氮气泡沫在多孔介质中的封堵特性及其影响因素研究

泡沫在多孔介质中的封堵特性受到许多因素的影响。利用室内物理模拟实验方法研究了气液比、渗透率、注入速率、含油饱和度、地层内残留聚合物对泡沫在多孔介质中的封堵特性的影响。结果表明,气液比在（1：1）～（3：1）之间时,泡沫在多孔介质中封堵能力最强;泡沫在多孔介质中的表观粘度随着渗透率的增大而增大,其高渗透岩心中的相对封堵强度要大于在低渗透岩心中的封堵强度;泡沫在多孔介质中的注入速率越大其阻力因子越大,泡沫的注入速率最好控制在2m／d以上;当含油饱和度大于30％时,泡沫无法形成较大的封堵压差;聚驱后残留的聚合物可以增大泡沫的封堵压差。     

长焰煤中镜煤与暗煤吸附/解吸特征对比

为确定低阶煤不同宏观煤岩组分的煤层气吸附/解吸的能力,选取彬长矿区大佛寺4号煤镜煤和暗煤2种宏观煤岩组分进行吸附/解吸实验,对比二者吸附/解吸特征差异,从吸附热力学角度解释吸附/解吸差异及解吸过程。研究表明:大佛寺镜煤与暗煤组分都以微孔—小孔为主,暗煤的孔隙连通性较好,以开放型孔为主,镜煤则主要以半封闭型的细颈瓶状或墨水瓶状的孔为主;不同煤岩组分吸附/解吸能力的影响因素(从强到弱)依次为:压力、温度、水分、粒度和孔隙特征;降压解吸过程中,水分和粒度在不同宏观煤岩组分中的影响作用不同,暗煤解吸滞后率大于镜煤,压差传递效果对煤的吸附影响不及水分子在煤体内部与甲烷竞争吸附产生的影响,甲烷解吸是降压效果(压差—能量传递作用)和水蒸气置换甲烷(置换效应)共同作用的结果。     

氮气泡沫体系稳定性的影响因素研究

利用填砂管研究了不同注气压差下多孔介质中泡沫的产生及其对气体阻力特性的影响,并对泡沫在烧杯及多孔介质中的稳定性进行了对比评价。结果表明,随着氮气注入压差的增加,泡沫对气体的初始残余阻力系数呈幂指数增加;而其残余阻力系数(对气和液)随时间均呈幂指数下降。泡沫在体相中的稳定性远低于多孔介质,且随着环境压力的增大,泡沫的稳定性呈线性增大。基于简单的孔隙模型分析可知,孔隙介质中良好的分散条件及在分散过程中具有的较厚液膜是其稳定性远远高于体相中的重要原因。孔隙和喉道半径比值越大,则孔隙中的气体附加压力越大,泡沫的初始残余阻力系数将越大;吼道越长,泡沫聚并的几率降低,其稳定性增大。若孔隙网络中非均质性越强,则孔隙中气体压差越大,不同孔隙中气体聚并的几率增大,泡沫的稳定变差。     

多孔介质中甲烷水合物形成与分解实验研究

基于实际海洋水合物资源的赋存状态及温度、压力条件,在人工多孔介质中物理模拟海底水合物稳定带的水合物藏进行了水合物的形成与分解的实验研究。分析甲烷水合物在多孔介质中的形成与降压开采过程,揭示了其温度、压力和产气速率的变化规律。采用逐步降压的方法测定了多孔介质中水合物在特定温度下最小分解推动力,比较了不同降压模式下的累计产气量。结果表明,水合物形成过程中通过不断注水保持系统压力,甲烷可完全生成水合物,最终水合物藏中仅有水和水合物两相;实验条件下水合物的分解主要受压差影响,压差越大,分解速率越大,累计产气量越高;在一定温度下水合物的分解需有一个最小推动力。比较不同降压模式发现,累计产气量只与压差有关,而与降压模式无关。     

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气藏烃类流体储存于地下的多孔介质中，部分烃类气体会吸附在多孔介质固体表面，从而会应影响气藏储量计算、气井产能计算、气藏开发动态分析等气藏工程计算的准确性。文章分析、研究了烃类气体在储层多孔介质表面上的吸附机理，应用F—HVSM模型，通过实例计算，得到了烃类气体混合物在储层多孔介质表面的吸附情况。研究表明：烃类气体混合物在储层孔隙介质中的吸附量随温度的升高而减少，随压力的升高而增大；在同一孔隙介质中，当温度、压力相同时，重组分含量相对较高的烃类气体体系，其吸附量相应较大；对同一烃类气体体系而言，在相同的温度、压力下，孔隙介质渗透率越低，比表面越大，其吸附量也越大；烃类气体混合物在中、低渗储层多孔介质表面的吸附量的数量级为10-2mol/kg。     

