一、注气提高煤层甲烷采收率机理及实验研究（论文文献综述）
刘洋[1]（2021）在《CO2驱替煤层CH4影响因素研究及现场应用分析》文中提出瓦斯事故是煤矿安全生产的主要威胁之一,瓦斯主要成分为CH4。CO2是造成全球温室效应的主要因素之一,利用CO2驱替煤层CH4,既可以增加CH4产量,也可以降低空气中CO2的含量,具有重要意义。本文以桑树坪煤样为主要研究对象,主要通过实验室实验、COMSOL模拟、现场工业性实验相结合的方式,分析研究CO2驱替CH4的影响因素及现场应用效果,主要研究成果如下:实验数据的基础上结合langmuir拟合方程,拟合出了不同温度条件下,CO2、CH4的等温吸附曲线,并得出了吸附常数a、b值,通过对比发现,当温度升高时,无论CO2还是CH4的a、b值都呈现下降趋势,说明温度越高煤体对CO2、CH4的吸附能力越差,通过对比CO2与CH4在同一温度下的a值,煤体对CO2的吸附能力远远大于CH4。利用自主搭建的实验平台,进行CO2驱替CH4物理相似模拟实验,开始阶段CH4浓度基本不变,未发现CO2气体;随着时间推移,CO2浓度迅速增长,CH4浓度下降;最终两种气体的浓度变化逐步放缓,趋于稳定,CH4浓度趋近于0。驱替实验过程中,随着注气压力的升高,CO2突破煤体的时间逐步缩短,实验结束时间也随之缩短,CH4的排出量和CO2的吸附量增大,驱替置换比降低。随着环境温度升高,CO2突破煤体时间延长,但是驱替完成时间无明显增长,CO2的吸附量和CH4的排出量下降,驱替置换比降低。通过对比不同注气温度的驱替结果,注气温度越高突破时间越短,实验结束越快。排出CH4量与吸附CO2量增加,驱替置换比降低。在物理相似模拟实验的基础上开展数值模拟研究,通过分析数值模拟结果,发现注气压力越高气体突破时间与浓度变化时间越短,煤体渗透率越低气体突破时间越长浓度变化越缓慢,且距离进气口越近突破时间与浓度变化时间越短。在桑树坪煤矿进行了现场实验,结果表明液态CO2的相变驱替可明显提高煤层CH4抽采效果,分析出随着驱替进行CO2压力下降,导致后期CH4抽采效果降低。
薛阳[2]（2021）在《应力作用下煤体注入混合气体置换驱替甲烷规律研究》文中研究说明我国是产煤大国,丰富的煤炭资源是我国社会经济发展的重要保障。但是,煤矿的开采在给工业、民用提供燃料的同时,也带来了许多矿井灾害,煤与瓦斯突出就是其中最为严重的灾害之一。煤与瓦斯突出发生的主要原因是因为煤层中含有大量瓦斯气体,近年来,国内外学者提出注气置换驱替煤层瓦斯的方法,既可以有效降低煤层瓦斯含量,减少煤与瓦斯突出灾害,又可以将煤层瓦斯抽采利用。由于煤炭性质及赋存环境的复杂性,注气置换驱替煤层瓦斯技术尚未成熟,实际工程应用较少,目前应用最广泛的两种气体是CO2和N2,两种气体置换驱替甲烷各有利弊,二者的混合气体或可综合利弊达到更好的效果,因此研究应力作用下煤体注入混合气体置换驱替甲烷规律及机理具有重要意义。本文通过自主研发的煤岩三轴加载渗流驱替试验仪进行相同围压（1.5 MPa）、不同轴压（6 MPa、9 MPa、12 MPa、15 MPa）条件下 19.7%N2、80.3%CO2混合气体竞争吸附试验,结果表明:煤体所受应力越大,其吸附气体能力越差,虽然在应力达到屈服点（15MPa）时,煤因体积扩容,比表面积增大使得吸附量略有提高,但远不及应力对其吸附能力的抑制作用;在CO2与N2的竞争吸附能力方面,在煤屈服前阶段,随应力增大N2相对于CO2竞争吸附能力变差,而到达屈服点时,N2竞争吸附能力提高,变为12 MPa时的1.16倍;此外,吸附平衡压力增高,N2相对于CO2的竞争吸附能力也随之提高。因此,在低应力及高注气压力条件下,混合气体置换驱替煤层甲烷效果最好。以纯 CO2、80%CO2+20%N2、60%CO2+40%N2、40%CO2+60%N2、20%CO2+80%N2、纯N2六种不同组分气体为试验气体,在轴压、围压均为1.5 MPa条件下,进行混合气体置换驱替甲烷试验,结果表明:试验气体中CO2组分越高,甲烷驱替率越高,N2组分越高,煤层渗透率越高。其中,N2组分与煤层渗透率基本符合一元二次方程规律。混合气体中CO2组分较高（>60%）时,其驱替甲烷能力与纯CO2较为接近,而N2组分浓度较高（>60%）时,对煤层渗透率改善效果更好,适用于我国低渗煤层瓦斯的抽采;根据试验数据拟合出的气体组分与甲烷驱替率及煤层渗透率方程,可用于计算获得具体组分混合气体对应的30min时的驱替率及渗透率,以此衡量其置换驱替甲烷效果。通过对前人研究的煤岩渗透率模型进行修正,推导得到了基于有效应力对煤吸附性能影响的煤岩渗透率模型;在试验结果的基础上,对应力作用下混合气体置换驱替甲烷机理进行了探讨分析,CO2、N2置换驱替煤层甲烷机理不同,CO2主要是靠较强的吸附性能竞争吸附置换出煤层甲烷,N2通过气体分压促进甲烷解吸及提高煤层渗透性,促进气体携带作用驱替出煤层甲烷。应力增大会抑制置换驱替效果,单纯的置换作用在吸附解吸达到动态平衡后,甲烷即使被置换出来也很难运移出煤层,因此注气抽采煤层甲烷中驱替、携带作用占主导地位。
谢红[3]（2021）在《CO2注入条件对高阶煤储层煤层气驱替效果影响研究》文中研究说明我国以沁水盆地为代表的高阶煤煤层气资源丰富,但高阶煤储层低渗透率特点导致传统排水降压方式原位开采煤层气的难度巨大,因此通过向煤储层中注入CO2提高煤层气采收率是推动盆地内煤层气勘探开发的关键,同时也可实现CO2煤层地质封存。本文以沁水盆地南部柿庄南区块及周缘地区为研究区,以区内煤层气勘探开发的主要目的煤层3#煤为研究对象,基于煤层气地质学、煤层气勘探开发、注CO2提高煤层气采收率（CO2-ECBM）等理论,采用相关基础理论分析、大通与沁城煤矿井下采样与基础性实验测试、柱状试样CO2驱煤层气实验模拟、储层地质建模与CO2-ECBM过程数值模拟等方法,研究了CO2注入方式、注入压力及其与储层压力关系、注入速率对高阶煤储层中CO2置换、驱替CH4过程的影响。论文研究主要取得了以下认识与成果:（1）大通矿3#煤样Ro,max为2.78%,挥发分为10.72%,属光亮型～半亮型贫煤。沁城矿3#煤样Ro,max为3.12%,挥发分为7.32%,属光亮型～半亮型无烟煤三号。大通、沁城矿3#煤样孔隙度均较低,分别为4.75%、3.53%,且以有利于气体渗流的中孔、大孔为主,<2nm的微孔不发育。大通矿煤样渗透率介于0.0052m D～0.2488m D,平均为0.0075m D,略高于沁城矿的平均渗透率0.0073m D,两者均属于低渗透率煤储层。受煤变质程度影响,沁城煤样CO2吸附兰氏体积、兰氏压力分别为64.10m3/t、1.75MPa,均高于大通煤样的52.63m3/t、1.70MPa。（2）当CO2注入压力随试样N2吸附平衡压力升高,且两者压差恒定在1.5MPa～1.6MPa时,大通DT-1、沁城QC-1与QC-2试样模拟实验过程中CO2总注入量、CO2存储量、CO2吸附率、N2产出量与驱出率均呈现升高趋势,表明具备以较高压力向深部煤储层中注入CO2来提高煤层气采收率的理论基础。从不同煤样的对比来看,低孔、低渗的沁城QC-1、QC-2试样实验过程中CO2总注入量、CO2存储量、CO2吸附率、N2产出量与驱出率均低于大通DT-1试样,表明高变质程度、低孔隙度、低渗透率高阶煤储层中不利于CO2对煤层气的置换、驱替。（3）当N2吸附平衡压力稳定在3.5MPa,CO2注入压力由4MPa逐步升高至7MPa时,大通DT-1、沁城QC-1与QC-2试样模拟实验过程中CO2总注入量、CO2存储量、CO2吸附率、N2产出量与驱出率均呈现升高趋势,表明注入压升高可显着提升CO2驱替、置换煤层气效果。从不同煤样的对比来看,低孔、低渗的沁城QC-1、QC-2试样实验过程中尽管CO2总注入量高,但CO2存储量、CO2吸附率、N2产出量与驱出率均低于大通DT-1,表明高阶煤储层特征同时影响到CO2对煤层气的置换、驱替效果。（4）COMET3数值模拟结果表明:CO2连续式注入条件下煤层气生产井增产效果优于间歇式注入,4.5MPa、6.5MPa注入压力下煤层气生产井5年内的增产效率分别为92%、368%。CO2注入压力升高、注入速率增大可显着提升煤层气生产井的产气效果,当注入压力由4.5MPa升高至6.5MPa时,煤层气生产井稳定日产气量由600m3/d提升至1879m3/d。与CO2连续式高压、高速注入相比,间歇式低压、低速注入更有利于煤储层中CO2对CH4的充分置换,且煤储层具有更大的CO2封存能力。本论文有图57幅,表23个,参考文献157篇。
