本文關(guān)鍵詞：注二氧化碳驅(qū)替甲烷實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬分析

  更多相關(guān)文章： 甲烷 二氧化碳 注氣壓力 滲透率 驅(qū)替

【摘要】：二氧化碳是造成溫室效應(yīng)的主要原因,甲烷是煤礦生產(chǎn)的主要危害,同時又是一種新型的潔凈能源。然而我國煤層滲透率普遍較低,不利于甲烷的抽排,注入二氧化碳驅(qū)替甲烷可以顯著提高采收率。因此,從環(huán)保、安全和能源的角度來講,注入二氧化碳驅(qū)替煤層甲烷的開展具有重要意義。本文以煤體孔裂隙結(jié)構(gòu)特征、煤中甲烷的賦存狀態(tài)和氣體運(yùn)移機(jī)理為基礎(chǔ),開展了二氧化碳驅(qū)替甲烷實(shí)驗(yàn)與模擬分析,獲得了不同注氣壓力和不同滲透率條件下驅(qū)替過程動態(tài)變化規(guī)律。利用實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的一套可模擬地應(yīng)力條件的注氣驅(qū)替實(shí)驗(yàn)平臺,首先對制備的型煤試件開展了甲烷、二氧化碳?xì)怏w的滲透率測試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:氣體的滲透率大小同時受到垂直應(yīng)力和注氣壓力的影響;煤體滲透率隨加載垂直應(yīng)力增大而降低;注氣壓力較低時滲透率隨壓力上升而減小,當(dāng)注氣壓力較大時滲透率隨壓力上升而增大;兩種氣體在煤中的滲透率變化規(guī)律基本一致,只是在滲透率大小上存在差異,二氧化碳滲透率高于甲烷。在研究了型煤滲透率的基礎(chǔ)上,開展了一定滲透率條件下不同注氣壓力(1.0、1.2、1.5MPa)時二氧化碳驅(qū)替甲烷實(shí)驗(yàn),不同注氣壓力下的驅(qū)替實(shí)驗(yàn)置換效率均在95%以上;通過出氣口各組分濃度的變化趨勢可知,兩種氣體的濃度為互相消長的關(guān)系;注入0.433~0.616個置換體積時二氧化碳突破出氣口,二氧化碳突破出氣口后,其濃度緩慢上升而不是迅速變?yōu)榻咏?00%的水平;隨著注氣壓力的增加,突破所需時間逐漸減少,驅(qū)替完成所需時間也明顯縮短,提高注氣壓力能夠有效提高驅(qū)替的效率。基于Darcy滲流理論、Fick擴(kuò)散理論、擴(kuò)展Langmuir吸附理論以及氣體狀態(tài)方程,構(gòu)建了氣體連續(xù)運(yùn)動耦合方程,利用Comsol Multiphysics有限元數(shù)值模擬軟件進(jìn)行了不同注氣壓力和不同滲透率條件下的注二氧化碳驅(qū)替甲烷數(shù)值模擬。數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨勢吻合,驅(qū)替效果良好,注氣壓力由1.0 MPa增加到1.5 MPa,二氧化碳突破出氣口時間從470min縮短至230min,驅(qū)替完成時間從550min縮短至280min;滲透率由0.14×10-15m2降低到0.054×10-15m2時,對應(yīng)驅(qū)替時間從420min增長到840min。注氣壓力和滲透率顯著影響驅(qū)替效率,注氣壓力提高導(dǎo)致二氧化碳突破出氣口和置換完成的時間縮短;滲透率越低置換所需時間越長,驅(qū)替進(jìn)展越緩慢。
【關(guān)鍵詞】：甲烷 二氧化碳 注氣壓力 滲透率 驅(qū)替
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD712
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 變量注釋表16-17
• 1 緒論17-25
• 1.1 引言17
• 1.2 研究目的與意義17-19
• 1.3 研究現(xiàn)狀19-23
• 1.4 主要研究內(nèi)容與技術(shù)路線23-25
• 2 甲烷賦存狀態(tài)及氣體運(yùn)移機(jī)理25-34
• 2.1 煤與甲烷的形成25-26
• 2.2 煤的孔隙結(jié)構(gòu)特征26-27
• 2.3 煤中甲烷賦存狀態(tài)27-29
• 2.4 煤中氣體運(yùn)移機(jī)理29-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 3 甲烷和二氧化碳滲透實(shí)驗(yàn)34-45
• 3.1 滲透率與應(yīng)力和孔隙壓力的關(guān)系34-35
• 3.2 氣體滲透實(shí)驗(yàn)35-39
• 3.3 滲透實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析39-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 4 注二氧化碳驅(qū)替甲烷實(shí)驗(yàn)分析45-61
• 4.1 注二氧化碳驅(qū)替甲烷機(jī)理46-47
• 4.2 力學(xué)模型建立47-48
• 4.3 實(shí)驗(yàn)操作程序和實(shí)驗(yàn)方案48-49
• 4.4 驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析49-59
• 4.5 本章小結(jié)59-61
• 5 注二氧化碳驅(qū)替甲烷數(shù)值模擬分析61-80
• 5.1 構(gòu)建數(shù)學(xué)模型61-66
• 5.2 注二氧化碳驅(qū)替甲烷數(shù)值模擬66-78
• 5.3 本章小結(jié)78-80
• 6 結(jié)論及展望80-82
• 6.1 主要結(jié)論80-81
• 6.2 研究展望81-82
• 參考文獻(xiàn)82-89
• 作者簡歷89-91
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集91

