声场作用下煤中甲烷解吸扩散的特性

为了深入研究超声波的机械振动效应、热效应、空化效应提高煤层气抽采率的机理,研制了可控声场作用下甲烷吸附、解吸试验系统。实验研究了不同频率的超声波、不同声强的声波作用下煤中甲烷的解吸特性,得出：不加声场与声场作用下煤中甲烷的解吸动力学特性一致,甲烷解吸全过程中,初始解吸速度较快,随时间的增加,解吸速度越来越慢,最终趋于0;声场作用下甲烷的解吸量增加了20%～90%,且解吸量随声强的增大而增大;煤中甲烷的扩散规律可用单一扩散模型描述,声场作用下传质毕欧准数减小,扩散系数增大,表明声场作用使煤体内部扩散阻力减小,传质速度加快,扩散能力增强,有利于煤中甲烷的解吸、扩散。     

煤粒的微观孔隙结构特征实验研究

为了进一步深入分析煤体内部的孔隙结构特征,利用美国康塔Autosorb-iQ全自动比表面和孔径分布分析仪,实验研究了煤粒(同种煤不同粒径)的吸附等温线,并对其微观结构特征参数——比表面积、孔容及平均孔径进行了分析。研究表明:不同粒径煤粒吸附等温线呈现出相似的变化趋势;随着煤粒粒径的增大,煤粒的比表面积和总孔容逐渐减小,而平均孔径增大。研究结果为煤体瓦斯的吸附、解吸及渗流等机理的研究提供了一定的理论基础。     

煤粒的微观孔隙结构特征实验研究

为了进一步深入分析煤体内部的孔隙结构特征,利用美国康塔Autosorb-iQ全自动比表面和孔径分布分析仪,实验研究了煤粒(同种煤不同粒径)的吸附等温线,并对其微观结构特征参数---比表面积、孔容及平均孔径进行了分析。研究表明：不同粒径煤粒吸附等温线呈现出相似的变化趋势;随着煤粒粒径的增大,煤粒的比表面积和总孔容逐渐减小,而平均孔径增大。研究结果为煤体瓦斯的吸附、解吸及渗流等机理的研究提供了一定的理论基础。     

结合孔隙结构分析热蒸汽对煤体瓦斯解吸的影响

为了探究热蒸汽对煤体瓦斯解吸能力的影响,以阳泉新元煤矿贫煤为研究对象,采用压汞法分析了热蒸汽处理前后煤体的孔隙结构演化,结合吸附—解吸试验,用解吸率和解吸时间临界值表征热蒸汽和水分对煤体瓦斯解吸的影响。结果表明:(1)热蒸汽处理后煤体的总孔容、滞后环面积、孔隙率、渗透率及平均孔径均有增大,煤体小孔向大孔发育,闭合孔隙向开放孔隙转变,孔隙结构的连通性明显提升;(2)煤体瓦斯解吸率随着平衡压力增大而增大;热蒸汽的使用有效促进煤体残余吸附瓦斯的解吸,消除了煤体中水分抑制瓦斯解吸的影响,瓦斯解吸率明显增大;(3)热蒸汽作用下煤体瓦斯解吸时间效应临界值明显降低,解吸达到平衡所需的时间缩短,解吸效率显著提升。该研究为煤层注热强化煤层气开采提供了一定的理论依据。     

贵州矿区煤孔隙结构及其等温吸附特性研究

为完善贵州矿区煤孔隙结构及瓦斯吸附特性,促进煤层气的抽采和防治煤与瓦斯突出,以贵州矿区4个不同矿井煤样为研究对象,利用扫描电镜、压汞和等温吸附等手段进行测试。结果表明:贵州煤大量发育裂隙和次生孔隙,这些裂隙和孔隙是煤层瓦斯的吸附场所和流通通道;贵州煤的孔容在0.146 8~0.228 9 m L/g之间,孔比表面积在15.434~18.260 m~2/g之间,平均孔径在33.4~51.4 nm之间,煤中大孔及裂缝是孔体积的主要贡献者,5~10 nm之间的孔隙是煤比表面积的主要贡献者,煤中开放孔较少,孔隙连通性一般;瓦斯的吸附能力与孔体积、孔比表面积具有良好的正相关性,Langmuir单分子层吸附方程适合煤对甲烷的吸附。     

