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1.
煤层处置CO2 的二元气- 固耦合数值模拟 总被引：2，自引：0，他引：2
利用不可开采煤层处置二氧化碳可以有效控制温室气体的排放量并可驱动和增加煤层气资源的开采量。二氧化碳注入煤层处置后引入一个复杂的CH4-CO2二元气体与煤体的气固耦合问题,耦合了二元气体竞争吸附、竞争扩散,气体渗流以及煤体变形过程。基于COMSOL Multiphysics建立了二元气固耦合的有限元数值模型,并应用数值模拟实验对二元气固耦合进行了机理分析。模拟结果表明,CO2注入煤层后不断驱替CH4,CH4组分明显减少;气体吸附引起的煤层膨胀量可以抵消部分有效应力引起的压缩变形,由于CH4-CO2二元气体较单一CH4引起的煤层吸附膨胀量大,二氧化碳注入煤层后可以缓解煤层的压缩变形;不同孔隙压力条件下,吸附膨胀与孔隙压力两者竞争作用引起的煤层净变形不同,而净变形也控制着煤层孔隙压力和渗流率的变化,煤层渗透整体呈现先降后升,模拟进行到4.66×107 s时煤层渗透率发生反弹。 相似文献
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二氧化碳注入煤层多用途研究 总被引：1，自引：0，他引：1
为了减轻环境污染,提高煤层气产率,增加能源储备,根据煤层气地质学和生物气的基本理论,提出二氧化碳(CO2)注入煤层多种用途这一新观点。研究结果显示:煤对CO2具有很强的吸附能力,可将煤层作为CO2的储集层;煤具有优先吸附CO2而滞后吸附甲烷(CH4)的特性,向煤层注入CO2可大大提高煤层气的采收率;产甲烷菌具有利用CO2生成CH4的能力,新生成的CH4成为能源储备的有益补充。可见,CO2注入煤层不仅可有效减少温室气体的排放,强化煤层甲烷产出,而且为新能源生物CH4的生成提供了基质。 相似文献
3.
注CO2提高煤层气采收率的模拟实验研究 总被引：1，自引：1，他引：0
根据煤储层的吸附/解吸机理,模拟煤层气井"排采-注气-排采"的生产过程,进行CH4、CO2的单相气体吸附/解吸和CO2注入置换煤层CH4的实验,得到了CH4和CO2二元气体相组分变化数据和CH4和CO2混合气体的相分离图解.结果表明,在CH4和CO2二元气体的竞争吸附中,CO2组分的吸附速率是先快后慢,而CH4组分的吸附速率先慢后快,解吸时则相反.反映了CO2组分在与CH4组分的竞争吸附中占据优势,优先被吸附;同时发现注入气体数量越大,注入气体中CO2组分浓度越高,单位压降下的CH4解吸率和CO2吸附率越高.实验结论对工业规模的煤层气开发试验具有一定的指导意义. 相似文献
4.
吸附势理论在煤层气吸附/解吸中的应用 总被引：4，自引：0，他引：4
煤层气的吸附/解吸将导致煤层甲烷碳同位素以及煤层气多组分分馏,使得煤层气富集区预测成为可能;并为揭示注入CO2增强CH4产出提供依据。本文根据Polanyi吸附势理论和实测及收集的等温吸附试验数据,探讨煤层甲烷碳同位素和多组分气体的分馏。通过研究,得到如下两个结论：①13CH4在煤表面的吸附势普遍高于12CH4,也就是说13CH4与12CH4相比具有优先吸附、滞后解吸的特点。这种差异具有随压力增加而增加的特点。②煤层气吸附/解吸过程中CH4和CO2的分馏可归纳为以下3种情形： a. CO2和CH4的吸附/解吸等温线不相交,CO2的吸附势大于等于CH4,在CO2和CH4吸附势接近的中压阶段(1~2.5 MPa)不利于注CO2驱CH4,高压、低压阶段均有利; b. 因CH4的吸附/解吸等温线相交造成CH4和CO2的吸附特性曲线相交,在高压条件(>2.5 MPa)下利于注CO2驱CH4; c. 因CO2的吸附/解吸等温线相交造成CH4和CO2的吸附特性曲线相交,在高压条件(>2.5 MPa)下利于注CO2驱CH4。吸附势理论的引入为定量评价注入二氧化碳驱甲烷工艺参数和有利储层的选择提供了方法,并揭示了在高压条件(>2.5 MPa)下总是有利于向煤层注入CO2强化CH4产出。 相似文献
5.
