煤基质膨胀收缩对储层渗透率影响的新数学模型

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煤层渗透率变化受多种因素制约,其中有效应力和煤吸附–解吸过程中煤基质的膨胀/收缩是两个主要因素。基于这两方面影响因素,采用体积不变原理和MATCHSTICK模型,提出新的预测渗透率变化的模型,有效回避了经典模型中使用不确定参数引起的渗透率模拟误差问题。研究结果表明,渗透率随煤层压力的变化存在3种理论模型,煤层气排采过程中,应尽可能使得渗透率变化曲线呈现下降缓慢、抬升稳定快速且增幅较大的趋势。最后,通过与经典的Palmer-Mansoori模型和Shi-Durucan模型的模拟对比,并利用现场实测数据进行验证,证明了本文推导模型的正确性和实用性。

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基质膨胀缩对储层渗透率影响的新数学模型

煤层渗透率变化受多种因素制约,其中有效应力和煤吸附–解吸过程中煤基质的膨胀/收缩是两个主要因素。基于这两方面影响因素,采用体积不变原理和MATCHSTICK模型,提出新的预测渗透率变化的模型,有效回避了经典模型中使用不确定参数引起的渗透率模拟误差问题。研究结果表明,渗透率随煤层压力的变化存在3种理论模型,煤层气排采过程中,应尽可能使得渗透率变化曲线呈现下降缓慢、抬升稳定快速且增幅较大的趋势。最后,通过与经典的Palmer-Mansoori模型和Shi-Durucan模型的模拟对比,并利用现场实测数据进行验证,证明了本文推导模型的正确性和实用性。

2020-05-23
323KB
基质甲烷扩散系数测试及其影响因素分析

为准确测试煤岩甲烷扩散系数,通过采用片状煤基质作为检测样品,测试并分析了不同气体压力、煤阶与水分对甲烷扩散系数的影响。结果表明:片状样品保持了煤基质特有的空间结构,煤基质甲烷扩散系数(数量级10-1110-9m2/s)更符合实际;当温度一定时,无论是干燥样品、饱和水样品,还是低、中、高煤阶样品,煤基质甲烷扩散系数均随气体压力的增加而增大;而不同变质程度煤的吸附能力不同,随着煤的变质程度增加,煤岩吸附能力增强,但是煤基质的扩散系数随着变质程度增加呈现先降低后增加的趋势;水分的增加降低了基质对甲烷的吸附能力,难以形成较大浓度梯度,导致饱和水样品煤岩基质甲烷扩散系数比干燥样品低,干燥样品扩散速率快。

2020-05-21
226KB
气水两相流阶段基质缩量预测方法

为了尽量避免实验室对煤中甲烷气体解吸时煤基质收缩量测试结果的局限性,综合考虑煤层气井排采时气、水两相流阶段煤储层中气、水产出时引起的煤基质压缩变形与解吸收缩,构建具有一定普适性的力学预测模型显得很有必要。基于有效应力、损伤等力学理论,结合煤储层孔隙结构特征,构建了有效应力压缩煤基质的压缩效应模型;根据吉布斯公式、Bangham理论和Langmuir方程,构建了气体解吸引起的煤基质收缩解吸效应模型;基于表面自由能和煤基质弹性能等能量理论、断裂力学理论,建立了压缩效应与解吸效应相互影响下煤基质收缩数理模型。以沁水盆地樊庄区块为实例对气、水两相流阶段的煤基质收缩量进行了计算。结果表明:对基质收缩量的

2020-05-11
385KB
CO2和CH4在基质表面竞争吸附的热力学分析

利用煤表面自由能变化值和等量吸附热评价了25、30、40℃条件下CO2在煤层中优先吸附性以及CO2与CH4竞争吸附机理。煤吸附CO2后的表面自由能变化值要普遍大于煤吸附CH4后的表面自由能变化值,揭示了单位面积煤基质表面对CO2吸附量要高于对CH4吸附量的热力学本质;通过变换CO2和CH4的等量吸附曲线,得到煤样对CO2和CH4的初始等量吸附热值Qst0分别为48.2 kJ/mol和33.4 kJ/mol,揭示了煤对CO2的吸附作用力要强于CH4,并且煤对CO2的等量吸附热随吸附量的增加呈现增加趋势,与吸附气体分子间的相互作用力相关,表明CO2在煤基质表面存在多分子层吸附。

