注气驱替煤层气机理研究

从煤对气体的吸附理论出发，从而得出煤对不同气体吸附能力的强弱及注气驱替煤层气机理，从理论上阐述了注入氮气和二氧化碳提高煤层气采收率的可行性。     

我国注气驱替煤层瓦斯技术应用现状与展望

注气驱替煤层瓦斯技术的应用可以显著提高煤层瓦斯采收率,并具有环保性。基于国内外注气驱替煤层瓦斯发展状况及主要机理,从注气位置(地面和地下)、注气模式(自然涌出、负压抽采、只注不抽、边注边抽和间歇注气等)和注入气体种类(纯CO_2、纯N_2和混合气体等)等三个方面对比分析了我国注气驱替煤层瓦斯技术的应用现状。最后,结合注气驱替煤层瓦斯现阶段的发展现状,从低煤阶煤层气注气技术、多储层联合开采注气技术、深部煤层气注气技术、新型气体注气技术和多措施联合注气技术等五个方面对注气驱替煤层瓦斯技术进行了展望。     

温度场对注气驱替煤层气运移影响的数值分析

根据热弹性力学、对流弥散理论和多孔介质热力学原理,建立了包含煤的变形方程、气体运移方程、热传导的注气驱替热-流-固多物理场全耦合数学模型,求解耦合模型,研究温度场对注气驱替开采煤层气运移过程的影响。结果表明:煤层温度升高可以促进煤层气解吸,加速煤层气产出。研究成果可为注气驱替开采煤层气工程实践提供相应的理论基础,对深部开采高瓦斯矿井时施行先抽后采技术具有借鉴意义。     

注热CO_2驱替增产煤层气试验研究

当前煤变质程度高、割理不发育及煤储层压力低等因素严重制约着我国煤层气的开采与利用。为完善注CO_2驱替增产煤层气的基础理论研究,利用自主研发的煤层瓦斯驱替装置探讨了不同注气温度与注气压力条件下CO_2对煤层瓦斯驱替置换的效果,并分析了注气温度与压力对煤体的变形与渗透率的影响。研究发现:驱替气体注气压力与温度是影响CH_4产出率与CO_2储存量的关键因素,提高注气温度与注气压力能够在单位时间内驱替出更多的CH_4并存储更多的CO_2;注气压力由2 MPa增至4 MPa,CH_4产出率可提高6.7%~17.4%,CO_2储存量可提高78.60/%~99.7%;注气气体温度从28℃上升至60℃,CH4_产出率与CO_2储存量分别增加40.0%~43.8%和23.8%~38.4%,而驱替置换比降低8.4%~20.2%;驱替压力与温度的增加会使得煤体轴向应变增加98.1%和104.7%;常温注气试验后煤体渗透性下降37.1%~71.3%,提高驱替温度可使渗透率下降幅度降低19.8%~64.3%。     

煤中多组分混合气体竞争吸附研究现状及工程应用

煤对气体的吸附特性是煤岩瓦斯动力灾害防治、提高煤层气采收率(ECBM)等研究的基 础。 煤层气中不仅含有CH4,同时含有CO、CO2、H2S以及其他烷烃类气体。 在注气开采煤层气 和煤层主动式瓦斯压力测定等工程中,不同气体由于吸附能力的差异会发生竞争吸附行为。 首 先,分析了煤中气体竞争吸附的机理,对比分析煤基质中多组分气体吸附平衡预测模型,并探讨 了竞争吸附的影响因素、吸附膨胀特性以及吸附动力学行为。 其次,结合现有研究阐述了CO2ECBM过程中的煤层渗透率降低、衍生的突出灾害风险以及超临界CO2 吸附等问题。 最后,对煤 中多组分气体吸附平衡预测模型、煤岩动力灾害防治、ECBM及PSA变压分离技术等工程应用进 行了探讨。     

CH_4、N_2、CO_2在煤中的解吸扩散特性研究

注气(N_2、CO_2)驱替技术越来越多地应用到煤层气的开发当中,气体在煤层中的扩散快慢直接影响驱替效果。为了解CH_4、N_2、CO_2在煤层中的解吸扩散特性,利用实验研究了不同压力、不同时间段内它们在煤中的扩散系数变化情况。结果表明:在不同时间段内,N_2、CH_4、CO_2在煤中的扩散系数都是随气体压力的增加略微降低,但降低不是很明显;在相同气体压力下,N_2、CH_4、CO_2在煤中的扩散系数都随时间的增加而减小,并且在相同气体压力下,CO_2在煤中的扩散系数最大,CH_4次之,N_2最小。     