温度冲击下煤层内部孔缝结构演化特征实验研究

为研究温度冲击下煤层微观结构的变化特征,采用高低温试验系统对原煤进行了温度冲击实验,利用扫描电镜、工业显微CT、压汞实验和低温液氮吸附实验对温度冲击前后煤的孔隙裂隙结构的演化发展进行了联合表征。基于数字图像处理技术,对温度冲击前后煤层扫描电镜图像进行二值化处理,定性与定量地分析了煤层的裂隙宽度变化,并统计分析了温度冲击前后煤层中孔隙的比表面积和孔径变化。研究结果表明:温度冲击作用促使煤样内部大孔之间相互贯通并形成宏观裂缝,导致大孔体积相应减少,中孔和小孔的体积均增大;温度冲击试验测试过程中所产生的最大热应力位于煤样表面的切向方向,温度冲击所产生的热应力超过煤样抗拉强度是导致裂隙萌生、扩展和相互贯通的直接原因。研究结果可为煤层气高效开发和提高煤层瓦斯抽采率提供技术支撑。     

功率声波激励下无烟煤孔隙变化及裂隙发育研究

为了最大程度的提高煤层气的抽采效率和抽采量,采用超声波激励煤层气储层致裂来提高储层透气性。通过核磁共振技术来检测超声波致裂煤体过程中煤体内部孔隙孔径和数量的演化规律,并使用热成像、数字式照相机和P波岩石测量系统来监测和分析煤体裂隙发育过程。实验表明:随着超声波致裂的进行,煤体内部孔隙的孔径和数量都有增加,孔隙率提高了120.5%;整个致裂过程分成3个阶段进行,不同孔径孔隙起裂按时间排序为"微孔→中孔→大孔和裂隙";P波测试证明超声波能够激励煤体内部和表面形成裂隙网,大幅提高煤体透气性,由于任何含水的孔隙都是超声波致裂的起裂点,较于传统的致裂措施超声波致裂影响范围更广,需要的能量也更少。     

煤体解吸甲烷规律及解吸后微结构特征研究

在新兴能源产业提质增效的迫切要求下,积极推进煤层气产业发展对于缓解目前国内能源现状具有重要意义。地层应力约束下煤储层吸附解吸瓦斯特征直接关系到瓦斯抽采作业的布置方式。基于此,对应力约束状态下煤体对甲烷的吸附和解吸特征进行了试验研究,同时对解吸甲烷后煤体内部结构特征进行了CT扫描测试和分析。结果表明：煤体对甲烷的吸附量与孔隙压力几乎呈线性关系,符合Langmuir模型|80℃是煤体解吸甲烷较为合理的温度点|解吸甲烷后煤体内部会形成较多孔隙,发育较多的次生裂隙,不同层位孔隙率在6.32%～9.38%之间,平均孔隙度可达7.4%|在不同类别孔隙中,孔径低于30μm的孔裂隙比例高达76.36%|总体上,煤体中孔径较小的孔裂隙结构是甲烷解吸、扩散以及运+移的主要通道。     

黄陇煤田低煤阶煤储层孔隙特征及吸附储集性能研究

为了研究黄陇侏罗纪煤田低煤阶煤煤储层孔隙特征和吸附储集性能,采集了黄陇煤田不同矿区的煤样,利用液氮吸附、扫描电镜和等温吸附试验等测试方法,研究了低煤阶煤储层煤比表面积、孔容特征、孔隙特征、孔径分布特征、微裂隙发育程度及煤样的吸附特征。研究结果表明:黄陇煤田低煤阶煤BET比表面积集中分布在1~5 m~2/g,比表面积较小;BJH孔容分布区间集中在0.003~0.030m L/g,煤孔径分布特征主要以微孔和小孔为主,中孔次之;煤样表面微孔隙发育,Langmuir体积分布在7.95~16.52 m3/t,Langmuir压力分布在1.22~5.77 MPa,吸附能力一般,易解吸。结合以往地勘资料研究认为彬长、焦平及黄陵矿区有利于煤层气的勘探开发。     

和顺地区高煤级煤空间结构特征研究

为了研究和顺地区高煤级煤的空间结构特征对煤层气运移的影响,借助光学显微镜进行了显微裂隙分析,采用压汞法和比重瓶法测试了煤孔径结构和孔隙率。分析了高煤级煤宏观裂隙及显微裂隙的发育状况、各孔径段比孔容、比表面积的分布规律、孔隙的闭合及连通情况。结果表明,该区煤中裂隙总体不太发育,小裂隙与微裂隙较大、中裂隙发育,局部裂隙填充闭合。孔隙率较高,孔隙主要为开放性孔隙,含部分半封闭性孔隙,过渡孔和微孔的孔容和比表面积占据了主导地位,中孔含量较小,成为气体运移的瓶颈,这种空间结构分布虽然有利于煤层气的吸附,但不利于煤层气的产出。     