2020-05-10
316KB
基质缩效应和有效应力对层渗透率影响的新数学模型

在煤层气开发过程中,由于受到煤基质收缩效应和有效应力作用的影响,煤层渗透率将随煤储层压力的下降而变化。基于Bangham固体变形理论和有效应力应变理论,建立了煤基质收缩效应和有效应力耦合作用影响下煤层渗透率的数学模型。分析结果表明,自煤层气开始生产起,随着煤储层压力的降低,煤层渗透率变化将可能出现3种情况。经过对已有的现场试验结果与模型结论的对比,证明了该模型与现场实际相符。

2020-05-04
236KB
基于压汞法的构造基质压缩特性及其对孔隙结构的影响

为研究不同变形程度构造煤的基质压缩特征,采用压汞法和气体(N2和CO2)吸附相结合的方法,计算了渭北煤田韩城矿区不同类型构造煤的基质压缩系数,探讨了基质压缩对构造煤孔隙结构的影响。结果表明,煤的基质压缩系数不一定随构造变形程度的增加而增大,是煤级、微孔含量和构造变形等因素的综合反映;基质压缩主要影响了压力大于20 MPa的压汞孔体积;由于压汞法和N2吸附方法的测试原理不同,基质压缩校正后压汞孔体积(6~100 nm)高于N2吸附孔体积;基质压缩对压汞孔体积的影响随构造变形程度的增强而变弱。

2020-05-03
1.92MB
吸附解吸甲烷细观结构变形试验研究

利用扫描电镜与CT扫描相结合的方法,通过对直径为8.5 mm的细观煤样进行不同压力下的吸附解吸甲烷试验,研究其内部细观结构的变形规律。研究表明,煤样是煤基质中含有少量黏土矿物质的天然非均质岩体;吸附解吸甲烷过程中,煤的细观结构变形分为膨胀变形(密度减小)与挤压变形(密度增大)。低吸附压力下,含黏土矿物质区域急剧膨胀,对邻近煤基质形成局部挤压,细观变形程度明显,压力升高后膨胀变形增强,挤压变形减弱;不含黏土矿物质的煤基质区域变形程度较低,近似于均匀变形。解吸后,煤不同区域的变形恢复能力与其非均匀程度有关,非均匀性越强,其变形恢复能力越差。

2020-05-06
709KB
不同种植年限香根草对矸石山基质中重金属分布的影响

为研究不同种植年限香根草对煤矸石山基质中重金属分布的影响,以贵州省六盘水大河煤矿为例,对2013年、2009年、2007年、2005年和2002年种植香根草的煤矸石山基质中的Cu,Zn,Cd,Pb,As共5种重金属含量进行测定。结果表明:随着香根草种植年限的增加,煤矸石基质中Cu,Zn,Cd,Pb,As五种重金属含量减小的趋势各不相同,Cu,Zn,Cd含量在煤矸石山剖面表现为0~10 cm>10~30 cm>30~50 cm,Pb和As含量表现为30~50 cm>10~30 cm>0~10 cm。Zn和As随着香根草种植年限的增加减小的趋势较为明显,Cu和Cd随着香根草种植年限增加呈现出先快后

2020-05-17
110KB
畜禽废弃物的基质化处理研究

畜禽废弃物的基质化处理研究,汪开英,张贇, 畜禽废弃物的基质化处理试验利用木屑为填充物,茶渣和药渣为调理剂,分别配合0、20%、30%、40%质量比的猪粪,进行有机基质的腐�

2020-01-01
827KB
基于COMET3软件的储层数值模拟方法

煤储层数值模拟技术是进行产能预测、地面开发前景评价和生产工艺优选等的重要手段。基于煤储层数值模拟软件的发展历史,阐述了运用第三代专用软件(COMET3)进行煤储层数值模拟的主要步骤,通过实例展示了煤储层排采历史拟合和煤层气井产能预测的效果。结果显示,COMET3软件考虑了三重孔隙结构、双扩散特性、煤基质收缩膨胀效应等煤储层特点,可在较大程度上反演和修正煤储层测试数据,有利于提高煤储层特性分析和煤层气井产能预测的客观性。