CO2驱煤层气中煤层膨胀对套管稳定性的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
随着中国经济的快速发展,能源供需矛盾日益突出,由于过度依赖化石能源,大量排放CO2,致使面临的环境压力越来越大。CO2驱煤层气(CO2 enhanced coal-bed methane)技术可同时增产煤层气和大规模减排CO2,在我国具有良好应用前景,但应用该技术在注采生产过程中因煤层吸附CO2产生的膨胀效应对套管稳定性的影响尚未引起重视。通过建立考虑CO2煤岩吸附膨胀效应的套管-充填材料-煤岩平面应变模型计算的套管应力和变形理论解与ABAQUS数值模拟结果具有良好的一致性,并分析了CO2吸附膨胀条件下套管应力的影响因素。分析结果表明,膨胀对套管应力和变形具有显著影响。在给定CO2吸附浓度和套管内径条件下,套管和充填材料的壁厚、充填材料和煤岩的力学参数是影响套管应力的主要因素,可通过增加套管或（和）充填材料壁厚以及改变充填材料力学参数来降低套管应力。开发超低弹模和较大泊松比的充填材料是降低套管应力的有效途径。 相似文献
6.
注入CO2提高煤层气产能的可行性研究 总被引：15，自引：0，他引：15
根据煤储层吸附一解吸机理,首次采用“解吸一注气一解吸”的实验方法,分别进行CH4,CO2的吸附一解吸和CO2注入置换煤层CH4实验,模拟了煤层气井“排采一注气一排采”的增产途径和效果。结果表明：在CH4和CO2二元体系的竞争吸附中,CO2组分的吸附速率是先快后慢,而CH4组分的吸附速率先慢后快,解吸时则相反,反映出CO2在竞争吸附中占据优势;注入CO2气体的数量越大和相对浓度越高,单位压降CH4解吸率和CO2吸附率就越高。实验结论对工业规模的煤层气开发试验具有指导意义。 相似文献
7.
研究了河北开滦矿区不同变质程度的煤对不同配比CH4/CO2二元气体等温解吸特性,并用扩展Langmuir方程的推论计算了CH4/CO2二元气体各组分在吸附相中的浓度,分析了其变化特征。结果表明:在开滦矿区煤对CH4/CO2二元气体解吸过程中,中等变质程度煤(Ro=1.21%)对混合气体的吸附能力大于低变质程度煤(Ro=0.58%),且混合气体中CO2浓度越大,总吸附量越多。吸附相中CH4的相对浓度是逐渐降低的,CO2的相对浓度是逐渐升高的。开滦矿区中等变质程度煤相对于低变质程度煤,用CO2气体置换煤层中CH4,可以获得较高的单位压降CH4解吸率,注入CO2的量越多、相对浓度越高,其置换效果就越好,更适于往煤层注入CO2提高煤层气产量技术的实施。 相似文献
8.
地下储存是降低大气中CO2含量以缓解温室效应的有效措施之一。在我国,深部不可开采煤层处置CO2显示出巨大的潜力。选择了徐州马庄煤矿的气煤做煤样,并对其进行等温吸附实验。结果表明,在相同条件(压力、温度、煤阶等)下煤对CO2的吸附量明显高于对CH4的吸附量,两者比值在2.68~3.26;吸附过程中,随着压力的升高,CO2/CH4的吸附量比值逐渐降低;CO2在含煤水中的离子反应所达到平衡的时间约为120 d。从而认为,徐州地区煤层在深度和位置适宜的情况下可以作为CO2地质处置的有利场所。 相似文献
9.