超声波激励下煤层气解吸扩散特性的研究

为了揭示超声波强化煤层气高效抽采的机理,自主研发了可控超声波激励煤吸附/解吸甲烷试验装置,试验研究了不同功率的超声波激励下煤中甲烷的解吸规律,结果表明:不加超声波和超声波激励下煤中甲烷的解吸动力学规律相同,在煤中的甲烷解吸全过程中,甲烷的初始解吸速度较大,随着时间的缓慢增加,解吸速度逐渐减小,最终趋于0,且解吸规律能很好地遵循扩散模型;超声波作用下煤中甲烷解吸量增大,且超声波功率越大,解吸量增幅增加,解吸量增加26.1%～65.6%;基于传热传质学理论,超声波激励下煤的传质毕欧准数减小,扩散系数增大,表明超声波能促进甲烷解吸、扩散。     

液氮冷浸前后煤体的微观结构精细化表征方法研究

随着煤层增透技术的发展，液氮冷浸致裂煤体促进瓦斯抽采的研究取得了广泛关注。为研究液氮冷浸对不同煤质煤体微观结构的改造效果，分别采用电镜扫描仪、压汞仪和低温氮吸附仪对液氮冷浸前后不同煤质煤样（贫煤、肥煤和无烟煤）的微观结构进行了联合表征，对比分析了液氮冷浸对不同煤质煤样孔体积、比表面积分布情况的影响。结果表明：液氮冷浸煤体产生的热应力大于煤的抗拉强度，导致煤的微结构破坏，出现微裂隙萌生或颗粒脱落等现象，显著增加煤的透气性；液氮冷浸后不同煤质煤样的总孔体积和比表面积均增大，肥煤总孔体积增长率最小，其次是无烟煤，贫煤总孔体积增长率最大；液氮冷浸促使煤样内部微孔、小孔、中孔及宏孔/裂隙的孔体积均增大，促使煤样内部大孔贯通形成宏孔/裂隙，导致大孔的孔体积减少；液氮冷浸后各煤样的孔比表面积均集中分布在10～100 nm，并有明显的峰值特征；液氮冷浸促使贫煤、肥煤和无烟煤煤样的吸附量增大，且处于中高压区(0.4

相似文献   

煤层气解吸滞后特征分析

通过对不同变质程度的煤进行不同温度点的等温和吸附/解吸的实验,综合分析认为,煤层气在降压解吸过程中,随着压力的降低和煤阶提高,解吸滞后特征显著,温度增大解吸滞后现象不显著。不同变质程度煤的分子构成和孔隙结构导致了煤的物性差异,这是煤层气降压解吸滞后与升温解吸滞后差异的主要原因。实践中,在煤层气井排采后期,用升温解吸技术促进残余气解吸是提高煤层气采出率的重要途径。     

高压注水对煤孔隙结构影响的试验研究

基于煤层孔隙结构是影响煤层气吸附及渗流的重要因素,为了揭示高压注水过程中煤孔隙结构的变化规律。采用核磁共振试验、渗透率试验及显微镜观测微裂隙方法,从微观上研究高压注水对煤孔隙结构的影响,为研究煤层气水力压裂技术提供微观层次的理论依据。通过核磁共振试验得知经高压注水后单位体积(1 cm~3)煤各孔隙类型孔隙体积都得到增大,其中中孔孔隙体积平均增大0.73×10~(-3)cm~3,增量最小;小孔孔隙体积平均增大8.79×10~(-3)cm~3,增量最大。通过光学显微镜观测得知高压注水有利于裂隙连通、产生新裂隙及增大裂隙宽度,从而使煤渗透率比高压注水前增大146%~560%。通过煤渗透率测试得知微孔和小孔主要起吸附及解吸作用,对煤的渗透性基本没有贡献,大孔对煤的渗透率贡献最大,是煤渗流及运移的主要通道,中孔次之。     

基于低温氮吸附法和压汞法的煤样孔隙研究

为了研究无烟煤的孔隙结构特征,采用压汞法和低温氮吸附法对寺河矿煤样进行孔隙特征研究,结果表明该煤样的低温氮吸附等温线接近Ⅰ型,煤中的微孔尤其是小于2 nm的孔构成煤层瓦斯的吸附空间;压汞曲线没有滞后环,多分布圆柱形孔和Ⅴ形孔,大孔、可见孔和裂隙比较发育,构成煤的渗透容积,有利于瓦斯流动,从而有利于瓦斯抽采。低温氮吸附法测试煤的比表面积比较优越,而压汞法测试煤的孔体积分布比较准确,因此将2种方法结合使用,可以更全面地分析无烟煤的孔隙结构。     