2020-05-06
467KB
体裂隙发育促进瓦斯解吸的分形研究

基于煤体裂隙分形演化特征,研究了煤体裂隙发育对瓦斯解吸的影响。将煤体简化为裂纹-基质块结构,分析了煤体裂隙长度与基质块尺寸关系,由裂隙发育的分形特征得到了煤基质块尺度演化规律及煤中瓦斯解吸速度变化规律。解吸速度在裂隙演化初期随分维数近似于线性增长,而在后期,大量微裂纹的产生使得煤基质块尺寸迅速减小,解吸速度随分维数增加迅速提高。根据现场实测煤体裂隙分维数在采动前后的变化,发现基质块尺寸会减小为原尺寸的1/5,瓦斯解吸速度变为原来的21.6倍,采动引起的裂隙发育会对瓦斯扩散运动产生较大影响。

2020-04-21
396KB
CO2注入对储层应力应变与渗透率影响的实验研究

以沁水盆地成庄矿煤样为研究对象,利用实验室自主研发的CO2注入与煤层气强化开采实验模拟装置进行不同有效应力和CO2吸附压力下的煤岩渗透率测试。实验结果表明,煤岩的裂隙压缩系数受到CO2吸附的影响,初始状态下、亚临界CO2吸附和超临界CO2吸附煤样裂隙压缩系数分别为0.066、0.086和0.089。引起裂隙压缩系数改变的原因主要有两方面:CO2和煤中矿物反应提高了煤基质的不连续性;CO2软化了煤基质同时降低了煤岩的力学性质。利用考虑吸附应变以及内部膨胀系数的渗透率模型对实测渗透率进行拟合,发现有效应力和内部膨胀系数成正比。CO2吸附压力和有效应力的增大均提高了煤岩的内部膨胀系数,这影响了煤岩孔

2020-04-17
1.9MB
沁水盆地南部中高阶高压甲烷吸附行为

煤层气吸附作用是发生在煤基质内表面的物理过程,而煤岩复杂孔裂隙网络为高压甲烷吸附提供了丰富的空间。开展沁水盆地南部高阶煤30℃高压甲烷等温吸附实验,结合煤岩煤质参数与孔隙特征参数,通过改进的D-R模型分析了煤岩性质、孔隙特征与吸附参数的相关性。煤岩性质对最大吸附能力和吸附热参数的影响是多因素叠加的综合效应,而最大吸附能力与微孔体积,吸附体积校正参数与大中孔比表面积呈较好的正相关性,表明甲烷分子在煤基质内表面会根据孔径尺度大小呈现不同的吸附方式。据此提出高压甲烷在煤基质微孔中呈紧密堆积状态而在大中孔中呈多层分子堆叠状态的新认识,为进一步研究煤层气吸附机理提供了新的思路。

2020-04-18
1.96MB
基于流-固-热耦合的深部层气抽采数值模拟

为了提高深部煤储层产气规律预测准确性、减小气井设计误差,分析了深部煤储层特征参数随埋深的变化规律,针对目前煤层气研究忽略了温度、地下水等因素问题,基于已建立的深部煤层气抽采流-固-热耦合模型,进行深部煤层气抽采数值模拟,分析不同地应力、初始渗透率、储层压力和温度等深部特征参数以及不同埋深条件下煤层气抽采的储层参数和产气演化规律。结果表明:渗透率变化为地应力增加、温度降低和煤层气解吸引起的煤基质收缩效应与储层压力降低引起的煤基质膨胀效应的综合竞争结果;随着煤层气和水被采出,储层温度降低和煤层气解吸占主导,储层渗透率升高;地应力对深部储层渗透率比例的变化起着主要作用,初始渗透率对产气速率起着控制作

2020-04-25
1.43MB
一键CF基质.zip

一键CF基质

2019-10-15
316KB
的溶剂萃取物成分及对吸附甲烷特性影响

煤中有机小分子相是煤的重要组成部分,为分析其对煤吸附甲烷的影响,在常压下(50℃),采用正己烷对张集和大柳塔煤样分别进行微波辅助萃取,得到萃取后煤样(残煤)和萃取物。采用GC/MS分析萃取物成分,并依此选取柴油作为正己烷萃取物的模型物,配置含柴油煤样(简称含油煤),开展了原煤、残煤和含油煤的甲烷等温吸附实验。研究结果表明:原煤和残煤吸附瓦斯在低压阶段差异不大,随着压力的增大,原煤吸附甲烷量逐渐高于残煤;含油煤则不同,压力较大时,同一压力段的瓦斯吸附增量高于原煤和残煤,低压时吸附甲烷量虽小于原煤和残煤,但随着压力的增大,最终吸附甲烷量略高于原煤。用Langmuir和Langmuir-Henry二