《岩土力学》2019,(11):4289-4298
为了探究采掘扰动和温度变化对工作面前方煤体渗透率的影响,将引起煤体裂隙变形的因素划分为有效应力、吸附解吸和热膨胀3部分。基于损伤力学、吸附理论和热应力理论推导出了采掘扰动与温度耦合作用下煤体裂隙应变表达式,进而构建了采掘扰动与温度耦合影响下工作面前方煤体渗透率模型。结合改变温度、同时改变扰动应力和温度的两种渗透率试验结果对所建立的模型适用性进行了拟合分析,并对模型中的参数敏感性进行了讨论。结果表明:所构建的煤体渗透率模型可以较好地描述采掘扰动与温度耦合影响下煤体渗透率的演化过程;在同一温度下,煤体渗透率随着内膨胀应变系数的增大而增大,随着热内膨胀应变系数的增大而减小。研究结果可为煤炭开采及瓦斯抽采的工作提供指导。 相似文献
10.
为了深入探讨煤体吸附瓦斯发生膨胀变形效应的力学行为,基于煤-气吸附界面的表面自由能变化等于煤体弹性能的变化基本假设,从理论上推导了煤体吸附膨胀模型中吸附膨胀变形表达式和吸附膨胀应力表达式,模型中各参数的物理意义明确。通过已有的试验数据分别从低气体压、中气体压和高气体压3个角度对吸附变形模型的适用性和正确性进行了验证。模拟结果表明,模型预测数据与已有的试验数据吻合度较高,能够很好地描述不同气体在不同压力条件下的煤体吸附膨胀差异性,拟合精度均较高;在综合考虑吸附膨胀应力和气体压力对煤体吸附膨胀变形影响前提下,忽略吸附气体体积Va对煤体吸附膨胀变形的影响。 相似文献
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不同煤级煤及其萃余物吸附性能的研究 总被引：7，自引：0，他引：7
采用不同溶剂对褐煤、焦煤、低级无烟煤(Ro,max2.62%)以及中级无烟煤(Ro,max3.74%)等四个煤级煤样进行分级超声萃取,然后对原煤和萃余物进行平衡水预湿的方法,进行了等温吸附实验,并结合孔隙结构测试和水分含量变化,分析了溶剂萃取后萃余物的吸附性能变化及其影响因素。研究发现:(1)平衡水条件下,原煤对甲烷的吸附能力要大于萃余物,萃取后,尽管煤的组成和孔隙结构发生了变化,但并不能改变不同煤级煤吸附甲烷的能力的对比关系;(2)原煤和各级萃余物都发生了到某一压力后,吸附量随着压力增加而下降的现象,褐煤及其萃余物甚至出现负值,这可能是由超临界状态下吸附相的体积忽视后带来的效应和煤基质在压力、水分作用发生膨胀以及随着压力增加,水分在吸附孔隙中占据吸附点位的增多,造成甲烷有效吸附点位的减少等综合作用的结果。研究认为,在讨论影响不同煤化作用的煤吸附能力的因素时,应该首先考虑到煤级对吸附能力的影响;对煤化程度相近的煤,其他因素如孔隙结构和水分的变化对吸附的影响才显现,但对不同煤级煤吸附性的主要影响因素也不尽相同。在煤层气吸附研究中,吸附量下降现象应该是一个共性,其机理的解释和寻求正确的吸附相体积校正,以及一定压力下,煤基质在水分作用下发生膨胀对吸附性的影响的规律描述,都是亟待解决的重要问题。 相似文献
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CO2的地质埋存与资源化利用进展 总被引：18，自引：0，他引：18
把CO2注入油气藏、煤层提高油气采收率的方法(CO2-EOR、CO2-EGR、CO2-ECBM),因其在提高石油、天然气和煤层气采收率的同时,又能使一部分CO2永久地埋存于地下,实现油气增产和CO2减排的双赢效果,而成为当今CO2减排最具潜力的现实选择.CO2-EOR(Enhanced Oil Recovery)方法适用于油田开发晚期,通过把CO2注入到比较稳定的油藏,一般可提高油藏采收率达10%～15%;另外把CO2注入到气田中,实施CO2-EGR(Enhanced Gas Recovery).一方面,接近枯竭的气田在没有地层水入侵之前具有巨大的埋存能力,为CO2提供巨大的埋存空间;另一方面注入CO2后,使地层重新增压保持储层中原始的压力,可以保持储层的完整性和安全性.同时,原有的油气圈闭可作为良好的埋存箱能有效地阻止CO2泄漏,使部分CO2能永久地埋存于地下.此外,也可以把CO2注入到煤层中,实施CO2-ECBM(Enhanced Coalbed Methane Recovery),利用煤层对CO2和煤层气(主要为甲烷)吸附能力的差异,实现CO2排替CH4,提高CH4的采收率. 相似文献
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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,这影响了煤岩孔裂隙的开度,降低了煤储层的渗透率,并最终降低CO2在煤储层中的可注性。 相似文献