注气驱替机理研究现状及展望

注气驱替因其安全环保性成为近年来解决低渗煤层瓦斯抽采问题的主要方法之一。将注气驱替机理总结为3种，即气体的置换作用、驱赶作用及支承作用，分析了注气压力、气体种类、温度等因素对3种作用的影响；认为在3种作用中驱赶作用起主导作用，主要通过压力势差来强化抽采，区别于其他压裂方式强化抽采。总结了目前注气驱替技术的研究进展，对相关重点和难点进行归纳，认为大多实验是以单变量研究为主，考虑复合影响因素共同作用的研究较少。最后在目前注气驱替技术的运用基础上，从液氮致裂—注气驱替联合增产技术、智能化注气驱替技术、高温气体注气驱替技术3个方面展望未来注气驱替技术的运用。     

我国低渗煤层井下注气驱替增流抽采瓦斯技术进展及前景展望

我国大部分矿区煤层渗透率较低，注气驱替增流抽采瓦斯技术是提高低渗煤层瓦斯抽采效率的有效方法之一。分类梳理了我国低渗煤层瓦斯赋存特征，总结概括出高资源储量、低含气饱和度、多储层压力并存、低渗透性和复杂分区性5个特点。利用差异置信法、灰色关联法、置信区间计算法，分析了我国煤层瓦斯对井下注气驱替增流抽采瓦斯技术的适用性，获得6个影响注气驱替瓦斯效果的直接因素，影响度依次为：煤体普氏系数>瓦斯压力>渗透率>灰分>瓦斯含量>朗格缪尔压力常数；建立了适用于井下注气驱替增流抽采瓦斯技术的煤层参数筛选评价方法。根据注气驱替煤体瓦斯增流机制的不同，从气体因素、注能改性两方面厘清了注气驱替煤体瓦斯增流机制，气体因素增流机制包括：充能携载、分压促解、稀释促扩散、竞争吸附；注能改性增流机制包括：充能扩孔、促解扩孔、充能拓孔、脉冲气流损伤孔隙结构/展布裂隙网络。总结了注气驱替气源、工艺参数对瓦斯驱替效果的影响规律，简要介绍了井下注气驱替增流抽采瓦斯关键技术与装备、应用模式及应用效果。展望了我国井下注气驱替增流抽采瓦斯技术的未来发展趋势，具体包括：多学科深化注气驱替增流抽采瓦斯理论、...     

不同注氮压力置驱煤层甲烷试验中的机理分析

通过煤层注气物理模拟试验,对0.6、1.0、1.4 MPa压力下的注氮气置驱煤层甲烷的机理进行分析。结果表明:注气试验前期,氮气被煤体吸附并置换出煤中甲烷,随着氮气突破腔体,氮气的驱替作用也开始宏观表现出来,试验过程中的宏观现象表现出了注入氮气的置换、驱替作用。从微孔隙中甲烷的解吸角度来讲,注入氮气的稀释扩散作用也是注氮气置驱煤中甲烷的机理之一。通过对注氮气置驱甲烷的机理进行分析,总结出了注入弱吸附性气体置驱煤层甲烷的机理。     

提高煤层气采收率途径的探讨

在概述国内外煤层气开发现状的基础上，着重介绍了水力压裂和注气驱替以提高煤层气采收率的新方法，对加快煤层气开发具有十分重要的现实意义。     

注气置换煤层瓦斯技术的气源优选分析

为了解决注气置换煤层瓦斯技术气源选择的问题,分析了注CO2和N2在置换煤层瓦斯机理方面的效果以及煤吸附2种气体后对煤体渗透率、突出危险性的影响。分析发现,虽然注入CO2置换煤层瓦斯的效果优于N2,但煤吸附CO2后会造成煤层膨胀变形、渗透率降低、突出危险性增大的现象,且CO2在瓦斯利用系统中会导致瓦斯失     

N_2对煤层突出危险性判定的影响分析及应用

矿井煤层气中除包含CH4气体外还往往包含N2、CO2等气体。通过理论分析及实验研究,对于N2在瓦斯压力和瓦斯放散初速度测定时的影响进行了分析,明确了N2对4项单项指标中瓦斯压力及瓦斯放散初速度测定的影响程度。     

煤矿巷道内N2及CO2抑制瓦斯爆炸的机理特性

为探求煤矿巷道内惰性气体（氮气及二氧化碳）对瓦斯预混合爆炸的影响,采用详细反应机理(包括53种组分、325个反应),运用化学动力学计算软件CHEMKIN 3.7中PREMIX程序包,建立巷道内瓦斯爆炸过程的数学模型。通过数值计算,对比了N2及CO2对瓦斯爆炸过程中反应物、自由基、爆炸后产生的主要致灾性气体的浓度以及甲烷总消耗速率等变化的影响,分析N2及CO2对瓦斯爆炸反应过程影响的异同。计算结果表明,在相同体积分数下,CO2比N2更能有效地降低体系中的活化中心浓度和爆炸中所生成致灾性气体CO,NO的浓度,因此CO2在抑制瓦斯爆炸作用方面比N2的效果更为明显。     