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凝析油气相平衡过程发生在地层的多孔介质中。多孔介质由于其巨大的比面积而具有较强的吸附能力，流体因而以吸附态和自由态两种状态存在。在常规相平衡分析的基础上，应用气体吸附理论，建立了地层条件下混合气体在储层多孔介质表面吸附时对相平衡影响的数学模型，提出了考虑多孔介质吸附的相平衡计算方法，并通过实例计算分析了多孔介质吸附对相平衡的影响，结论：凝析油气渗流应考虑多孔介质的吸附作用；重烃组分优先吸附，随压力降低解吸的重烃组分比轻烃组分多；吸附量随温度增高而降低；气藏孔隙度愈低，吸附态气体相对愈多。     

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利用物理学、分子热力学、表面物理化学理论分析了电磁场影响煤层甲烷吸附的机理，为电磁场提高煤层甲烷抽放率提供了理论支持。研究结果表明，影响机理主要包括：热效应及微观上对甲烷分子和煤表面相互作用能的影响，并对电磁场（对煤体产生）的热效应进行了估算，结果表明热效应对于甲烷吸附解吸具有重要的影响，而且由热效应产生热应力引起的应变差异形成孔隙对于甲烷的吸附解吸和运移也有积极的作用。通过对电磁场作用下煤层甲烷的吸附势垒降低量ΔE进行的计算，结果表明，ΔE与电磁场频率和强度基本呈正相关，即电磁场频率和强度越大，吸附势垒减小得越多，越有利于煤层甲烷的解吸。电磁场对煤层甲烷吸附解吸的影响对于煤层甲烷抽放提供了一种新的技术手段，研究其作用机理具有重要的理论和现实意义。     

石英砂中甲烷水合物渗透率实验与模型验证

多孔介质渗透率是影响天然气水合物开采的重要物理参数,目前研究该参数所采用的测试手段和多孔介质差别很大,没有形成较为公认的实验手段和测量结果。为此,研制了含甲烷水合物多孔介质渗透率一维测试装置,利用该装置合成甲烷水合物,并在稳定流态条件下测量流入液态水的流体流量和压差;基于达西定律的基本原理,采用稳态法注水计算了30~40目石英砂中甲烷水合物体系的渗透率。结果表明:(1)该装置可以在稳定压力、温度的条件下,获得稳定流体流量和压差,满足达西定律的基本条件,进而计算出渗透率;(2)该装置可在渗透率试验中有效控制甲烷水合物饱和度,保证了含甲烷水合物石英砂渗透率测量的可靠性和可重复性;(3)甲烷水合物晶体在孔隙中心形成并逐渐生长,占据孔隙空间并阻碍流动通道,液相有效渗透率随甲烷水合物饱和度的增加而迅速降低;(4)Masuda模型、Dai模型和Li模型渗透率参数值分别为13.0、7.0和4.0时,其计算的渗透率与实验结果吻合良好。结论认为,该研究成果为含甲烷水合物的多孔介质中流体渗透率的量化,提供了实验数据和理论计算依据。     

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为深入探讨煤对甲烷气体吸附—解吸机理及可逆性,作者从物理化学和界面化学以及现代煤层气吸附理论的角度,并通过系统的煤对甲烷气体吸附—解吸可逆性物化模拟实验,进一步科学地求证了煤对甲烷气体吸附—解吸可逆性问题。根据理论分析和实验成果,明确地提出了：①煤对气体分子的物理吸附特性决定了吸附与解吸的可逆性;②吸附在煤内表面的甲烷分子被解吸需要一定的能量,以摆脱煤表面与甲烷分子之间的范德华力,因此解吸过程会不同程度地滞后于吸附。     

基于双位Langmuir模型活性炭的CH_4吸附特征

较之于压缩天然气存储和液化天然气存储,天然气吸附存储(ANG)方式具有能显著降低储存压力和运行成本的优点,然而,要将测定的吸附量转化为绝对吸附量,需要采用合适的模型。为了准确预测活性炭上甲烷的总储存量,采用双位Langmuir模型描述并准确预测了甲烷在活性炭上的吸附行为,误差在5%以内;进而解释了温度介于283.15～323.15 K、压力介于0.1～14.0 MPa条件下,活性炭上甲烷吸附平衡的临界点。研究结果表明:①在过剩吸附量超过极大值后,不同温度下的吸附等温线将出现交叉现象,在交叉点后,温度越高过剩吸附量越大;②甲烷的吸附相体积和气相密度,随平衡温度和压力的变化而变化,随着温度的升高,体积密度项对于绝对吸附量的贡献逐渐减小;③在343.15 K和14 MPa以下,实际吸附甲烷量超过86.9%,游离甲烷相含量低于13.1%,游离甲烷相含量的贡献率随温度的升高而逐渐增大。结论认为,该模型能快速、准确地预测真实的甲烷存储量,可以为大型天然气吸附存储技术的研究和开发提供帮助。