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为了研究煤岩吸附特性受有效应力影响的机制,结合压汞试验所测定的孔隙率和孔径分布情况,利用自制的原煤等温吸附装置,分别在不同有效应力条件下对山西潞安煤样进行了CH4等温吸附试验。结果表明：①恒温条件下,随着有效应力的增加,煤对CH4吸附量呈下降趋势,气体压力越高时这种变化趋势越明显;②Langmuir方程吸附常数a与有效应力呈负相关关系、吸附常数b则呈正相关关系,分析认为这与原煤内部部分微孔隙封闭和化学势差变化有关;③根据试验数据拟合得出考虑有效应力影响的Langmuir方程形式,所得结果对于煤层气资源评价和开采具有较大的参考价值。 相似文献
16.
《矿物学报》2013,(Z1)
Shale gas, which is derived from organic matters in shale and stored in shale deposits, is an important unconventional gas resource and attracts attention due to its significant requirement in the hydrocarbon production. Methane (CH4) is the dominant component of shale gas, and adsorbed gas is an important reservoir form. Many studies have investigated the adsorption capacities and adsorption mechanisms of CH4 in shale. Organic matters and clay minerals have been proposed to be the two major components for CH4 adsorption. Adsorption of CH4 in organic matters, such as the adsorption capacity and effects of characteristics of the organic matters, has been well investigated. However, studies on CH4 adsorption on clay minerals have mainly focused on evaluating the adsorption capacity, and very little information about the adsorption mechanism has been provided. For example, the adsorption sites and factors influencing CH4 adsorption on clay minerals remain unclear. Three main reasons account for this: (1) the co-existence of organic matters in samples affects the evaluation of CH4 adsorption on clay minerals; (2) the pressures used during adsorption are not representative of actual reservoir pressures; and (3) the clay minerals selected have low swelling capacity and a smaller interlayer distances than a CH4 size, resulting in the misunderstanding of the CH4 adsorption sites. 相似文献
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在吸附性气体作用下,煤体将产生吸附应变,吸附应变通过使煤微观结构重新排列从而诱发煤损伤,并使其力学性质劣化。尽管大量试验证实了吸附性气体将会改变煤的力学特性,然而当前描述煤-气相互作用的力学模型并未将吸附诱发的损伤考虑其中,故也无法考虑气体吸附诱发煤强度劣化。基于此,建立一个考虑气体吸附损伤的双重孔隙介质力学模型,揭示气体吸附过程诱发的两个相互作用：一个是游离气体引起的常规弹性力学作用,一个是吸附气体诱发的内部膨胀应力,并在此基础上考虑两个力学作用所带来了煤的附加损伤。研究结果表明：气体吸附诱发煤基质产生细观损伤,以拉伸损伤为主,这使煤的力学性质劣化,表现为弹性模量和强度的降低。吸附能力越强的气体,诱发煤的微观结构改变越大,损伤越明显,甚至会诱发煤样呈现新的破坏形态。超临界CO2会诱发煤更大的损伤和强度劣化。 相似文献