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李傳亮;;地面滲透率與地下滲透率的關(guān)系[J];新疆石油地質(zhì);2008年05期

2 李志強(qiáng);鮮學(xué)福;;煤體滲透率隨溫度和應(yīng)力變化的實(shí)驗(yàn)研究[J];遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2009年S1期

3 李宏艷;齊慶新;梁冰;彭永偉;鄧志剛;李春睿;;煤巖滲透率演化規(guī)律及多尺度效應(yīng)分析[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報;2010年06期

4 馬強(qiáng);;Uniaxial-strain條件下滲透率變化實(shí)驗(yàn)研究[J];遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年06期

5 劉浩;蔡記華;肖長波;王濟(jì)君;陳宇;;熱處理提高煤巖滲透率的機(jī)理[J];石油鉆采工藝;2012年04期

6 郭紅強(qiáng);馮增朝;劉志祥;王彥琪;;煤體應(yīng)變對滲透率的影響分析[J];煤礦安全;2013年04期

7 謝國安;上流壓力對測定巖樣滲透率的影響[J];大慶石油地質(zhì)與開發(fā);1985年03期

8 陳佩珍,徐麗萍,何宗斌,劉傳海;滲透率逐點(diǎn)解釋深度序列模型及其釋解系統(tǒng)[J];測井技術(shù);1988年04期

9 Manmath N.Panda;關(guān)振良;謝叢姣;;用粒度分布參數(shù)計算單相滲透率[J];地質(zhì)科學(xué)譯叢;1995年03期

10 問曉勇;伊向藝;盧淵;管保山;梁莉;劉萍;;不同壓裂液對煤巖滲透率傷害實(shí)驗(yàn)評價初探[J];石油化工應(yīng)用;2011年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 魏斌;;利用流動單元計算高含水油田滲透率[A];2001年中國地球物理學(xué)會年刊——中國地球物理學(xué)會第十七屆年會論文集[C];2001年

2 高紅梅;蘭永偉;趙繼濤;于秀娟;馬強(qiáng);;溫度和應(yīng)力耦合條件下巖石滲透規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究[A];滲流力學(xué)與工程的創(chuàng)新與實(shí)踐——第十一屆全國滲流力學(xué)學(xué)術(shù)大會論文集[C];2011年

