超臨界二氧化碳提高煤層氣產(chǎn)氣率機(jī)理的實驗研究及應(yīng)用.pdf

1、我國多數(shù)煤礦屬于高瓦斯礦井，瓦斯作為煤礦五大災(zāi)害之首，對煤礦安全生產(chǎn)影響重大。目前煤礦瓦斯主要采用開采前抽采一部分，大量的瓦斯則在煤炭開采時，直接排向大氣，由于瓦斯的溫室效應(yīng)，對大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。另一方面，瓦斯也是可以利用的能源資源，俗稱煤層氣，其主要成分與天然氣相近，主要是由甲烷組成的?？茖W(xué)合理的開發(fā)煤層氣資源，能降低煤炭企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營成本，既可以保護(hù)環(huán)境，又可以節(jié)約資源。更重要的是，對煤層氣資源進(jìn)行有效利用能有效的改善我國現(xiàn)在

2、的能源結(jié)構(gòu)，解決因煤炭造成的環(huán)境問題和能源危機(jī)。
　　近些年，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種先進(jìn)的煤層氣開采方法，叫超臨界流體技術(shù)。而在開采煤層氣過程中，我們最常用的是超臨界二氧化碳，所謂超臨界二氧化碳，就是當(dāng)溫度高于臨界溫度31.1℃，壓強(qiáng)高于臨界壓強(qiáng)7.38MPa，此時的二氧化碳密度與液態(tài)二氧化碳密度相近，黏度卻與氣態(tài)二氧化碳相近，擴(kuò)散系數(shù)卻比液態(tài)二氧化碳大將近100倍的高密度流體。超臨界二氧化碳不僅有注氣增產(chǎn)的優(yōu)點，并且超臨界二氧化碳有

3、萃取能力，可以萃取出煤層中的部分有機(jī)物，可以增大煤層中裂隙的張度和氣體運(yùn)移通道的尺寸，從而增大煤層的滲透率，進(jìn)而提高煤層氣的采出率。為此，本文進(jìn)行了有關(guān)超臨界二氧化碳的一些基礎(chǔ)性實驗，研究了煤樣滲透率隨壓力和溫度的變化規(guī)律、煤樣吸附解吸瓦斯隨溫度的變化規(guī)律和超臨界二氧化碳驅(qū)替增氣機(jī)理，比較分析了超臨界二氧化碳驅(qū)替過程中溫度的作用和超臨界二氧化碳本身的作用，并且比較了驅(qū)替實驗前后試件細(xì)觀裂隙的變化情況。最后我們根據(jù)超臨界二氧化碳驅(qū)替瓦斯實

4、驗結(jié)果，研究分析了小規(guī)模超臨界二氧化碳驅(qū)替瓦斯的工業(yè)試驗的初步方案和預(yù)期效果。本文主要結(jié)論有：
　　(1)在進(jìn)行滲透率實驗時，在常溫、40℃、60℃和80℃條件下，保持孔隙壓力一定，隨著體積應(yīng)力的增大，煤樣滲透率呈遞減趨勢。在常溫條件下，保持煤樣的體積應(yīng)力不變，隨著孔隙壓力的增大，煤樣的滲透率先減小后增大，在40℃、60℃和80℃這三種溫度條件下，保持煤樣體積應(yīng)力不變，隨著孔隙壓力的增大，煤樣的滲透率一直在增大。當(dāng)體積應(yīng)力為24M

5、Pa時，煤樣滲透率最大值對應(yīng)的臨界溫度為60℃，當(dāng)體積應(yīng)力為30MPa時，煤樣滲透率最大值對應(yīng)的臨界溫度為40℃。
　　(2)在進(jìn)行吸附解吸實驗時，在常溫、40℃、60℃和80℃的溫度條件下，解吸率分別是34％、46.5%、54.1%和59.4%，說明了隨著溫度的升高，煤樣吸附瓦斯氣體的能力在下降，而解吸瓦斯氣體的能力在上升。溫度的升高，有利于煤樣對瓦斯氣體的解吸，不利于煤樣對瓦斯氣體的吸附。
　　(3)在進(jìn)行驅(qū)替實驗時，在

6、二氧化碳壓力為8MPa，溫度為常溫、40℃、60℃和80℃的條件下，驅(qū)替效率分別是58.3%、68.4%、75.6%、和81.7%。說明了超臨界二氧化碳確實可以大幅度提高煤層氣的采出率。并且通過對比驅(qū)替實驗前后煤樣橫截面的CT掃描圖像可知，由于超臨界二氧化碳的作用，煤樣裂隙明顯發(fā)育，增大了煤層中孔裂隙的張度和氣體擴(kuò)散和運(yùn)移通道的尺寸，并且裂隙貫穿煤樣的整個橫截面，形成網(wǎng)絡(luò)型裂隙結(jié)構(gòu)，煤樣滲透性較驅(qū)替實驗之前有很大提高。
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