韩思杰[4]（2020）在《深部无烟煤储层CO2-ECBM的CO2封存机制与存储潜力评价方法》文中研究表明2018年中国二氧化碳排放量达到9428.7Mt,占当年全球CO2总排放量的27.8%,是最大的二氧化碳排放国。CO2的地质封存能够在短期内完成碳减排指标,被视为行之有效的减排技术手段。深部不可采煤层的CO2地质封存融温室气体减排与煤层气高效开发为一体,是CCUS（二氧化碳捕集、封存与利用）技术的重要方向。本次研究开展了全孔径尺度煤岩孔裂隙结构定量表征,不同温度、压力和水环境下的无烟煤超临界CO2吸附实验和高压条件下中高煤阶煤超临界CH4等温吸附实验;从分子相互作用层面探讨了煤岩超临界CO2吸附行为的温度与自由相密度控制机理,建立了煤岩超临界CO2吸附模式,揭示了埋深条件下CO2超临界等容线对吸附行为的控制作用;建立了表征各封存类型的煤岩CO2理论封存量和有效封存量计算模型;最后评估了沁水盆地和郑庄区块3#煤储层CO2理论封存量和有效封存量。本次研究取得的主要认识和成果如下:（1）揭示了煤岩超临界CO2吸附过程中温度与自由相密度对多分子层吸附的控制机理。温度和自由相密度均是通过改变CO2分子间相互作用的强弱来改变吸附行为,但作用方式不同,温度增加扩大了CO2吸附相分子间距离,造成吸附分子层数与吸附量降低;而自由相密度增加不影响吸附相分子,仅减小了最外侧吸附相分子与其相邻自由相分子之间的距离,造成吸附相分子层数和吸附量增加。（2）建立了煤岩超临界CO2吸附的微孔填充+多分子层表面覆盖的综合模式。煤岩超临界CO2吸附分子层计算结果显示,实验温度条件下吸附相CO2分子层数范围在1-2之间,在高能吸附位会形成多分子层吸附,温度增加吸附分子层减小;微孔中可完全填充的孔径上限为1.12 nm,反映了沁水盆地无烟煤超临界CO2吸附作用以微孔填充的形式存在,该孔径之上,超临界CO2以不饱和多分子层表面覆盖的形式存在,超临界CO2在煤岩中呈微孔填充+多分子层表面覆盖的吸附状态。（3）阐明了地层条件下超临界CO2等容线对煤岩超临界CO2吸附行为的影响。地层条件下煤岩超临界CO2吸附行为受超临界CO2等容线控制具有二段性特征,沁水盆地煤层的界限埋深约为920m:类气态超临界阶段,自由相密度增加导致多分子层吸附出现,但温度负效应逐渐增强;类液态超临界阶段,自由相密度几乎不增加,温度控制成为绝对主导,煤岩CO2吸附能力降低;埋深条件下煤岩CO2最大吸附能力出现在类气态超临界阶段后期。（4）探究了吸附封存、静态封存、溶解封存和矿化封存机制,建立了煤岩CO2理论封存量与有效封存量评价模型。沁水盆地1000-2000m地层条件下吸附封存量始终占主导地位（>80%）,静态封存量随埋深增加而增加,2000m时接近总封存量的20%,溶解封存量始终不超过总封存量的2%,矿化封存量可忽略。在评价煤中超临界CO2吸附封存和静态封存量时应采用过剩吸附量与自由体积量之和的计算方法,减小自由相密度和吸附相密度变化带来的误差。（5）应用煤岩CO2地质封存量评价模型估算了沁水盆地和郑庄区块3#煤储层CO2理论封存量和有效封存量。沁水盆地3#煤层CO2理论封存量为9.72 Gt,有效封存量为2.53 Gt,沁水盆地深部煤层具有实施CO2-ECBM的工程潜力。郑庄区块3#煤CO2理论封存量为416.18 Mt,有效封存量为108.2 Mt,类气态超临界区的CO2封存量丰度最高,为0.6 Mt/km2。结合CO2可注性和注入后的保存条件,建议郑庄区块CO2-ECBM工程优先选区在类气态超临界区。该论文有图85幅,表25个,参考文献279篇。
方辉煌[5]（2020）在《基于数字岩石物理技术的无烟煤储层CO2-ECBM流体连续过程数值模拟研究》文中研究指明CO2地质存储与CH4强化开发技术（CO2-ECBM）在煤储层内存储CO2的同时可提高CH4采收率。本次研究,以沁水盆地南部无烟煤储层为研究对象;计算机断层扫描技术（X-ray CT）与聚焦离子束扫描电镜技术（FIB-SEM）的联合应用,实现了无烟煤储层多尺度孔裂隙结构数字化重构表征;MATLAB数据处理与COMSOL仿真软件的联合应用,实现了实验室尺度及工程尺度CO2-ECBM流体连续过程数值模拟研究。本次研究取得了以下主要成果:（1）凝练了煤储层孔裂隙结构表征方法,表征了孔裂隙结构的多尺度结果及多尺度粗化,探讨了煤储层赋存、渗流能力与孔裂隙结构的关系:中值滤波处理使孔隙与基质间的过渡变的光滑;切片灰度值的标准化分布直方图实现了阈值的选取;最大球算法实现了孔裂隙网络模型的构建;图像配准实现了孔裂隙结构的尺度粗化。煤储层有机质、无机矿物及其接触区域均发育有孔隙及微裂隙,且孔隙类型主要为有机质孔隙、无机矿物孔隙及差异收缩孔。基于高分辨率尺度孔裂隙结构,可在低分辨率尺度扫描图像的同一位置进行图像配准工作,并可在低分辨率尺度上获得孔裂隙结构的阈值,将此阈值应用到整个低分辨率尺度孔裂隙结构中,即可完成多尺度孔裂隙结构的尺度粗化。煤层气储、渗能力与孔裂隙结构关系密切。孔径介于0-50nm时,连通孔隙的数量随着孔径增大而减少。孔径介于50-200nm的连通孔隙,其数量占该孔径范围内孔隙的77.27%。孔径大于200nm的孔隙皆为连通孔隙。喉道面积主要由孔径大于20nm的喉道所决定,且孔隙与喉道的全局连通表明样品的流体运移能力较强。（2）分析了孔裂隙结构参数,测试了数值模拟所需的储层及气体参数,推导了实验室尺度CO2-ECBM流体连续过程数值模型,开展了数值运算并分析了数值结果。CO2及CH4气体压力场在三维立体、二维平面及一维点上的分布均表明:注CO2压力及CO2扩散系数均会对CO2-ECBM产生影响。同一注CO2时间下,随着注CO2压力及CO2扩散系数的增大,CO2气体压力呈逐渐增大的趋势,CH4气体压力呈逐渐降低的趋势,且各注CO2压力下,储层内CO2及CH4气体压力的差异较为明显。不同注CO2压力及CO2扩散系数下,煤储层内CO2及CH4压力变化均较大,且切片中心CO2压力的改变量相对较小,切片边缘CO2压力的改变量相对较大,CH4压力改变量正好相反。（3）揭示了实验室尺度CO2-ECBM流体连续过程的动态特征、控制因素及作用机制:注入的CO2主要以连续性流动为主沿着宏观裂隙和显微裂隙向煤基质运移;CO2首先置换大孔及中孔内表面覆盖式吸附的CH4,以形成CO2的单分子层吸附;继而以Fick型扩散、滑流及表面扩散等方式运移至微孔;进而,CO2置换出微孔内以体积充填方式吸附的CH4,并形成CO2的多分子层吸附。CH4的运移路径与CO2正好相反。煤储层内的微孔和中孔是CH4与CO2气体的主要赋存场所;孔裂隙尺度上,CH4的运移路径为:微孔→中孔→大孔→显微裂隙→内生裂隙→宏观裂隙→压裂裂缝;宏观方面,CH4产出经历的三级流动为:孔隙→天然裂隙→压裂裂缝→井筒;孔裂隙及宏观尺度上,CO2的运移路径正好相反。煤基质对CO2的吸附能力约为CH4的2倍,且煤基质对CH4及CO2的吸附与解吸总是处于动态的平衡状态中。（4）分析并推导了地质物理模型及基本假设,推导了工程尺度CO2-ECBM流体连续性过程多场全耦合数学模型,分析并研究了地质模型、数值参数及数值方案,开展了CO2-ECBM增产效果评价的数值模拟研究:直接开采过程中,储层气体压力随时间的增加而减小,且减小趋势趋于平缓。注CO2开采过程中,气体压力随时间呈快速增长趋势,初期增长较快,后期增长较慢。CO2注入对CH4累积产量有增强作用;注CO2井与生产井之间的压差是CO2和CH4渗流的驱动力。增加CO2注入压力可在短时间内提高压差,提高气体能量。CO2从裂缝扩散到孔隙的速度越快,煤中CH4的析出范围越大,提高了CO2的注入速度和CH4的产量。增加CO2注入压力对提高CH4累积产量和CO2累积储存量有积极作用;储层与边界的压差和气体的竞争性吸附是影响储层渗透率的主要因素。当CO2注入未达到生产井时,CO2注入井附近渗透率主要受气体的竞争性吸附影响,而生产井附近渗透率主要受差压影响。当CO2注入扩散到生产井时,竞争吸附效应将逐渐取代生产井附近压差对渗透率产生影响。该论文有图82幅,表16个,参考文献266篇。
