煤岩超临界CO2吸附机理及表征模型研究进展

深部不可采煤层的CO_2地质封存作为CCS技术的重要方向,有望成为温室气体减排与煤层气高效开发的可行性手段。近年来随着我国CO_2-ECBM工程探索逐渐向深部煤层进军,超临界CO_2与煤岩的相互作用受到越来越多的关注。煤层的CO_2地质封存能力主要取决于煤岩的吸附能力,煤岩超临界CO_2吸附作用的研究成为CO_2-ECBM的重点研究领域之一。本文梳理了大量煤岩超临界CO_2吸附实验结果与模型,指出超临界CO_2密度变化是过剩吸附曲线异常的原因,论述了水分、显微煤岩组分、煤阶、温度与孔隙尺寸对超临界CO_2吸附能力的影响机理;总结了煤中超临界CO_2吸附速率在不同压力、温度、粒径及煤阶中的变化规律;在前人关于不同孔径孔隙中的不同吸附行为研究的基础上,凝练了煤中超临界CO_2的孔隙选择效应模式,认为超临界CO_2的非凝聚性与高密度特征是形成煤岩多尺度孔隙中不同吸附行为的原因;分析指出了今后煤岩超临界CO_2吸附作用研究可能的发展方向。本文旨在评述煤岩的超临界CO_2吸附的相关研究进展,为深化认识煤岩超临界CO_2吸附机理与表征模型提供基础和启示。     

超临界CO_(2)作用下无烟煤抗拉与抗剪试验研究北大核心

在CO_(2)地质封存过程中,超临界CO_(2)与煤作用之后会改变煤体的力学性能。基于此,对不同试验条件下的无烟煤进行巴西劈裂试验与变角剪切试验;从干燥/饱水2种水分含量及超临界CO_(2)不同浸泡时间(3、5、7 d)2个因素,研究对比了不同试验条件下煤体抗拉强度、剪切峰值强度、残余强度、内摩擦角及黏聚力的变化规律。结果表明:煤体抗拉、抗剪强度及残余强度随超临界CO_(2)作用时间的增加而降低,但降幅逐渐减小;水+超临界CO_(2)作用下煤体各力学参数的劣化效应均大于干燥试验组;内摩擦角与黏聚力随超临界CO_(2)作用时间的增加呈减小趋势,但超临界CO_(2)的作用对黏聚力的影响较明显,对内摩擦角的影响较小。     

基于灰色关联分析页岩气开采中水锁效应影响因素

采用水力压裂法开采页岩气中,产生的水锁效应对页岩气的产能有很大的影响。为了探究各个影响因素对水锁效应的影响程度,分析了渗透率、孔隙度、束缚水饱和度、作业压差、气液界面张力5个影响因素与水锁效应的相关性。采用灰色关联分析法研究,结果表明:以渗透率伤害率表示水锁伤害程度,R01>R03>R02>R05>R04。即与渗透率的关联性最高,接着是束缚水饱和度,然后是孔隙度,再是作业压差,最后是气液界面张力。处理水锁效应,依次从关联度的高低进行处理,对页岩气的抽采有一定的意义。     

超临界CO_2驱替瓦斯的试验研究

对常规CO_2和超临界CO_2驱替瓦斯的效率进行了试验研究,得到了不同温度下CO_2驱替效率的变化特征。研究表明,CO_2驱替瓦斯的效率随温度升高呈对数关系增长,当温度超过60℃时,常规CO_2的驱替效率才会超过50%;而同样温度下,超临界CO_2的驱替效率要提高20%以上,由此充分证明了超临界CO_2驱替瓦斯的可行性和高效性,从而为我国煤层气行业的发展和产业的创新提供一定的经济基础。     

