煤层注氮模拟实验中的置换-驱替效应及其转化机制分析

为了研究注N_2促排煤层瓦斯过程中驱替和置换效应及其主导作用,利用自研的煤层注气实验装置,进行了单轴应力、分层预压成型条件下煤层注N_2促排瓦斯的模拟实验。实验结果表明:驱替和置换效应始终贯穿整个注气过程,共同作用将煤体中瓦斯排出。在注气初期14 min内,置换解吸效应起主导作用,注入的N_2由于被吸附或充填于煤层孔裂隙等自由空间而被全部滞留煤中,表现为出口并无N_2排出,而煤体中的CH_4则大量解吸排出。在14~200 min注气实验时间内,置换作用的主导地位将逐渐丧失,开始进入置换作用减弱和驱替作用增强的转换阶段;在注气时间大于400 min的后期,处于置换和驱替相互作用、彼此平衡的时期,但置驱总效率处于较低水平。根据注气400 min(6.67 h)后注气促排效率较低的实验结果,建议井下煤层注气时间控制在8 h工作制的一个小班以内为宜。     

煤层注氮驱替甲烷促排瓦斯的试验研究

〖HT5H〗摘〓要：〖HT5K〗实验室研究了山西阳泉无烟煤在30 ℃恒温下注入N2对吸附平衡煤样中CH4的竞争吸附解吸特性,结果表明混合压力高于225 MPa后,CH4吸附量开始下降。在阳泉煤业集团石港矿业公司井下进行了煤层注氮驱替甲烷促排瓦斯的试验研究,结果表明,注氮16 h后距离2 m以内的钻孔自然排放纯瓦斯流量提高了2倍以上,煤体解吸气体中CH4浓度由9729%减小到7966%,氮气浓度由080%增加到1319%,煤层瓦斯含量由977 cm3/g减少到868 cm3/g,起到了预排瓦斯的效果。     

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。     

热力作用下煤层注CO_2驱替CH_4试验研究

为研究体积应力和温度对于煤层注CO2条件下CH4驱替量的影响规律,利用自制三轴吸附解吸试验装置,对煤试件开展考虑煤层体积应力和温度热力作用影响的与煤层等孔隙压注CO2驱替CH4试验研究。试验结果表明:相同温度条件下,气体吸附量随体积应力增加逐渐减小,下降梯度明显;体积应力是煤层CH4驱替量的主要影响因素,拟合得出20~50℃区间内煤层CH4驱替量随体积应力变化的计算公式。在相同温度条件下,随着体积应力增加,CH4驱替效率逐渐减小,近似于线性变化规律;随着温度升高,CH4驱替效率上升显著且梯度明显。在相同温度条件下,随着体积应力增加,置换体积比相应增加;随着温度升高,置换体积比减小,近似呈等梯度下降规律。     

二氧化碳驱替煤层甲烷的试验研究

煤层甲烷的持续抽采会导致煤层甲烷压力的下降。向煤层中注入二氧化碳,可以提高煤层孔隙压力,驱替煤层甲烷。为研究二氧化碳驱替煤层甲烷的可行性,在实验室进行了二氧化碳驱替煤层甲烷的研究。通过研究发现,驱替排采的甲烷产出率明显优于自然排采。因此,可以采用二氧化碳驱替煤层甲烷的方法提高甲烷抽采率。驱替排采对完整煤样和破碎煤样甲烷产出效率的影响不同,破碎煤样的驱替速度较快,而完整煤样的驱替效率较高。因此,在利用二氧化碳驱替不同煤体的甲烷时,要选择合理的驱替方案。     

松散煤体注CO_2置驱CH_4效应实验研究

为了研究现场试验"液态CO_2致裂煤体-置驱瓦斯"过程中相变成气态CO_2气体置换与驱替煤体CH_4主要机理及其主导作用。利用自制实验装置,进行了不同实验条件下煤体注CO_2气体置驱瓦斯模拟实验。实验结果表明:在注气初期0~50 min,2种气体组分浓度迅速上升,此过程中置换效应明显;50~300 min,气体浓度变化逐渐趋于平稳,主要依据CO_2自身特性优势,将吸附在煤体吸附域中的CH_4气体驱替出来使其沿着煤体孔裂隙渗流扩散,这一过程中驱替效应占主导作用;300 min后处于置换与驱替效应相互作用的低效置驱阶段。     

煤层气井注氮驱替增产改造技术

本文主要针对樊庄区块中部煤层气井生产特点,选取有高产井史、远离断层、煤矿、井网相对完善的煤层气井区开展注氮增产试验,探索出一套煤层气井注氮增产改造技术,通过向煤层中注入氮气来降低游离气体中的甲烷分压,从而促使甲烷从煤层中的解吸,增加甲烷的产气,实现煤层气高效开发的目的.结果表明:选取的樊庄中部地区的HB-X1井组、HB...     