吕宝艳[6]（2020）在《不同吸附能力的气体对煤中CH4的置换效应及其差异性研究》文中认为为研究不同吸附能力的气体对煤中甲烷置换效应差异性,选取了单组分CH4、CO2、N2、He等气体,利用含瓦斯煤多元气体置换装置进行了等压扩散和高压注入两种条件下的置换实验,得到煤对不同吸附能力的气体置换规律,置换率、注置比等特征参数,以此分析不同吸附能力的气体对煤中CH4的置换效果。首先在实验室测定了无烟煤样品在8个压力点下吸附单一气体CH4/CO2/N2/He等的含量,根据所得实验数据,绘制了不同气体在相同条件下的等温吸附曲线,发现煤对CO2、CH4、N2的吸附规律均近似符合Langmuir等温吸附方程,而煤对He的吸附量数值有正有负,其规律则完全不吻合其模型。无烟煤在相同条件下,吸附CO2/CH4/N2气体量均随压力增大先快速增加,然后趋于平稳;而煤对He的吸附量数值有正有负,并接近于0,表现为几乎不吸附,因此得出了煤对不同吸附能力气体的吸附量大小顺序为CO2>CH4>N2>He。以无烟煤对单组分气体吸附的实验结果为基础,设定6组不同CH4预吸附平衡压力,分析不同吸附能力的气体对煤中CH4置换效应。在等压扩散和高压注入两种条件下分别注入等量的置换源气体,实验结果表明:在两种条件下,随着置换源气体置换压力的增大,注CO2置换时CH4总解吸量逐渐增大,注N2或He置换时,CH4总解吸量逐渐减小。在等压扩散和高压注入两种条件下,随气体吸附能力的增强,CH4解吸率和各气体注置比均表现为增大的趋势。对于同一种气体而言,在等压扩散条件下,CH4解吸率随气体置换压力的增加而增加,各气体置换效率随气体置换压力的增加而减小;而在高压注入条件下,注CO2置换时,CH4解吸率和CO2注置比均呈现增大的趋势,注N2和He置换时,CH4解吸率和N2注置比、He注置比均呈现为减小的趋势。通过对等压扩散和高压注入两种注气方式下的置换效果对比分析发现,注CO2置换时,在低压阶段,等压扩散置换效果较高压注入置换效果更具优势,当置换压力大于2MPa时,这种优势逐渐转变为高压注入优于等压扩散;注N2和He置换时,等压扩散置换效果始终优于高压注入的,以及随着平衡压力的增大,这种优势更为明显。
丁智奔[7]（2019）在《基于渗透率动态变化的注气驱替CH4实验及数值模拟分析》文中指出我国是煤炭生产大国,由于赋存地质条件颇为复杂,煤层渗透率普遍较低,矿井瓦斯一直威胁着矿井安全生产工作;同时,瓦斯还是一种高热值的清洁能源;因此,实现煤层瓦斯高效抽采和利用具有重大意义。本文围绕煤层注N2驱替CH4技术开展系统的模拟实验,以吸附学、渗流力学、表面化学、气体状态方程等理论为基础,推导注气驱替过程中孔隙率及渗透率的动态演化模型,并利用有限元数值模拟的方法对煤层注气驱替的实验进行了数值解算,对渗透率动态演化模型进行验证,完善了注气驱替煤层CH4的理论模型。本文利用自行研制的注气驱替煤层CH4的实验平台,进行了不同注N2压力下的驱替实验。结果表明,N2的突破时间随着注气压力的升高而提前,但N2突破后出气口仍有很长一段时间的CH4产出,说明注N2对煤层中CH4的驱替并非作用于一个面上;并测取了驱替体积比、驱替效率等与出气口的体积分数的变化关系,为现场的注气试验提供基本的参考依据。驱替过程中跟踪了渗透率的动态变化并进行了不同注源气体对煤层渗透率的实验研究,为后文的渗透率动态演化模型的验证提供了实验数据的支撑。假设煤体中二元气体的流动场是由吸附态的气体在煤基质中的扩散运动和游离态气体在基质块间裂隙中的渗流运动共同构成,且分别遵从Fick定律和Darcy定律。注气后,原本煤层中CH4的吸附解吸平衡被打破,孔-裂隙系统中要发生N2-CH4二元气体的质量交换。基于以上原理,考虑煤体有效应力变化和吸附膨胀-解吸收缩效应等综合因素的影响,建立驱替煤层孔隙率及渗透率的动态演化模型。在建立反映二元气体吸附-解吸,扩散-渗流的数学模型的基础上,利用COMSOL Multiphysics数值模拟平台,分别进行了不同注N2压力条件下,不同初始渗透率条件下的数值模拟研究,与物理模拟结果进行了比对,并验证了渗透率动态演化模型的可靠性,完善了注气驱替煤层CH4的数值模拟理论。
梁龙辉[8]（2018）在《基于等量注入条件的CO2对煤中CH4的置换效应研究》文中指出本文研究等量CO2在等压扩散和高压注气下置换煤中CH4的特征和差异性,首先进行了煤对CH4和CO2的吸附实验,研究了不同变质程度煤对气体吸附规律。在此基础上,进行了等量CO2在不同注气条件下置换CH4实验,分析置换规律和置换效果。在变质程度不同的无烟煤、瘦煤和气肥煤中分别进行对CH4和CO2的等温吸附实验,结果表明:相同变质程度煤中,随着吸附平衡压力的增加,CH4和CO2吸附量增加,且CO2在煤中的吸附量大于CH4;在相同吸附平衡压力下,CH4和CO2的吸附量随着煤变质程度的加深而逐渐增加。这为研究注气置换实验奠定基础。本文以控制注入量为切入点,在两种注气条件下注入等量的气体,进行置换实验,结果表明:等压扩散和高压注气条件下,CH4置换量随CO2置换压力增加或煤变质程度加深而增加。随煤变质程度加深,等高压注气条件下CH4置换率和CO2置换效率均增加;而相同变质程度煤中,等高压注气条件下CH4置换率和CO2置换效率表现不同的规律,即随CO2置换压力增加,等压扩散条件下CH4置换率增加,CO2置换效率降低,而高压注气条件下,CH4置换率和CO2置换效率均增加。两种条件下置换率和置换效率差异主要受腔体压力变化、自由空间体积差异和气体在煤中的吸附性等因素影响。通过等压扩散和高压注气实验可知,低压阶段等压扩散置换效应优于高压注气的,随着压力上升高压注气置换效应最终优于等压扩散的。由于等压扩散提升置换效果是降低CO2置换效率为代价,而高压注气在高压阶段通过升高压力提升置换效果不显着,这表明并非压力越大越高。该研究对实际应用的指导是平衡注气量和置换效果的关系,在达到治理瓦斯治理效果的前提下节约资源。另外,低变质程度煤中压力改变对置换效应影响更佳明显。
李元星[9]（2017）在《连续与间歇注空气驱替煤层气机理及实验研究》文中研究说明煤层气自生自储于煤岩中且储量丰富,煤层气高效抽采对矿井安全、能源、环境等具有重要意义。高变质高吸附低渗透煤层煤层气采用常规的开采手段和增产措施很难取得满意效果,注入气体吸附置换煤层气及改善渗透性来提高煤层气采收率是近年来主要研究方向之一。本文根据物质结构学、表面物理化学、扩散传质学、渗流力学、岩石力学等学科的基本原理对具有“双性”煤孔隙介质与注入介质极性之间相互吸附关系及驱替机理进行了理论归纳分析;实验室采用等温吸附常数测定仪测定了双柳矿3#煤层肥煤和顶底板煤样对CH4、N2和O2吸附解吸能力,根据实验结果分析了不同吸附质与吸附剂之间吸附模型适用性;最后根据实验测得基础参数和扩散渗流基本定律,建立了注气驱替过程物理数学模型,并进行了数值模拟和注空气驱替煤层气工业性试验,同时考察了空气成分中O2对煤层自燃的影响。取得的主要成果有如下几点:1)筛滤配对吸附置换机理煤是大分子有机岩,具有“两性”的大分子特征,煤基质表面由极性基团组成的极性表面与非极性基团组成的非极性表面共同构成,煤基质表面对注入气体的吸附机理随气体分子的极性不同而不同,基质极性表面优先对极性分子选择性吸附,其主要作用力为取向力;非极性表面吸附非极性分子,其主要作用力为色散力,这两种吸附简称为配对吸附。剩余极性表面对非极性分子的吸附作用力主要是诱导力。煤基质内部的孔隙结构主要由微孔、小孔、大孔等孔隙结构组成,基质中的微孔及小孔孔径对想要进入孔道内吸附的气体分子进行筛滤,气体分子无论极性与否,只有能够通过孔道筛滤的小分子才有可能被孔隙内表面吸附（称为筛滤吸附）;而通过孔隙筛滤后留在大孔的极性分子优先被大孔内表面的极性基团表面吸附（称为筛配吸附）。当注入非极性分子N2、O2与CH4在上述吸附机理综合作用下竞争吸附置换出煤层气,促进了煤层气的解吸扩散,提高煤层气产量。2)不同粒径肥煤及泥岩吸附特征及模型适用性四种毫米级小颗粒肥煤煤样（0.0750.125、0.1250.200、0.2000.250、0.2500.500mm）,在小于煤炭自热期临界温度（6085℃）以下2540℃范围内4个温度等级和吸附平衡压力02.5MPa条件下,吸附实验研究测定结果表明:小颗粒对不同气体的吸附能力依次为CH4>N2>O2,三种气体在实验条件下吸附测试数据都符合Langmuir方程式。