超临界CO_2致裂页岩实验研究

超临界CO_2压裂技术作为一项环保的无水压裂开采技术,在页岩油气的商业开采中,越来越受到重视;但目前关于页岩气超临界CO_2压裂的裂纹扩展和延伸机理的认识还不够深入。采用实验室自主研制的超临界CO_2致裂增渗实验装置,对页岩进行了超临界CO_2压裂实验研究,结合声发射监测技术、CT扫描技术分析了压裂过程中的裂纹扩展规律,以及对压裂前后的渗透率进行比较,得到如下结论:页岩的裂纹扩展可以分为容腔充填区段、孔隙压力累积区段、压裂破坏区段等3个区段,在达到起裂压力点时声发射信号最为强烈,超临界CO_2在压裂页岩过程存在相态的变化;压裂后页岩渗透率可提高3~4个数量级,压裂增渗效果显著;CT图像显示裂纹延伸方向整体上与最大主应力方向趋于一致,最先在井壁弱面处发生起裂,超临界CO_2压裂能够形成复杂裂隙网络。研究结果可为页岩气储层超临界CO_2压裂施工参数的选择提供依据。     

超临界CO2作用下煤体增透影响因素分析

为了研究超临界CO_2作用下增透煤体的具体影响因素,采用控制变量方法,改变实验时的气体压力、温度、作用煤体时间等因素,探讨以上因素对超临界CO_2增透煤体的最佳增透效果。实验结果表明:超临界CO_2在作用时间为10 h时,萃取效果达到峰值;经过10 h的萃取,超临界CO_2与煤体充分接触,煤体内部脂类有机物和碳氢化合物被完全萃取出来;在作用时间和作用温度一定的情况下,作用压力在9.5 MPa时对煤体增透效果最佳,渗透率达到峰值;在作用时间和作用压力一定的情况下,随着温度的增加,超临界CO_2作用煤体后煤体的渗透率呈现先增加后降低的趋势,作用温度在45℃时,达到最大值。     

超临界CO_2压裂煤岩储层增产煤层气应用发展前景

超临界CO_2压裂作为新兴渗透率强化技术以其对煤岩储层独特的物理化学力学特性改造,以及对储层近乎零损伤的特点受到了研究者的广泛关注。本文通过分析对比不同压裂介质作用下煤岩体的起裂压力与时间、裂缝扩展规律及渗透率变化,结果发现,水力压裂的裂缝扩展形式单一;液态CO_2压裂的衍生裂隙发育程度不高;超临界CO_2压裂形成的层理裂隙与衍生裂隙复杂程度高。特别地,超临界CO_2压裂煤体起裂压力比水力压裂低约39.48%,起裂时间是水力压裂的1.2倍以上,渗透率变化量是水力压裂的3倍左右。总体而言,超临界CO_2对煤储层的物理化学及力学特性的改造,为煤储层致裂增渗、增产煤层气理论与技术取得突破性进展提供了新思路与方法。     

煤层注水后水锁效应的研究现状与进展

为了深入研究煤层注水后的水锁效应,在国内外关于水分影响瓦斯解吸与运移规律研究的基础上,综述水锁效应的表现形式、影响因素、解锁措施等方面的研究现状,进而分析目前研究所存在的问题,提出需要加强研究的方向。同时,在如何对水锁效应做精确验证、建立水锁影响程度的预测及评价方法、寻找解除水锁措施等方面还需要深入探讨。加强水锁效应的研究能为煤层注水技术在瓦斯治理和利用领域的应用提供有力支撑。     

超临界CO_2致裂后页岩渗透率变化规律及影响因素

根据近几年兴起的无水压裂学术思想,采用超临界CO_2压裂后的裂隙页岩体试件(Φ100 mm×200 mm圆柱体试件),开展了不同体积应力和不同温度条件下CO_2渗流实验来模拟压裂后页岩气储层的渗透特性变化,揭示不同因素对裂隙页岩体渗透率的影响机理。实验结果表明:页岩吸附CO_2后渗透率降低;裂隙页岩体渗透率随有效应力的增加呈负指数关系减少;在CO_2超临界温度32~48℃的内页岩渗透率随温度升高而降低,而且渗透率对温度的敏感性也随着温度的升高越来越小;在低压阶段(1~3 MPa),Klinkenberg效应作用明显,在该阶段渗透率随着气体压力的增加而减少,当气体压力在3~5 MPa时,渗透率随气体压力的增加而增加;页岩储层对CO_2的渗透率受地温、地压以及其自身孔隙结构共同影响。     