潞安低渗透性软煤层瓦斯驱替技术实践

介绍了国内外气体驱替煤层气的有关技术发展情况,分析了潞安矿业集团常村煤矿通过钻孔向煤层注入空气驱替煤层气的试验过程及效果。试验表明,钻孔瓦斯浓度提高58%,流量提高80%。     

驱替置换煤层甲烷的注气影响半径及其在不同方向上的差异性

注气置换驱替煤层甲烷是煤层强化预抽的一种新理念,并在阳泉矿区试验成功。采用实测法测定了石港煤矿15#煤层注气驱替置换煤层甲烷影响半径,发现注气影响半径在煤层的层理方向和垂直层理方向上存在差异性,并对此进行了分析,提出布孔建议以避免驱替置换盲区,更好地实现煤层消突。     

煤层注水驱替瓦斯前缘的渗流规律研究

煤层注水驱替瓦斯前缘在数学上是一个气水交接的间断界面,渗流过程比较复杂。为了研究间断界面上水驱气前缘水相饱和度的变化规律,采用Comsol Multiphysics有限元多物理场耦合模拟软件对煤层注水驱替瓦斯渗流过程进行了数值模拟。根据模拟得出的气水两相相对渗透率的变化情况,引入一维块网格系统的三阶TVD格式和四阶TVD格式进行驱替前缘的计算。从而得出注水前沿的水相饱和度分布规律:两相驱替前缘水相饱和度在0.2~0.7之间下降很快,呈先下降,后保持平稳值的趋势。该方法具有很好的间断捕捉能力,对于间断的可压缩流体运动有较高的分辨率又不产生虚假数值震荡,为进一步研究分析注水提高煤层瓦斯运移的机理提供基础。     

注气置换煤层瓦斯技术研究现状及应用前景

为深入研究注气置换煤层瓦斯技术在煤矿生产过程中促抽和促排瓦斯方面的应用,总结了注气置换煤层瓦斯技术在煤层气开采和煤矿瓦斯灾害治理领域的研究现状,结果表明:该技术不仅提高煤层气采收率,还能有效提高瓦斯排放和抽采效果,达到快速消突的目的。并分析注气置换煤层瓦斯技术存在的缺陷,为该技术的推广应用提供了科学、合理的研究思路。     

高瓦斯煤层边采边抽效果分析

在高突煤矿生产过程中,治理瓦斯是保证安全生产的一个重要环节,特别是高瓦斯煤层在掘进期间,边掘边抽也是治理瓦斯的一种有效手段。在回采过程中,由于区域瓦斯储量大,工作面瓦斯超限,采取边采边抽的方法能够解决工作面瓦斯超限。     

特厚煤层群保护层开采与瓦斯预抽采防突技术的实践

通过鹤岗矿区南山煤矿抽采瓦斯示范性研究,获得了煤与瓦斯突出、厚煤层群无保护层开采条件下的保护层开采与瓦斯预抽防突的适用技术。该项技术不仅适用于该煤层赋存条件与开采条件下的鹤岗矿区高突矿井,对类似开采条件的其它高突矿井,也具有一定适用性和参考价值。     

注气驱替煤层甲烷的有效影响半径研究

为了确定井下煤层注气有效影响半径,以煤层瓦斯渗流理论、瓦斯扩散理论、多元气体竞争吸附、能量守恒以及理想气体状态方程为基础,以钻孔周围煤体瓦斯流动场为研究对象,建立了井下注气驱替煤层甲烷的数学模型,并以石港煤矿的实测参数为计算依据,利用Comsol软件对抽采钻孔在不同注气时间、不同注气压力下瓦斯流动进行了数值模拟,发现注气有效影响半径随注气时间和注气压力的增大而增大,为现场注气提供依据。     

煤层注氮气置驱瓦斯过程压力场数值模拟

文章建立了煤层气体流动的渗流、扩散、多元气体吸附解吸等多物理场耦合数学模型,基于COMSOL Multiphysics有限元模拟软件和MATLAB仿真软件,模拟和分析了煤层注氮气过程中煤层气体压力场分布规律。结果表明:注气过程中煤层气体压力随时间迅速升高,煤层气体最高压力小于注气压力;煤层注气过程中,煤层压力场分布规律为:同一时刻在煤层水平面上,随距注气口距离的增大,煤层气体压力逐渐降低,同一时刻在煤层垂直平面上煤层气体压力呈现以注气轴为中心向外逐渐降低的趋势。注气后卸压过程中煤层气体压力随时间迅速降低,且模拟条件下煤层中没有形成高压残留。     

新安煤矿煤层注水影响因素实验研究

为探究新安煤矿煤层注水的影响因素,采集了新安煤矿3号煤层的煤样,利用压汞法测得了原始煤样的煤体孔隙率,同时还对煤样原始含水率、自然吸水率、坚固性系数进行了实验测定。结果表明,3号煤层煤样微孔和过渡孔比例较高为71.73%,平均含水率为1.25%,平均自然吸水率为2.92%,坚固性系数平均为2.37。上述指标虽符合《煤层注水可注性鉴定方法》中可注水煤层的要求,但煤体大孔、中孔所占比例较低,连通性较差,是影响新安煤矿煤层注水的主要因素。     

煤层注水渗流特征实验研究

采用实验方法,研究水在煤体中的渗流特征,包括有效覆压、注水压力、孔隙压力等因素对水渗透能力的影响。研究表明,煤层试样的渗透率受覆压影响很大;渗流开始时随着入口水压的增大,渗透率逐渐变大;回压逐渐升高时,渗透率呈现出先减小后增大的变化趋势。