含有一定裂隙和大孔隙厘米级大尺度球形肥煤煤样（Φ=40 mm）,在25℃和吸附平衡压力02.5MPa条件下,长时间吸附实验数据分析表明用BET模型拟合效果更好,吸附为多分子层吸附,其测定数据更接近原始煤层赋存条件和大孔隙裂隙对吸附结果的影响。泥岩为煤系层中的主要岩层之一,并储存有一定量的煤层气,在与小颗粒煤样吸附实验条件完全相同件下,论文对泥岩与O2和CH4吸附性能测定,结果分析表明,BET模型描述O2的吸附性能效果较好;D-R模型对CH4吸附性能拟合数据较好。这些实验结论为储层储量评价、注气机理分析和注气气体种类的选择提供了依据。3)三轴应力条件下煤岩渗透率变化规律在孔隙压不变的情况下,一次加载过程中肥煤渗透率与围压呈负指数规律变化,实验结果:0.458k1.2281e-s（28）;卸压过程,围压减小渗透率与围压关系符合幂指数方程,1.151k0.7677s-（28）。围压`相同时加载过程渗透率大于卸载过程渗透率,实验证明卸压过程与加载过程为不可逆过程。在孔隙压不变的情况下,二次加卸载肥煤渗透率实验结果如下,围压从3MPa加载到4MPa时煤样的渗透率由0.2243 m D突然增大到0.3528 m D,表明在加载过程中煤样内部裂隙扩张甚至产生新的裂隙,增加了渗透容积,渗透率激增;从4MPa增大到5MPa时渗透率从0.3528m D减小到0.2866m D,渗透率降低了18.76%,说明新生裂纹在围压作用下发生闭合。在卸载过程中,围压从5MPa降至4MPa时渗透率由0.2866m D增大到0.2971m D,提高了3.7%,这说明卸载过程并非加载的逆过程,而围压从4MPa降至3MPa的过程中渗透率由0.2971m D突增到0.4195m D,这是煤体在拉张力应力作用下,煤体发生卸荷损伤形成新的裂隙,形成更大的渗流通道,渗透率显着提高。同样围压3MPa条件下,卸载后渗透率为0.4195m D,加载前的渗透率为0.2243m D,比对发现卸载后渗透率比加载前增大87%。4)原煤样及驱替前后煤样渗透率变化研究肥煤原煤样在轴压6MPa和围压5MPa不变的情况下,用空气做介质测得渗透率与孔隙压满足指数型关系,pek460.0（28）114.0;计算得到孔隙压力0.6MPa时原煤样渗透率0.01512m D。对连续注气驱替煤层气后的煤样（连续注气后煤样）抽真空后,采用与原煤样相同轴压、围压条件再次测得渗透率0.01679m D,比原煤样增大了11.04%。间续注气驱替煤层气后的煤样（间歇注气后煤样）,在抽真空后采用与原煤样相同轴压、围压条件再次测得渗透率0.01312m D,比原煤样降低了13.23%。连续注气后煤样渗透率增大的原因是孔隙压增大,有效应力减小,宏观裂隙系统扩张,从而增大了煤层渗透率。间歇注气驱替渗透率减小的原因为煤体骨架承受多次交变载荷作用后疲劳破坏坍塌,孔隙裂隙渗流通道被堵塞,所以渗透率比原样减小。连续与间歇注气相比较,前者使煤体渗透率增大,后者使煤层渗透率降低。由此表明,从增能、增透角度分析连续注气抽采煤层气效果好于间歇注气抽采煤层气效果。5)肥煤解吸及连续、间歇注气驱替煤层气效果大尺度球形肥煤吸附平衡后,压力从0.6MPa降为0.1MP,24小时的自由释放量为0.24m L/g a,自由释放时平均解吸速率为0.010m L/（g.h）。连续驱替实验采用空气持续驱替24小时,24小时采出0.4706m L/g,采出煤层气125.12m L,平均采出量为0.01961m L/（g.h）,单位时间单位质量煤连续注气驱替比自由释放提高了96.10%。间歇注气驱替实验采用先注12小时采一次,再注6小时采第二次,再注6小时采第三次,24小时内（含每次采气5分钟,共15分钟）三次共采出煤层气73.48m L,24小时采出0.2765m L/g,间歇注气驱替在相同时间内比自由释放提高了15.20%。连续驱替方式与间歇注气方式相比,尽管间歇驱替过程中注气时间长,竞争吸附置换时间充分,置换量大,但由于抽采时间过短,因此竞争置换增加的总抽采量仍然小于在相同注气压力下长时间连续注气增能驱动增加的抽采量;连续注气使原煤层渗透率增大,而后者则相反,所以连续注气抽采效果好。6)无供给边界条件下肥煤的单孔连续注气数值模拟在吸附实验和驱替实验的基础上,构建了空气驱替煤层气数学物理模型,并采用COMSOL软件模拟了单孔连续注空气驱替煤层气不同注气压力和注气时间下的渗透率变化。模拟发现随着空气对甲烷的驱替过程的推移,吸附空气浓度则随时间增加而逐渐增大,而吸附甲烷浓度则随时间增加而减少。注气5d、注气压力为0.6MPa为例,采出率提高了18.34%,与实验结果基本相符。7)双柳煤矿3#煤层工业试验连续、间歇注空气驱替煤层气工业试验在双柳煤矿经过139d负压抽采后的3#煤层中实施。经为期16d注气试验观测,与同期自然抽采量相比,连续注气驱替煤层气可以提高平均产气量44.52%、间歇注气提高17.53%。注气实验过程中同步检测了矿井空气中煤炭自燃预测指标气体CO、C2H4等,未检出指标气体;工业试验与连续与间歇注气实验室测定结果趋势一致,注入空气驱替煤层气技术在中等变质程度肥煤中实施是安全可行有效的。
周来诚[10]（2015）在《煤岩气藏注入CO2/N2实验及数值模拟研究》文中研究说明中国埋深2000m以浅煤层气资源潜力巨大,但煤层渗透率一般小于0.1mD,多属于致密型煤岩储层,目前的开发技术尚未取得根本性突破。在不断完善水力压裂增产改造技术的前提下,向煤层中注入C02、N2等非烃气体,发挥埋存C02和提高煤层甲烷采收率的双重优势,具有广阔的应用前景。然而气体注入煤层后会造成煤基质膨胀,渗透性降低,同时煤岩吸附气体后力学强度也会降低,导致煤层失稳。深入研究煤岩对气体的选择性吸附机理及吸附气体后煤岩性质的变化对提高煤层甲烷采收率和优化工程作业环节具有积极意义。论文以宁武盆地9号煤岩为研究对象,基于煤岩基础物性、无机矿物和黏土矿物组成、孔隙结构分布特征分析,研究了煤岩对不同气体的选择吸附性,分子模拟方法微观上解释了煤岩对气体的选择性吸附机理,探讨了煤岩吸附气体后渗流能力及力学性质的变化情况,开展了注气驱替煤层甲烷实验并进行了数值模拟研究。认清了9号煤岩孔隙结构特征。通过薄片分析、扫描电镜和CT扫描等孔隙结构可视化分析,指出煤岩的微裂隙较发育,但连通性差。基于氮气吸附实验结果,明确了煤岩基质孔隙以纳米级孔隙为主并且孔隙结构复杂。明确了9号煤岩对不同气体的选择性吸附,分子模拟方法微观分析了选择性吸附机理。运用HKY-Ⅱ型全自动吸附气含量测试系统,测定了煤岩对N2、CH4、CO2及其二元和三元组分气体的吸附能力,分子模拟方法分析了气体吸附过程吸附热、吸附位的变化情况。结果表明,煤岩对C02的吸附性最强,其次是CH4,对N2的吸附性最弱,对于二元和三元混合气体而言,气体之间存在竞争吸附、相互干扰行为；多元组分气体吸附后气体吸附位右移,吸附能减小,造成单一组分气体在混合气体中的吸附量小于相同分压下其单独吸附时的吸附量。探讨了吸附气体对煤岩渗透率及力学性质的影响。结果表明,煤岩吸附气体后渗透率将不同幅度降低,吸附性越强的气体导致的渗透率降低幅度越大,对于二元混合气体而言,C02所占比例越大,煤岩渗透率降低幅度越大；吸附气体后煤岩塑性软化特性增强,抗拉、单轴抗压、三轴抗压强度均降低,气体的吸附性越强降低幅度越大。明确了注入C02/N2对煤层甲烷驱替效率的影响,设计了最优注气方案。结果表明,注气能提高煤层甲烷的驱替效率,解吸时间限定为1h、注气压力为4.5MPa时,二元气体的驱替效果优于纯CO2的驱替效果,N2比例越高,驱替效率增加越快,相同注入气体,注入压力越大,驱替效率增加越快；注气压力为4.5MPa时,在注气初期选择20%CO2+80%N2气体注入,N2刚开始突破时,改注80%CO2+20%N2混合气体,注入量不应超过煤层最大吸附量。研究方法及获得的认识对充分理解注气提高煤层气采收率机理及实现高效注气具有一定的指导意义。
二、注气提高煤层甲烷采收率机理及实验研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、注气提高煤层甲烷采收率机理及实验研究（论文提纲范文）