煤系地层超临界CO_2压裂现状及研究进展

本文介绍了近年来国际新兴超临界CO_2压裂研究现状,现有裂纹起裂扩展理论主要建立在传统的单裂纹线弹性断裂力学基础上,国内外学者对花岗岩、砂岩、页岩等的超临界CO_2压裂实验已证实其压裂效果的优越性。本文室内压裂煤体实验研究也印证了超临界态CO_2压裂的造缝效果明显。但从现有的压裂研究可以看出,仅仅针对硬度较高、渗透性较好的煤层实施压裂可以起到较好的增渗效果。总体来说,目前压裂技术工艺及措施等方面的研究仍有待于进一步改进与完善。     

混联二自由度机械臂的运动学研究

提出了一种混联机械臂,该机械臂是串并联混合机构,具有串联机构工作空间大和并联机构承载能力高的优点,可以实现较大活动空间内对重物的搬运仓储。对该机械臂进行了自由度分析,得到该机械臂的自由度为2,具有平面内的一个移动和一个转动自由度。基于几何解析法分析了该机构的运动学正反解,并且给出了5组正反解分析数值算例,验证了正反解分析的正确性。     

煤中镜质组反射率的测定

介绍了煤中镜质组反射率的测定原理及在测定过程中应注重的问题,从镜质组富集程度的差异性、样品处理、镜质组颗粒鉴别、测试条件和技术方法等方面探讨了其反射率测定的影响因素,并概括论述了煤中镜质组反射率在生产实践中的确定煤级、指导炼焦配煤等实际应用。     

某高速公路岩石单轴抗压强度结果的不确定度评定

依据JTG E41—2005《公路工程岩石试验规程》,结合工程项目实例,对岩石单轴抗压强度进行了试验,对试验结果采用JJF 1059—2012《测量不确定度评定与表示》进行分析与评定,了解测试中造成误差的因素,结果显示影响该项目单轴抗压强度试验的主要因素来源于样品的不均匀性和压力试验机的测量。     

磨机筒体螺栓孔漏料问题分析

对球（棒）磨机筒体衬板螺栓孔漏料、螺栓易松动及断裂原因进行了深入分析,找出了问题的根本所在,提出了处理措施,并给出了全新的结构方案。     

复杂管类零件空间尺寸加工误差分析

介绍某柴油机排气过渡管的加工工艺,分析空间尺寸较多的复杂管类零件的加工工艺及角度误差对空间尺寸的影响。通过角度在公差范围内的微量调整,解决了排气过渡管由于毛坯铸造及加工时找正存在的误差而造成气口处壁厚不均的问题。     

矿柱流变对采空区顶板稳定性的影响

为研究岩石流变特性对采空区长期稳定的影响,基于Reissner厚板和流变力学理论构建了矿柱-顶板流变力学模型,并推导出顶板沉降位移关于流变时间的关系式;依据不同边界条件将顶板破坏过程划分为固支、固支-简支、简支和内部破坏四个阶段。研究结果表明:所建立的流变力学模型可用于对采空区稳定时间的预测,并为采空区及时处理提供参考。     

影响横轴式掘进机截割机构振动特性的因素分析

在横轴式掘进机截割机构横向截割的刚体动力学模型基础上,利用计算机模拟方法获得其在不同参数下的振动特性曲线,并分析了截割头质量、悬臂质量、液压系统刚度及阻尼变化对掘进机截割机构振动特性的影响,为研究横轴式掘进机的振动特性,改进机器设计创造了条件.     

煤矿提升机齿轮箱振动分析

提升机作为煤矿中的重要设备,其故障率对于煤炭的安全高效生产有着极为重要的作用。在详细分析了煤矿提升机工作环境和工作特性的基础上,建立了提升机齿轮箱振动的数学模型,分析了速度和载荷变化情况下的提升机齿轮箱振动的特点,分析了变工况条件下齿轮箱故障信号的分布特征,为变工况条件下提升机齿轮箱的故障诊断提供了一定的理论基础。