中-高煤阶构造变形煤纳米级孔隙结构及其对甲烷吸附能力的影响

通过镜质组反射率测试、显微组分测定、液氮吸附和等温吸附实验等,对河南中北部典型矿区6种中-高煤阶构造变形煤纳米级孔隙结构和吸附特征进行了研究。结果表明:中-高煤阶构造变形煤纳米级孔体积主要以过渡孔(10~100 nm)为主,而比表面积由微孔(1.5~10 nm)控制。纳米级孔体积、比表面积和过渡孔孔容从脆性变形碎裂煤、碎粒煤到韧性变形糜棱煤逐渐增大;中-高煤阶构造变形煤Langmuir体积与纳米级孔体积和比表面积之间呈线性正相关;过渡孔和微孔的分布关系对煤层气解吸特征产生重要影响,且过渡孔体积越大,甲烷解吸越容易。     

高煤阶储层煤层气解吸滞后现象定量表征及其对开发的影响

通过理论推理提出了残余吸附气量和解吸滞后系数2个定量表征指标,并通过甲烷等温吸附、解吸实验进行了验证,在此基础上分析了解吸滞后对煤层气开发的影响。结果表明,基于残余吸附气量改造后的Langmuir吸附模型适用于高煤阶煤储层等温解吸数据的拟合;残余吸附气量和解吸滞后系数能够定量表征煤层气解吸滞后程度;煤样残余吸附气量和解吸滞后系数受储层物性特征影响,渗透率越低,孔隙半径越小,比表面积越大,残余吸附气量和解吸滞后系数越大。解吸滞后现象导致煤储层实际解吸压力降低,需要用等温解吸曲线来推算实际的解吸压力,且解吸滞后大大降低了煤层气的采出程度和解吸效率。     

煤层气抽采过程中煤储层参数动态响应物理模拟

针对在煤层气抽采工程现场难以对煤储层参数动态响应进行深入研究的问题,提出了基于物理相似模拟技术,采用真实煤样建立相似物理模型,试验研究煤层气抽采过程中煤储层参数动态响应特征的方法,并利用自主研制的煤层气抽采物理模拟试验系统,开展了三维应力状态下单一储层煤层气抽采物理模拟试验,初步获得了煤储层抽采流量、气体压力、流场及温度等参数的动态演化规律:抽采流量在抽采初期急剧增大,然后逐渐降低;距离钻孔越近气体压力下降越快;靠近钻孔处气体流速较大;抽采初期,煤储层温度变化量小,抽采后期,随着吸附气体的解吸,温度变化量逐渐增大。研究结果可为数值模拟和煤层气抽采工程设计提供基础参数和理论依据。     

煤层气井产气机理及排采控压控粉研究

煤层气吸附/解吸特征、渗流机理和排采控制是煤层气井生产的重要因素。为此,进行了煤层气吸附解吸实验和渗流特征实验,结果表明:煤层气吸附/解吸是可逆的,存在"解吸滞后现象";煤层气渗流呈现二级渗流特征,即煤的基质孔隙内流体的渗流呈非达西渗流和天然裂隙及大孔隙内流体的渗流呈达西渗流;煤层气排采过程中,随着排水降压,规模开发可导致"气水分异",局部高点气产量高、水产量低,相对低点产水量高、产气量低。同时,煤层气井排采过快、洗井修井、停抽关井、液面低于煤层顶面等易造成污染,致使气水产量锐减,其伤害机理主要是煤粉堵塞伤害、应力敏感伤害和气锁/水锁伤害。基于伤害特点及伤害机理,结合多年的排采经验,确立了以定压排采、控制合理工作压差和控制煤粉适度产出等排采工作制度。     

煤的孔隙分布对其吸附解吸特征的影响

为了研究煤的孔隙分布规律对其吸附解吸特征的影响,对干燥煤样进行了压汞实验和等温吸附解吸实验。结果表明,煤的吸附解吸过程具有不可逆性和解吸过程的滞后性,滞后的主要原因是实验煤样孔径为100 nm以下的孔隙比较发育,容易形成毛细凝聚;煤样中孔隙的比表面积主要被过渡孔和微孔所占据,微孔的比表面积占总表面积比例分别为68.82%和72.96%,这决定了煤的吸附能力。