（1）CO2驱替煤层CH4影响因素研究及现场应用分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 煤体对气体吸附特性研究 |
| 1.2.2 驱替煤层CH_4的实验研究 |
| 1.2.3 注CO_2增强煤层气产出的研究 |
| 1.2.4 存在的问题及发展趋势 |
| 1.3 研究内容 |
| 1.4 技术路线 |
| 2 煤体对CO_2、CH_4吸附特性研究 |
| 2.1 煤样基础特性及孔隙结构研究 |
| 2.1.1 煤样基础特性 |
| 2.1.2 煤体孔隙结构特征 |
| 2.2 煤体对CH_4、CO_2等温吸附规律研究 |
| 2.2.1 实验装置 |
| 2.2.2 实验方法和步骤 |
| 2.2.3 煤样对CH_4的等温吸附实验 |
| 2.2.4 煤样对CO_2的等温吸附实验 |
| 2.2.5 煤样对CO_2和CH_4的吸附能力对比 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 CO_2驱替煤层CH_4影响因素及作用效果研究 |
| 3.1 CO_2驱替煤层CH_4原理 |
| 3.1.1 CH_4的赋存与运移 |
| 3.1.2 CO_2驱替煤层CH_4# |
| 3.2 实验装置及方案 |
| 3.2.1 实验材料准备 |
| 3.2.2 实验装置 |
| 3.2.3 实验方案 |
| 3.2.4 实验方法和步骤 |
| 3.3 实验结果分析 |
| 3.3.1 实验过程及衡量指标 |
| 3.3.2 不同注气压力下的实验结果分析 |
| 3.3.3 不同驱替环境温度的实验结果分析 |
| 3.3.4 不同注气温度的实验结果分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 CO_2驱替煤层CH_4煤体内部气体变化数值模拟研究 |
| 4.1 基本假设 |
| 4.2 控制方程 |
| 4.3 CO_2驱替CH_4的模拟参数设定 |
| 4.3.1 几何模型参数 |
| 4.3.2 探针设置 |
| 4.4 CO_2驱替CH_4数值模拟 |
| 4.4.1 模型可行性验证 |
| 4.4.2 CO_2驱替煤层CH_4模拟方案 |
| 4.4.3 CO_2驱替煤层CH_4模拟过程 |
| 4.4.4 不同注气压力下煤体的CO_2驱替煤层CH_4的模拟分析 |
| 4.4.5 不同煤体渗透率CO_2驱替煤层CH_4的模拟分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 液态CO_2驱替CH_4现场应用研究 |
| 5.1 注液态CO_2驱替CH_4作用机制 |
| 5.2 液态CO_2驱替煤层瓦斯现场实验 |
| 5.2.1 桑树坪矿井概况 |
| 5.2.2 系统设备及压住工艺 |
| 5.2.3 钻孔布置参数及封孔工艺 |
| 5.3 实验分析 |
| 5.3.1 实验参数 |
| 5.3.2 驱替效果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论及展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
（2）应力作用下煤体注入混合气体置换驱替甲烷规律研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 煤对气体吸附解吸特性研究现状 |
| 1.2.2 煤层注气置换驱替甲烷研究现状 |
| 1.2.3 注气对煤层渗透率影响研究现状 |
| 1.3 存在的问题与不足 |
| 1.4 研究内容与方法 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 研究方法 |
| 1.5 技术路线 |
| 1.6 主要创新 |
| 第二章 煤对混合气体竞争吸附的应力影响规律研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 混合气体竞争吸附试验平台搭建 |
| 2.2.1 煤样选取及性质测定 |
| 2.2.2 试验装置 |
| 2.2.3 混合气体配制 |
| 2.2.4 试验方案 |
| 2.2.5 试验步骤 |
| 2.3 应力作用下二元气体吸附量及浓度计算 |
| 2.4 应力对混合气体竞争吸附影响规律 |
| 2.4.1 N_2、CO_2竞争吸附游离相浓度变化规律 |
| 2.4.2 N_2、CO_2竞争吸附吸附相浓度及吸附量变化规律 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 煤体注入不同组分混合气体置换驱替甲烷规律研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 试验流程 |
| 3.2.1 试验准备 |
| 3.2.2 试验方案 |
| 3.2.3 试验步骤 |
| 3.3 不同组分混合气体置换驱替甲烷规律 |
| 3.3.1 甲烷驱替量及驱替率计算 |
| 3.3.2 试验数据分析 |
| 3.4 气体组分对煤体渗透率影响规律 |
| 3.4.1 渗透率计算 |
| 3.4.2 试验数据分析 |
| 3.4.3 渗透率模型建立 |
| 3.5 混合气体置换驱替甲烷效果分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 应力作用下混合气体置换驱替甲烷机理研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 混合气体竞争吸附置换机理 |
| 4.2.1 煤对气体的吸附理论 |
| 4.2.2 应力作用下混合气体置换甲烷机理 |
| 4.3 混合气体驱替煤层甲烷机理 |
| 4.3.1 煤层注气驱替稀释扩散机理 |
| 4.3.2 煤层注气驱替气流携带作用机理 |
| 4.3.3 应力作用下混合气体驱替甲烷机理 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间发表的学术论文、申请专利与参与的科研项目 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（3）CO2注入条件对高阶煤储层煤层气驱替效果影响研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状及存在的问题 |
| 1.3 研究目标与内容 |
| 1.4 技术路线与研究方法 |
| 1.5 实物工作量 |
| 2 研究区地质与工程背景 |
| 2.1 位置与交通 |
| 2.2 地层与煤层 |
| 2.3 构造及演化特征 |
| 2.4 水文地质条件 |
| 2.5 煤层气资源开发情况 |
| 3 样品孔裂隙、渗透率与吸附特征 |
| 3.1 样品采集与处理 |
| 3.2 煤岩煤质特征 |
| 3.3 孔隙发育特征 |
| 3.4 柱样渗透率测试 |
| 3.5 等温吸附特征 |
| 3.6 小结 |
| 4 注入条件对CO_2-ECBM过程影响实验 |
| 4.1 实验材料与平台 |
| 4.2 CO_2-ECBM实验方案 |
| 4.3 CO_2-ECBM模拟实验结果 |
| 4.4 注CO_2驱煤层气影响因素分析 |
| 4.5 小结 |
| 5 基于COMET3的CO_2-ECBM过程数值模拟研究 |
| 5.1 COMET3 数值模拟平台 |
| 5.2 地质模型与模型参数 |
| 5.3 数值模拟注入方案设计 |
| 5.4 CO_2 模拟注入与增产效果 |
| 5.5 小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（4）深部无烟煤储层CO2-ECBM的CO2封存机制与存储潜力评价方法（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状与存在问题 |
| 1.3 研究方案 |
| 1.4 工作量与研究成果 |
| 2 沁水盆地地质背景 |
| 2.1 地质概况 |
| 2.2 煤层特征 |