3 謝馥勵;馬俊;閻守國;王克協(xié);;利用井孔偶極彎曲波求取VTI孔隙介質(zhì)滲透率的研究[A];中國地球物理學(xué)會第二十三屆年會論文集[C];2007年

4 王克協(xié);馬俊;伍先運(yùn);張碧星;;利用偶極聲測井中彎曲模反演滲透率的方法研究[A];1997年中國地球物理學(xué)會第十三屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];1997年

5 汪洋;姜瑞忠;何偉;邢永超;;氣體在頁巖儲層中的滲流狀態(tài)及滲透率表征方法研究[A];第十三屆全國水動力學(xué)學(xué)術(shù)會議暨第二十六屆全國水動力學(xué)研討會論文集——B水動力學(xué)基礎(chǔ)[C];2014年

6 尹太舉;張昌民;;濮53塊在開發(fā)過程中的儲層動態(tài)變化[A];中國西部復(fù)雜油氣藏地質(zhì)與勘探技術(shù)研討會論文集[C];2006年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李樂;含隨機(jī)裂紋網(wǎng)絡(luò)孔隙材料的滲透性研究[D];清華大學(xué);2015年

2 王晉;煤體注CO_2置換CH_4滲透率變化規(guī)律及對采收率影響研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)(北京);2016年

3 郭慧;注CO_2后煤中礦物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)對滲透率變化的影響研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)(北京);2016年

4 陳亮;工作面前方煤體變形破壞和滲透率演化及其應(yīng)用研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)(北京);2016年

5 董抒華;纖維預(yù)制件滲透率的預(yù)測及其浸潤過程有限元模擬[D];山東大學(xué);2014年

6 鄭貴強(qiáng);不同煤階煤的吸附、擴(kuò)散及滲流特征實(shí)驗(yàn)和模擬研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)(北京);2012年

7 潘榮錕;載荷煤體滲透率演化特性及在卸壓瓦斯抽采中的應(yīng)用[D];中國礦業(yè)大學(xué);2014年

8 馬強(qiáng);煤層氣儲層滲透率變化規(guī)律理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)（北京）;2011年

9 王會杰;深部裂隙煤巖滲流性質(zhì)的試驗(yàn)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)（北京）;2013年

10 王啟立;石墨多孔介質(zhì)成孔逾滲機(jī)理及滲透率研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2011年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王強(qiáng);煤層中一氧化碳的滲透規(guī)律研究[D];河北聯(lián)合大學(xué);2014年

2 于躍;注漿加固煤體力學(xué)性質(zhì)與滲透率試驗(yàn)研究[D];黑龍江科技大學(xué);2015年

3 貝雷;復(fù)合肥體系氮磷鉀養(yǎng)分透膜性質(zhì)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2015年

4 鐘張起;低滲透油藏CO_2驅(qū)油規(guī)律及技術(shù)經(jīng)濟(jì)界限研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)(北京);2012年

5 柳朝陽;杏子川油田杏2005井區(qū)注水優(yōu)化研究[D];西安石油大學(xué);2015年

6 鄧博知;流固耦合下溫度對原煤滲透特性影響的試驗(yàn)研究[D];重慶大學(xué);2015年

7 黃巍;電能質(zhì)量約束下主動配電網(wǎng)光伏最大滲透率研究[D];北京交通大學(xué);2016年

8 吳玉杰;杏北開發(fā)區(qū)薩葡高油層儲層參數(shù)變化規(guī)律研究[D];東北石油大學(xué);2016年

9 儲小送;淮北地區(qū)構(gòu)造煤三維滲流裂隙系統(tǒng)表征及滲透率預(yù)測[D];中國礦業(yè)大學(xué);2016年

10 王永康;注二氧化碳驅(qū)替甲烷實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬分析[D];中國礦業(yè)大學(xué);2016年

，

本文編號：1076717