2020-04-23
200KB
瓦斯压力对两种样渗流特性影响的试验研究

针对不同瓦斯压力作用下煤岩渗透率的差异性,利用自行研制改造的含瓦斯煤热流固耦合三轴渗流实验装置,对构造煤及硬煤两种煤样进行了不同轴压围压条件下瓦斯压力对渗流特性的试验研究。结果表明,煤样渗透率随瓦斯压力变化出现明显的Klinkenberg效应,软煤样与硬煤样的渗透率变化均符合二次多项式函数。不同围压下,两种煤样渗透率随瓦斯压力变化差异性较大,且Klinkenberg效应拐点也不一致,其主要受煤样吸附常数影响。煤样渗透率出现先减小后增大趋势的主要原因为:Klinkenberg效应与围压及轴压作用下瓦斯吸附致使煤基质膨胀从而使煤样渗透率减小,后来孔隙压力增大导致渗透率增加。研究结果为提高煤层气抽采

2020-05-04
577KB
比德-三塘盆地储层不同尺度孔隙分形特征研究

为利用煤储层孔隙结构的分形维数来定量描述其复杂程度,基于压汞试验,对黔西比德-三塘盆地主采煤层10个煤样进行了分形特征研究,并阐明了分形维数与煤储层物性之间的关系。结果表明:煤储层的分形可分为煤基质颗粒间大孔隙分形、煤基质颗粒中过渡孔隙分形和煤基质颗粒中微、小孔隙分形;大孔和过渡孔分形维数较高,小孔和微孔分形维数较低,3种孔隙结构的复杂程度依次为过渡孔>大孔>小孔和微孔。不同尺度的孔隙分形维数与孔隙体积分数呈负相关关系;大孔和过渡孔的分形维数均随着煤的变质程度、镜质组含量、灰分的变化呈现高-低-高的变化规律,与惰质组含量呈现低-高-低的变化规律,与水分、退汞效率成正相关关系,与平均孔径、孔隙度

2020-04-26
243KB
不同体结构的瓦斯放散特征及其影响机理

为了探讨不同破坏程度煤的瓦斯初始放散的差异性及其控制机制,以潞安矿区王庄矿为例,对不同粒度的原生结构煤和构造煤的瓦斯放散初速度ΔP进行了测试,借助于孔隙性、接触角测试结果,探讨了粒度、表面张力对ΔP的影响机理。研究发现:构造的破坏作用对煤的吸附/解吸、扩散性具有较大的影响:吸附孔隙增多,煤基质的表面张力增大,吸附能力增强,不利于气体的解吸;大孔径段的开放孔数量增多,有利于气体的扩散;煤体破坏程度与ΔP的对应关系在某一粒度段(0.75~0.90 mm)呈现相反的对应关系;不同破坏程度的煤、粒度对瓦斯放散初速度的影响主要是通过孔、裂隙性的影响权重变化而作用的,即当煤屑粒径大于0.90 mm,裂隙系

2020-05-10
1.1MB
CO2地质埋藏深度对高阶孔隙结构的影响

高阶煤中的CO2地质埋藏具有存储CO2和提高煤层气采收率的双重意义。通过压汞测试和低温液氮吸附实验对经过CO2地质埋藏模拟实验处理前后的煤样品进行分析测试,探讨了不同埋藏深度下煤中孔隙演化的特征与机理。研究表明:煤的真密度、视密度、孔隙体积、煤基质体积变化、有机质膨胀与收缩等参数均表现出不同的演化特征;埋藏过程中温度压力的增大对H2O–CO2–煤的地球化学反应效应的影响并非线性,而是存在一个对孔隙特别是微孔孔容和比表面积改造最大的深度范围,该深度将使得高阶煤孔隙结构得到最佳的改造效果,从而进一步更有利CO2的地质埋藏和提高煤层气的采收率。

2020-04-18
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