| 2.3 煤层气地质 |
| 2.4 小结 |
| 3 实验样品、方法与结果 |
| 3.1 煤样 |
| 3.2 实验方法 |
| 3.3 实验结果 |
| 3.4 小结 |
| 4 超临界气体吸附的影响因素与超临界CO_2吸附分子层数分布特征 |
| 4.1 超临界气体吸附模型 |
| 4.2 超临界CO_2吸附量的影响因素 |
| 4.3 超临界CO_2吸附热的影响因素 |
| 4.4 超临界CH_4吸附能力的影响因素 |
| 4.5 吸附相密度与吸附分子层 |
| 4.6 小结 |
| 5 煤岩超临界CO_2吸附行为及其控制机理 |
| 5.1 超临界CO_2吸附状态的温度和自由相密度影响 |
| 5.2 超临界CO_2吸附行为与模式 |
| 5.3 埋深条件下CO_2吸附行为的超临界等容线约束 |
| 5.4 煤岩超临界CO_2/CH_4吸附差异及其竞争吸附机理 |
| 5.5 小结 |
| 6 煤中非吸附的CO_2封存机制与封存量比较 |
| 6.1 CO_2溶解封存机制与模型 |
| 6.2 CO_2矿化封存机制与模型 |
| 6.3 CO_2静态封存机制与模型 |
| 6.4 封存量计算模型优化与比较 |
| 6.5 深部煤层CO_2地质封存的可行性 |
| 6.6 小结 |
| 7 煤层CO_2地质封存量评价方法与实例分析 |
| 7.1 煤中CO_2地质封存量计算方法 |
| 7.2 沁水盆地与郑庄区块3#煤层CO_2封存潜力评价参数 |
| 7.3 沁水盆地与郑庄区块3#煤层CO_2封存潜力评估 |
| 7.4 小结 |
| 8 结论与展望 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 创新点 |
| 8.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（5）基于数字岩石物理技术的无烟煤储层CO2-ECBM流体连续过程数值模拟研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.3 研究方案 |
| 1.4 主要工作量 |
| 2 研究区CO_2-ECBM地质与工程背景 |
| 2.1 地质背景 |
| 2.2 煤储层特征 |
| 2.3 工程背景 |
| 2.4 小结 |
| 3 实验样品及分析方法 |
| 3.1 样品采集 |
| 3.2 储层岩石物理数据获取方法 |
| 3.3 数值模拟软件及其开发 |
| 3.4 小结 |
| 4 无烟煤多尺度孔裂隙结构数字化重构表征 |
| 4.1 孔裂隙结构表征方法 |
| 4.2 孔裂隙结构表征分析 |
| 4.3 煤层气储渗能力与孔裂隙结构的关系 |
| 4.4 小结 |
| 5 实验室尺度CO_2-ECBM流体连续过程数值模拟 |
| 5.1 CO_2-ECBM流体连续过程数值模拟 |
| 5.2 CO_2-ECBM过程连续性机制分析 |
| 5.3 小结 |
| 6 工程尺度CO_2-ECBM流体连续过程数值模拟-以柿庄区块为例 |
| 6.1 基本地质物理模型及基本假设 |
| 6.2 温度场-流体场-应力场全耦合模型 |
| 6.3 温度场-流体场-应力场交叉耦合模型 |
| 6.4 地质模型及生产数值模拟方案 |
| 6.5 数值模拟结果及分析 |
| 6.6 小结 |
| 7 结论、创新点与展望 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 问题与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（6）不同吸附能力的气体对煤中CH4的置换效应及其差异性研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 1.1 研究的背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 单一气体吸附/解吸特性研究现状 |
| 1.2.2 二元气体吸附/解吸特性研究现状 |
| 1.2.3 煤体吸附特性影响因素研究现状 |
| 1.2.4 不同气体置驱煤中甲烷差异性研究现状 |
| 1.3 研究内容与技术路线 |
| 1.3.1 存在问题 |
| 1.3.2 研究内容 |
| 1.3.3 技术路线 |
| 1.4 论文的组织安排 |
| 2 实验装置、煤样准备 |
| 2.1 含瓦斯煤多元气体置换实验平台 |
| 2.1.1 含瓦斯煤多元气体置换实验平台的介绍 |
| 2.1.2 实验装置气密性检测及体积标定 |
| 2.2 煤样准备 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 煤对不同气体的等温吸附特性研究 |
| 3.1 等温吸附特性实验 |
| 3.1.1 实验所用气体 |
| 3.1.2 实验方案 |
| 3.1.3 实验步骤 |
| 3.1.4 等温吸附实验中不同气体压缩因子的确定 |
| 3.2 煤对不同气体的等温吸附特性 |
| 3.2.1 实验结果与讨论 |
| 3.2.2 煤对不同气体的等温吸附规律分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 等压扩散条件下不同吸附能力的气体对煤中CH_4的置换效应差异性研究 |
| 4.1 实验方案 |
| 4.1.1 等压扩散置换实验方法 |
| 4.1.2 等压扩散置换过程中的CH_4解吸量及其含义 |
| 4.2 等压扩散条件下不同气体对煤中CH_4置换效应研究 |
| 4.2.1 等压扩散下CO_2 对煤中CH_4 置换效应研究 |
| 4.2.2 等压扩散下N_2对煤中甲烷置换效应研究 |
| 4.2.3 等压扩散下He对煤中甲烷置换效应研究 |
| 4.3 气体的吸附能力与等压扩散置换效应之间的关系 |
| 4.3.1 扩散压力和气体的吸附能力对置换效应的影响 |
| 4.3.2 气体的吸附能力对等压扩散前后压力变化量的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 高压注入条件下不同吸附能力的气体对煤中CH_4置换效应差异性研究 |
| 5.1 实验方案 |
| 5.2 高压注入条件下不同气体对煤中CH_4置换效应研究 |
| 5.2.1 高压注入下CO_2 对煤中CH_4 置换效应研究 |
| 5.2.2 高压注入下N_2 对煤中CH_4 置换效应研究 |
| 5.2.3 高压注入下He对煤中CH_4 置换效应研究 |
| 5.3 气体的吸附能力与高压注入置换效应的关系 |
| 5.3.1 注气压力和气体的吸附能力对置换效应的影响 |
| 5.3.2 气体的吸附能力对高压注气前后压力变化量的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 两种试验条件下不同气体的置换效应差异性 |
| 6.1 不同气体CH_4解吸量对比 |
| 6.2 不同气体CH_4解吸率对比分析 |
| 6.3 不同气体注置比对比分析 |
| 6.4 不同气体对煤中CH_4置换效果差异性分析 |
| 6.5 本章小节 |
| 7 主要结论及展望 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（7）基于渗透率动态变化的注气驱替CH4实验及数值模拟分析（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 注气驱替煤层瓦斯技术研究现状 |
| 1.2.2 注气驱替CH_4 物理模拟研究现状 |
| 1.2.3 注气驱替CH_4 的数值模拟研究现状 |
| 1.3 注气气源的优选 |
| 1.4 存在问题与不足 |
| 1.5 研究内容及技术路线 |
| 1.5.1 主要研究内容 |
| 1.5.2 技术路线 |
| 2 煤体瓦斯赋存及驱替过程中二元气体运移过程 |
| 2.1 煤层瓦斯的形成 |
| 2.2 煤体的物理特性 |
| 2.2.1 煤体的储存性 |
| 2.2.2 煤体孔隙结构及划分 |
| 2.2.3 煤体的渗透性 |