煤层气井水力压裂液氮伴注与CO2驱替技术研究

在我国煤层气的开发中普遍面临煤层具有的低压、低渗、低饱和度等自然属性问题,针对此问题,提出利用液态气体伴注辅助水力压裂改造煤层技术。文章阐述了液氮伴注技术提高煤层临界解吸压力机理和CO2驱替煤层甲烷机理,结合芦岭煤矿地面煤层气工业试验,进行了液氮伴注辅助水利压裂、液态CO2驱替煤层甲烷试验以及效果分析。结果表明:注入液氮后氮气分子会挤占煤层甲烷分子的空间,为甲烷气体提供外部能量,同时能够降低煤层甲烷分子分压,提高其临界解吸压力,促使煤层更快的解吸出甲烷气体,提高产气量,试验2号井,达到产气峰值3145.2m^3/d仅用190d,稳产期平均产气量为1400m^3/d;CO2具有的强吸附性能够与吸附态煤层甲烷发生置换作用,促使煤层甲烷更快的由吸附态变为游离态,实现煤层甲烷大量解吸的效果,同时CO2在等压条件下还能够降低游离甲烷分压,进一步提高产气量,试验3号井,实际/理论临界解吸压力比值为3.29,达到产气峰值3351.9m^3/d仅用了124d,稳产期平均产气量为800m^3/d。对比可知:液氮伴注技术优势明显,且在后续煤矿工作面回采过程中无新的CO2突出风险。     

含液态水情况下碳纳米管吸附煤层气的分子动力学研究

本文采用分子动力学方法模拟研究液态水对甲烷、氮气、二氧化碳等煤层气中不同组分在煤层表面吸附性质的影响。结果表明:不含液态水时,煤层组分在碳纳米管表面的吸附能从大到小依次为CO2>CH4>N2;当含液态水时,煤层组分的吸附能大小顺序变为N2>CH4>CO2>H2O。模拟中还发现,液态水存在时,碳纳米管表面首先吸附很薄一层甲烷分子,再吸附一层聚成水膜或水滴的水分子团,为剩余气体提供大量吸附位。加入氮气比加入二氧化碳更易导致碳纳米管对甲烷的吸附能降低;注入氮气和二氧化碳的混合气时,置换甲烷效果更好。     

煤层储存二氧化碳的研究进展

中国煤炭和煤层气资源储量丰富,煤层分布广泛,适宜CO2地下储存.煤层储存CO2可有效地减少CO2排放量,同时增加煤层气可开采量,降低CO2地下储存的成本.介绍了国内外关于煤层储存CO2在吸附理论、煤质特征、环境影响和实际工程应用等方面的研究进展.     

平煤十二矿构造煤煤层气特征研究

文章以平煤十二矿煤样为例,分别进行了压汞实验和等温吸附—解吸实验,从构造煤的孔隙结构特征及构造煤对煤层气吸附—解吸的影响来研究十二矿构造煤煤层气特征。本次研究结果如下:①构造煤孔隙结构多以小孔和微孔为主,有利于煤层气的吸附;②煤体结构破坏越严重,对煤层气的吸附越弱;③常温下,煤层气吸附—解吸可逆。研究结果表明平煤十二矿有利于煤层气的开发。     

煤中二元气体竞争吸附与置换解吸的差异性及其置换规律

煤对气体的吸附有强弱之分,多元气体之间存在竞争吸附和置换解吸。他们之间会不会因为气体进入的先后顺序不同而产生差异呢?为此进行了煤对CH4-CO2混合气体的竞争吸附和CO2置换煤中CH4的置换吸附对比实验。实验表明,煤对CH4-CO2二元气体的竞争吸附与置换解吸结果是一致的,理论分析表明煤对气体的吸附解吸与气体进入煤体先后顺序和过程无关,只与吸附前后的状态有关。气体置换煤中CH4的规律为:混合气体中强吸附性气体含量越大,置换效率越高;置换压力越大置换效率越高。最后对煤层注气措施提出了建议:应先将煤层瓦斯压力降到安全范围再实施注气措施。     

煤层气的储层特征及其对煤层气解吸的影响

煤层既是煤层气的源岩又是储集层,煤层气从煤层中的解吸受众多因素影响,其中煤层的储层特征就是其重要影响因素之一。文中从煤储层的孔隙结构特征、渗透性、储层压力、埋藏深度、温度、水分、煤阶和煤岩显微组分等方面,分析了它们对煤层气从煤中解吸的影响,力求为煤层气解吸机理研究和煤层气开采提供一定的理论支持。