（先减小后增大），而有效水平应力与解吸量和解吸时间均为负指数形式递减，具有典型的煤层气开采的三阶段主导作用特征（有效应力主导阶段、基质收缩主导阶段和滑脱效应主导阶段）．实验结果真实地反映了煤对瓦斯的吸附和解吸作用；实验结论与前人研究结果吻合较好，说明实验方法和步骤是合理的．     

高含水煤样的多元混合气体的吸附分析

对高含水煤样进行了三元混合气体（CH4,CO2,N2均为33．3％）的高压等温吸附试验,得出等温吸附曲线,并分析了三元混合气体在吸附过程中各组分体积分数的变化规律．结果表明,吸附曲线在煤样含水量高于5％时不遵循超出煤样平衡水分范围曲线不再变化的规律,而是吸附量低得多;吸附过程中各组分的体积分数是实时变化的,吸附能力强的气体吸附速率先快后慢,吸附能力弱的气体吸附速率先慢后快;在高压时吸附曲线没有明显变化．为更科学地计算煤层气资源量和可采潜力提供参考．     

FMS中加工质量故障预报的新方法

对引起加工质量故障的原因进行了研究,建立了用于加工中心加工质量故障分析的与/或故障树,提出了隐加工质量故障(FMQF)的概念和由·FMQF 找出制造系统故障的决策树方法.本文在模糊理论基础上,提出了隐加工质量故障识别的新方法,用这种方法可以根据控制图的变化进行设备状态估计.基于以上研究,建立了可用于柔性制造系统隐加工质量故障预测和预报的专家系统.     

立方准晶的反平面问题与Ⅲ型裂纹问题

发展了立方准晶材料的断裂理论 .通过应用Fourier分析和对偶积分方程理论 ,得到了立方准晶材料Ⅲ型裂纹问题的精确解析解 ,并由此确定了位移与应力场 ,应力强度因子和应变能释放率 .结果表明 ,应力强度因子与材料常数无关 ,而应变能释放率依赖于所有的材料常数 .这些为研究此新固体材料的变形和断裂提供了重要的信息 .     

Banach代数中的行列式理论

探讨了 Banach 代数中的行列式理论.给出了具有单位元的迹 Banach 代数具有行列式的充要条件.     

非织造布滤料性能及过滤过程的研究进展

对近年来非织造布滤料的研究进展做了简要综述,介绍了内部结构的研究及表征、过滤性能及其影响因素、过滤过程的计算机模拟,指出进一步发展所需要解决的问题。     

高师物理专业人才培养与基础教育衔接问题的研究

分析了当前高师物理专业人才培养与基础教育人才需求存在的问题,结合调查情况,提出了高师物理专业在培养目标、课程设置、教学内容、教学方法及实践教学环节方面的改革措施。     

JOURNAL OF BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY TOTAL CONTENTS(Vol.23)

正~~     

鞋面织物染整过程节能减排技术方法

鞋面织物染整是纺织工业中一个特殊分支,公司通过采用先进染色技术和工艺,可以从源头上达到节能和减少废水产生量的效果,废水产生后经过处理达标排放,部分经深度处理后回用。公司经长期实践后已经达到吨织物染整用水125m~3/t_(产品),吨织物排放废水79.2 m~3/t_(产品),水回用率达37.8%,吨产品蒸汽耗量从9t/t_(产品)下降到7 t/t_(产品),均达到国内国际先进水平。     

Genomics,metagenomics,and microbial oceanography—A sea of opportunities

Microbial oceanography is an emerging discipline resulted from the interaction,cross-fertilization and integration of life science and ocean science.Microbial oceanography integrates the principles of marine microbiology,microbial ecology and oceanography to study the role of microorganisms in the biogeochemical dynamics of natural marine ecosystems.The application of genomics tools to study marine microbes is resulting in rapid advancements in microbial oceanography that has important implications in globa...     

Information for Authors

正General Journal of Beijing Institute of Technology(JBIT),an English language journal sponsored by Beijing Institute of Technology,was established in 1992.JBIT mainly publishes research articles that reflect the latest achievements in basic theory and experimental studies in various engineering fields and in applied mathematics,mechanics,physics,chemistry,and so on.JBIT is listed in Ei,CA,SA,AJ,CSA,MR,ZM and many other abstracting indexes.     

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