| 2.3 煤体瓦斯赋存机理 |
| 2.3.1 游离态赋存机理 |
| 2.3.2 吸附态赋存机理 |
| 2.4 煤中气体运移过程 |
| 2.4.1 煤中CH_4 解吸-扩散-渗流 |
| 2.4.2 注气驱替过程中二元气体运移过程 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 注N_2 驱替CH_4 实验研究 |
| 3.1 驱替实验平台的构建 |
| 3.1.1 实验系统设计 |
| 3.1.2 实验系统的气密性检测 |
| 3.1.3 煤样基本参数的测定 |
| 3.1.4 实验样品的制备 |
| 3.2 注N_2 驱替CH_4 的物理模拟实验 |
| 3.2.1 实验步骤 |
| 3.2.2 实验煤样吸附平衡所需CH_4 量的测定方法 |
| 3.2.3 煤层CH_4 的自然排放实验 |
| 3.2.4 不同注N_2 压力驱替CH_4 实验研究 |
| 3.3 不同注气压力对驱替实验的影响及分析 |
| 3.4 注气驱替CH_4 的机理探讨 |
| 3.4.1 置换吸附-解吸机理 |
| 3.4.2 注N_2 气流的携带作用机理 |
| 3.4.3 注气气流稀释扩散机理 |
| 3.4.4 注气膨胀增透机理 |
| 3.5 注气驱替对煤层渗透率的影响实验 |
| 3.5.1 渗透率测试方法 |
| 3.5.2 渗透率测试步骤 |
| 3.6 气源对煤层渗透率的影响实验结果及分析 |
| 3.7 注气驱替过程中煤样渗透率的变化规律研究 |
| 3.7.1 注气驱替过程中煤样渗透率的计算方法 |
| 3.7.2 注气驱替过程中煤样渗透率随时间变化规律 |
| 3.8 本章小结 |
| 4 注气驱替甲烷过程中孔隙率及渗透率动态演化模型 |
| 4.1 孔隙率及渗透率的动态描述 |
| 4.2 孔隙率及渗透率动态演化模型的建立 |
| 4.2.1 煤体渗透率与孔隙率关系 |
| 4.2.2 煤层有效应力对孔隙率及渗透率的影响 |
| 4.2.3 煤层基质收缩膨胀对孔隙率及渗透率的影响 |
| 4.2.4 综合作用下的孔隙率及渗透率动态演化模型的推导 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 注N_2 驱替煤层CH_4 数值模拟研究 |
| 5.1 数值模拟软件简介 |
| 5.2 注气驱替数学模型的构建 |
| 5.2.1 基本假设 |
| 5.2.2 基本理论与控制方程 |
| 5.2.3 数学模型的建立 |
| 5.3 注N_2 驱替CH_4 的数值模拟 |
| 5.3.1 几何模型网格划分及相关参数的设置 |
| 5.3.2 模拟条件设置 |
| 5.3.3 数值模拟与物理模拟结果对比 |
| 5.3.4 数值模拟方案设计 |
| 5.3.5 模拟结果 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论及展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（8）基于等量注入条件的CO2对煤中CH4的置换效应研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 选题的背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 煤对气体的吸附-解吸特性研究现状 |
| 1.2.2 煤层中气体运动及ECBM的理论研究 |
| 1.2.3 不同变质程度煤对CH_4的吸附解吸 |
| 1.2.4 注气置换煤中CH_4的研究现状 |
| 1.3 研究内容和技术路线 |
| 1.3.1 主要研究内容 |
| 1.3.2 技术路线 |
| 1.4 本文研究特色与创新 |
| 2 实验平台及实验方法 |
| 2.1 实验平台 |
| 2.1.1 实验装置 |
| 2.1.2 实验系统各部分体积测定 |
| 2.2 实验方法 |
| 2.2.1 实验煤样 |
| 2.2.2 煤样基础参数分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 不同变质程度煤对CH_4和CO_2的吸附特征研究 |
| 3.1 等温吸附实验 |
| 3.1.1 实验方法 |
| 3.1.2 实验步骤 |
| 3.1.3 等温吸附解吸实验中CH_4和CO_2压缩因子的确定 |
| 3.2 不同变质程度煤对CH_4和CO_2的等温吸附实验结果 |
| 3.3 不同变质煤对CH_4和CO_2吸附解吸规律 |
| 3.3.1 煤对不同吸附性气体的吸附规律 |
| 3.3.2 不同变质程度煤对气体的吸附规律 |
| 3.4 本章小结 |
| 4不同变质程度煤的等压扩散置换实验 |
| 4.1 实验方法 |
| 4.1.1 实验参数及实验流程 |
| 4.1.2 实验步骤 |
| 4.2 不同变质程度煤的等压扩散置换效应 |
| 4.2.1 无烟煤的等压扩散置换效应 |
| 4.2.2 瘦煤的等压扩散置换效应 |
| 4.2.3 气肥煤的等压扩散置换效应 |
| 4.3 煤的变质程度与等压扩散置换效应的关系 |
| 4.3.1 扩散压力对置换效应的影响 |
| 4.3.2 煤的变质程度对置换效率的影响 |
| 4.3.3 煤的变质程度对等压扩散前后压力变化量的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 5不同变质程度煤的高压注气置换实验 |
| 5.1 实验方法 |
| 5.1.1 实验参数及实验流程 |
| 5.1.2 实验步骤 |
| 5.2 不同变质程度煤的高压注气置换效应 |
| 5.2.1 无烟煤的高压注气置换效应 |
| 5.2.2 瘦煤的高压注气置换效应 |
| 5.2.3 气肥煤的高压注气置换效应 |
| 5.3 煤的变质程度与高压注气置换效应的关系 |
| 5.3.1 CH_4的预吸附平衡压力对置换效率的影响 |
| 5.3.2 煤的变质程度对置换效率的影响 |
| 5.3.3 煤的变质程度对高压注气前后压力变化量的影响 |
| 5.4 本章总结 |
| 6 基于等量注入条件下CO_2对煤中CH_4置换效应的差异性 |
| 6.1 无烟煤的CH_4置换效应对比分析 |
| 6.2 瘦煤的CH_4置换效应对比分析 |
| 6.3 气肥煤CH_4置换效应对比分析 |
| 6.4 不同变质程度煤的CH_4置换效果差异性分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（9）连续与间歇注空气驱替煤层气机理及实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 背景及意义 |
| 1.2 注气驱替煤层气研究现状 |
| 1.2.1 煤层气吸附解吸研究现状 |
| 1.2.2 注气驱替煤层气研究现状 |
| 1.3 存在的主要问题 |
| 1.4 研究内容与技术路线 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 技术路线 |
| 第二章 注气驱替煤层气机理及工艺模式 |
| 2.1 注气驱替煤层气机理 |
| 2.2 注气驱替煤层气工艺模式 |
| 2.2.1 工艺过程 |
| 2.2.2 煤岩渗透性 |
| 2.3 注气种类选择 |
| 2.3.1 气体分子的极性 |
| 2.3.2 煤对气体分子的吸附作用力 |
| 2.3.3 煤对不同气体的吸附能力 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 煤岩吸附单组分气体特征及模型适用性研究 |
| 3.1 煤岩吸附实验 |
| 3.1.1 实验系统与实验方法 |
| 3.1.2 样品采集与制备 |
| 3.2 小尺度(粒径0.075~0.5MM)肥煤的吸附实验 |
| 3.2.1 小尺度肥煤对CH_4的吸附实验 |
| 3.2.2 小尺度肥煤对O_2的吸附实验 |
| 3.2.3 小尺度肥煤对N_2的吸附实验 |
| 3.3 大尺度(Φ=40MM)球形煤样对CH_4的吸附解吸试验 |
| 3.3.1 煤样等温吸附解吸试验结果 |
