二氧化碳驅(qū)替頁巖氣的機理研究.pdf

1、已有很多學(xué)者對頁巖的吸附、解吸及驅(qū)替進行研究并取得相應(yīng)成果，對未來頁巖氣開采具有巨大的實用價值。但以往有關(guān)頁巖的吸附、解吸及驅(qū)替試驗采用的樣品為顆粒狀，嚴(yán)重破壞了頁巖原始結(jié)構(gòu)，無法真實地反映實際儲層情況。為真實反映儲層條件下的頁巖吸附、解吸及驅(qū)替性能，本文試驗中采用直徑50mm，高100mm的大巖樣頁巖并對其施加一定的體積應(yīng)力，巖樣內(nèi)保持頁巖原始地質(zhì)結(jié)構(gòu)，與顆粒狀頁巖相比，能真實模擬儲層結(jié)構(gòu)條件。在國家自然科學(xué)基金面上項目（項目批準(zhǔn)號：

2、51374257)、教育部新世紀(jì)人才計劃項目（項目批準(zhǔn)號：NCET-09-0844)資助下，針對儲層條件下頁巖的吸附解吸性質(zhì)及驅(qū)替提高頁巖氣采收率的部分影響因素開展了研究，取得以下主要研究成果：
　　①本次試驗樣品為圓柱形頁巖巖芯，為塊狀，其內(nèi)部保持頁巖儲層原始結(jié)構(gòu)，試驗時對巖心施加一定的軸壓和圍壓，并采用水浴方式恒溫，以模擬相應(yīng)頁巖儲層環(huán)境，確保試驗?zāi)芨鼮檎鎸嵉胤从稠搸r儲層吸附、解吸、驅(qū)替性質(zhì)。
　?、诨诖罅渴覂?nèi)頁巖巖芯

3、吸附過程試驗，詳細(xì)分析了甲烷和二氧化碳在頁巖巖芯內(nèi)運移、吸附過程，認(rèn)為吸附過程為滲透、擴散、吸附、解吸的綜合過程；解釋了隨時間推移，吸附速率下降的原因，主要是吸附前期以滲透、吸附為主，后期以擴散、吸附為主，氣體在頁巖儲層內(nèi)滲透作用相對擴散作用要快很多；詳細(xì)分析了頁巖巖芯在吸附過程中吸附變化曲線出現(xiàn)“階梯狀”、“負(fù)吸附”現(xiàn)象，認(rèn)為出現(xiàn)上述現(xiàn)象是由于吸附量增大導(dǎo)致巖芯內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的結(jié)果。
　?、弁ㄟ^對不同溫度、不同頁巖巖芯對甲

4、烷的等溫吸附曲線對比，發(fā)現(xiàn)這些曲線變化趨勢相同，吸附量隨壓力升高而增大，且在相應(yīng)壓力點出現(xiàn)吸附量急劇上升的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象出現(xiàn)的壓力點隨溫度升高而增大；通過對頁巖巖芯吸附、解吸曲線對比分析，發(fā)現(xiàn)巖芯解吸曲線滯后于吸附曲線，并從甲烷在頁巖儲層內(nèi)賦存形式、吸附形式和分子能量三個方面對這一現(xiàn)象進行了詳細(xì)分析。
　　④通過對同一頁巖巖芯樣品不同溫度下等溫吸附曲線對比分析，探討溫度對吸附的影響，發(fā)現(xiàn)溫度與吸附量相關(guān)性較差，并對此現(xiàn)象進行詳細(xì)分

5、析，認(rèn)為巖芯在吸附膨脹、解吸收縮循環(huán)作用及體積應(yīng)力共同作用下，頁巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化導(dǎo)致吸附量變化，表明保留頁巖原始結(jié)構(gòu)的巖芯的吸附性能受多種因素的影響，與顆粒狀相比，吸附性質(zhì)更具不穩(wěn)定性。
　　⑤通過對不同頁巖巖芯樣品在相同溫度下的等溫吸附曲線的對比分析，探討頁巖儲層各向異性對吸附的影響，發(fā)現(xiàn)不同樣品的吸附量不同；對同一樣品進行不同氣體（CH4、CO2）吸附試驗對比分析，發(fā)現(xiàn)吸附相同時間，CO2的吸附量大于CH4，且CH4的吸附平

6、衡時壓力大于CO2，由此判斷頁巖巖芯對CO2的吸附性大于CH4。
　?、迣⒈敬雾搸r巖芯吸附試驗結(jié)果與相同試驗溫度下煤顆粒、頁巖顆粒及頁巖小試件吸附結(jié)果進行對比分析，并從巖石結(jié)構(gòu)方面詳細(xì)分析了吸附量差異及吸附曲線形態(tài)不同的原因，表明頁巖試驗樣品尺寸對其吸附能力影響較大，認(rèn)為隨試件尺寸增大，頁巖儲層不均勻性越明顯，越能真實模擬儲層條件。
　?、卟捎肔angmuir模型、Freundlich經(jīng)驗公式、BET模型、微孔填充D-R模型

7、、Langmuir-Freundlich模型和最優(yōu)化體積填充D-A模型對本次吸附解吸試驗數(shù)據(jù)進行擬合分析對比，探討頁巖巖芯對甲烷的吸附機理，擬合結(jié)果表明：Freundlich經(jīng)驗公式相關(guān)系數(shù)平均值為0.95635；D-R模型相關(guān)系數(shù)平均值為0.96559；D-A模型相關(guān)系數(shù)平均值為0.97963，以上三種模型擬合效果較好，其中Freundlich經(jīng)驗公式中參數(shù)物理意義不明確，不能表征吸附機理，由此認(rèn)為甲烷在頁巖巖芯內(nèi)的吸附機理主要為微孔