納米孔隙廣泛分布在非常規(guī)致密儲層巖石中,準(zhǔn)確認(rèn)知和定量描述致密儲層巖石納米孔隙中CH₄的吸附、解吸能力、CO₂/CH₄置換機(jī)制以及運(yùn)移能力對于實(shí)施非常規(guī)致密儲層CO₂壓裂改造技術(shù)至關(guān)重要。然而,非常規(guī)致密儲層埋深大、地質(zhì)條件復(fù)雜,特別是,巖石納米尺度孔隙中CH₄的吸附、解吸、CO₂/CH₄置換以及運(yùn)移是一個隱蔽的、納觀尺度上的動態(tài)變化過程,無論現(xiàn)場原位測試還是實(shí)驗(yàn)室模型實(shí)驗(yàn),現(xiàn)有的技術(shù)方法與裝備均難以進(jìn)行準(zhǔn)確探測與定量表征。數(shù)值模擬成為一種突破探測技術(shù)瓶頸、認(rèn)識和定量描述納米孔隙中CO₂/CH₄置換和運(yùn)移動態(tài)過程及機(jī)制的有效手段。但由于對復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)中CH₄的吸附、解吸、CO₂/CH₄置換和運(yùn)移的物理機(jī)理缺乏足夠的認(rèn)識以及模擬計(jì)算方法的局限性,該問題尚沒有一個令人滿意的結(jié)果。針對上述問題,本文以頁巖有機(jī)質(zhì)中廣泛分布的納米孔隙結(jié)... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：154 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

四川地區(qū)頁巖氣田分布

1）首先是隨著壓裂的展開，孔道向各個方向發(fā)展，頁巖的滲透率提高，孔壓力降低，吸附在頁巖基質(zhì)中的頁巖氣逐漸解吸。（2）其次是解吸的頁巖氣微孔向外擴(kuò)散，在孔道中逐漸聚集，由于頁巖氣開采的壓力較高，在微孔中巖氣主要以超臨界狀態(tài)存在。（3）隨著流體在微孔中聚集并向裂隙運(yùn)移，最過裂隙達(dá)到水平井和豎井[21]，整個過程類似于煤層氣開發(fā)如圖 1-2 所示。解吸氣體穿過基質(zhì)和微孔，擴(kuò)散到納米孔隙中，在納米孔隙中發(fā)生流動進(jìn)觀裂隙中，在宏觀尺度的裂隙中流體主要以達(dá)西流的方式流動。基質(zhì)與孔隙的濃度差和分子熱運(yùn)動引起氣體向外擴(kuò)散，然后在壓力梯度推動下在納米孔宏觀尺度的裂隙中流動[22]。這些運(yùn)移過程相互關(guān)聯(lián)，納米孔道和裂隙中的流起孔道的壓力降低，并且在孔道中引起孔道內(nèi)外產(chǎn)生濃度差，促進(jìn)基質(zhì)中的向外擴(kuò)散，造成氣體不斷的解吸[23]。不同的是，頁巖基質(zhì)由孔隙壓力引起的變形較小，而對于煤層氣來說，儲層中的氣體解吸會引起基質(zhì)收縮，增大基隙度，進(jìn)而提高煤層的滲透率，有利于煤層氣的開采[23]。擴(kuò)散過程是解吸和過程的紐帶，暢通的流動加速擴(kuò)散的進(jìn)行，而甲烷的快速擴(kuò)散促進(jìn)解吸的發(fā)]。

五類如圖 1-3 所示。圖中，這些等溫吸脫附線并不是可逆的，而是在解吸過程中存在一定的滯后現(xiàn)象，與吸附線形成一個回環(huán)，不同的滯回環(huán)對應(yīng)著不同形狀的孔隙結(jié)構(gòu)，A 類主要?dú)w屬于兩端開口的通孔，B 類主要為平行板孔，C 類和 D 類主要是指錐形或者楔形孔，E 類主要為墨水瓶孔[45]。間接法根據(jù)不同的測試原理，測試方法所試用的范圍也有所不同。高壓壓汞測試孔徑范圍主要為大孔[49]（孔徑大于 50nm）和介孔（孔徑介于 2nm 到 50nm之間），但是由于測試的壓力較高，隨著壓力的增加可能造成孔徑較小孔隙（~3nm）孔壁破裂。低壓 N2/CO2吸附吸附實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行y定孔徑低于 2 nm 的孔隙，但是低壓氣體吸附對于孔徑大于 300nm 的孔隙并不適用[50]。高壓 CH4/CO2吸附實(shí)驗(yàn)方法主要分為容量法和重量法，容量法主要是應(yīng)用在煤吸附實(shí)驗(yàn)研究中，其原理是以波意耳定律來求取初始壓力和平衡壓力之差下樣品的吸附量[51]。重量法能直接測試頁巖樣品高溫高壓條件下的過剩吸附量，并且通過模型的擬合獲得吸附相的密度和計(jì)算出絕對吸附量，完成吸附等溫線的測定。高壓吸附實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛑苯訙y定頁巖樣品在地層壓力和溫度下的飽和吸附量，這是評價(jià)頁巖氣儲藏能力最有效的手段[52]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]頁巖孔隙氣體運(yùn)移規(guī)律實(shí)驗(yàn)及理論研究[D]. 王金杰.中國石油大學(xué)(華東) 2016
[3]基于LBM的兩組分混合氣體微流動的數(shù)值研究[D]. 徐自勉.華中科技大學(xué) 2014
[4]速度滑移及其對微納尺度流動影響的分子動力學(xué)研究[D]. 曹炳陽.清華大學(xué) 2005

碩士論文
[1]基于ReaxFF力場的二羥甲基脲縮聚物反應(yīng)分子動力學(xué)模擬研究[D]. 張夢赟.中北大學(xué) 2015
[2]受限在納米尺度下甲烷水合物的動力學(xué)性質(zhì)的研究[D]. 馮梅.浙江師范大學(xué) 2014
[3]頁巖氣在微納孔隙介質(zhì)中滲流的直接模擬蒙特卡羅方法研究[D]. 董岳.中國石油大學(xué)（華東） 2013
[4]油頁巖礦物質(zhì)分解特性研究[D]. 孫斌.東北電力大學(xué) 2013
[5]微尺度氣體流動的格子Boltzmann模擬[D]. 胡立冰.東北大學(xué) 2012
[6]Pd團(tuán)簇熔化的分子動力學(xué)模擬[D]. 馬杰.新疆大學(xué) 2007



本文編號：2931221