| 3.3.2 煤样吸附模型适用性分析 |
| 3.4 泥岩对CH＿4与O＿2的吸附 |
| 3.4.1 泥岩样品及其吸附实验 |
| 3.4.2 吸附模型适用性分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 三轴应力作用下空气驱替煤层气实验研究 |
| 4.1 含瓦斯煤岩渗透特性 |
| 4.1.1 渗透率概念 |
| 4.1.2 渗透率参数 |
| 4.2 实验系统与实验步骤 |
| 4.2.1 实验系统 |
| 4.2.2 煤岩样品与注气介质 |
| 4.2.3 实验内容与实验步骤 |
| 4.3 原煤样加、卸载过程渗透率变化规律实验研究 |
| 4.3.1 一次加卸载实验 |
| 4.3.2 二次加卸载实验 |
| 4.3.3 渗透率随孔隙压变化规律 |
| 4.4 驱替前后肥煤样渗透率变化规律 |
| 4.4.1 驱替前后对渗透率影响实验结果 |
| 4.4.2 驱替前后引起渗透率实验结果分析 |
| 4.5 驱替方式对驱替效果影响 |
| 4.5.1 连续驱替过程各组分变化规律 |
| 4.5.2 间歇驱替过程各组分变化规律 |
| 4.5.3 不同驱替方式实验结果对比分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 注气开采煤层气物理数学模型及数值模拟研究 |
| 5.1 混合气体的扩散渗流模型 |
| 5.1.1 孔隙裂隙双重介质模型 |
| 5.1.2 混合气体吸附方程 |
| 5.1.3 孔隙中扩散微分方程 |
| 5.1.4 裂隙中渗流微分方程 |
| 5.1.5 辅助方程及边界条件 |
| 5.2 注气开采煤层气数值模拟 |
| 5.2.1 物理数学模型 |
| 5.2.2 模拟参数 |
| 5.2.3 数值试验模型及方案 |
| 5.3 数值模拟结果及分析 |
| 5.3.1 煤层渗透率变化规律 |
| 5.3.2 煤层压力随孔隙压变化规律 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 双柳煤矿3#煤层空气驱替煤层气工业性试验 |
| 6.1 双柳煤矿矿井概况 |
| 6.1.1 222工作面地质概况 |
| 6.1.2 掘进期间煤层气抽采 |
| 6.2 空气驱替煤层气试验 |
| 6.2.1 驱替煤层气试验方案 |
| 6.2.2 试验设备 |
| 6.2.3 试验步骤 |
| 6.3 试验结果及分析 |
| 6.3.1 对照试验孔瓦斯流量 |
| 6.3.2 间歇注气驱替孔瓦斯流量 |
| 6.3.3 连续注气驱替孔瓦斯流量 |
| 6.3.4 对比分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 论文主要创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 研究生期间发表的论文及参与的科研项目 |
| 论文独创性说明 |
（10）煤岩气藏注入CO2/N2实验及数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究目的及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 煤岩孔隙结构 |
| 1.2.2 煤岩对气体的吸附特性 |
| 1.2.3 煤岩吸附气体膨胀及性质变化 |
| 1.2.4 注气开发煤层气的成功案例 |
| 1.3 存在的科学问题 |
| 1.4 研究内容及技术路线 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 研究方法和技术路线 |
| 1.5 论文创新点 |
| 第2章 宁武盆地9号煤层物性及孔隙结构 |
| 2.1 宁武盆地9号煤层地质简况 |
| 2.1.1 煤层岩性特征及沉积环境 |
| 2.1.2 煤层埋深及厚度 |
| 2.1.3 煤层顶底板及含气性 |
| 2.2 煤岩孔渗特征及矿物组成 |
| 2.2.1 煤岩孔渗特征 |
| 2.2.2 煤岩矿物组成 |
| 2.3 煤岩孔隙结构表征 |
| 2.3.1 薄片分析 |
| 2.3.2 扫描电镜分析 |
| 2.3.3 CT扫描分析 |
| 2.3.4 液氮吸附分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 煤岩对CO_2、CH_4、N_2及多元气体吸附实验与分子模拟研究 |
| 3.1 煤岩对单组分气体吸附特性 |
| 3.1.1 煤岩工业分析 |
| 3.1.2 煤岩等温吸附实验 |
| 3.1.3 煤岩吸附气体表面能变化 |
| 3.2 煤岩对多元气体的吸附特性 |
| 3.2.1 配制混合气体原理和方法 |
| 3.2.2 实验步骤 |
| 3.2.3 多元气体吸附实验 |
| 3.3 煤岩对气体吸附的分子模拟 |
| 3.3.1 煤岩大分子结构模型建立 |
| 3.3.2 分子模拟方法 |
| 3.3.3 分子模拟结果及分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 气体吸附对煤岩渗流及力学性质的影响 |
| 4.1 气体吸附对煤岩渗透性的影响 |
| 4.1.1 实验煤样制备 |
| 4.1.2 实验仪器 |
| 4.1.3 气体吸附对煤岩渗透率的影响 |
| 4.1.4 应力-应变过程中煤岩吸附气体对渗透率的影响 |
| 4.2 气体吸附对煤岩力学性质的影响 |
| 4.2.1 实验煤样制备 |
| 4.2.2 力学实验装置 |
| 4.2.3 实验步骤 |
| 4.2.4 实验结果及分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 混合气体驱替煤层甲烷过程模拟 |
| 5.1 实验装置及实验条件 |
| 5.2 甲烷饱和自然降压解吸实验 |
| 5.2.1 实验步骤 |
| 5.2.2 实验结果及分析 |
| 5.3 注气驱替煤层甲烷实验 |
| 5.3.1 实验步骤 |
| 5.3.2 实验结果及分析 |
| 5.4 注气驱替煤层甲烷数值模拟 |
| 5.4.1 数学模型 |
| 5.4.2 数值方法与参数设置 |
| 5.4.3 模拟结果 |
| 5.4.4 驱替效果评价及最优注气方案设计 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论与建议 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 建议 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的学术成果及科研情况 |
四、注气提高煤层甲烷采收率机理及实验研究（论文参考文献）
- [1]CO2驱替煤层CH4影响因素研究及现场应用分析[D]. 刘洋. 西安科技大学, 2021(02)
- [2]应力作用下煤体注入混合气体置换驱替甲烷规律研究[D]. 薛阳. 山东大学, 2021(09)
- [3]CO2注入条件对高阶煤储层煤层气驱替效果影响研究[D]. 谢红. 中国矿业大学, 2021
- [4]深部无烟煤储层CO2-ECBM的CO2封存机制与存储潜力评价方法[D]. 韩思杰. 中国矿业大学, 2020
- [5]基于数字岩石物理技术的无烟煤储层CO2-ECBM流体连续过程数值模拟研究[D]. 方辉煌. 中国矿业大学, 2020(01)
- [6]不同吸附能力的气体对煤中CH4的置换效应及其差异性研究[D]. 吕宝艳. 河南理工大学, 2020(01)
- [7]基于渗透率动态变化的注气驱替CH4实验及数值模拟分析[D]. 丁智奔. 河南理工大学, 2019(08)
- [8]基于等量注入条件的CO2对煤中CH4的置换效应研究[D]. 梁龙辉. 河南理工大学, 2018(01)
- [9]连续与间歇注空气驱替煤层气机理及实验研究[D]. 李元星. 太原理工大学, 2017(10)
- [10]煤岩气藏注入CO2/N2实验及数值模拟研究[D]. 周来诚. 西南石油大学, 2015(08)