• / 14
  • 下载费用:1 下载币  

§2 煤层气储层特征 4-8 [兼容模式]

关 键 词:
167 煤层气 特征 兼容 模式
资源描述:
1煤层气开发理论与技术煤层气储层特征第二章《煤层气开发与开采 煤层气开发与开采》 》2008/12/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 1张遂安教授教授(第(第4 4、、5 5、、6 6、、7 7、、8 8节)节)的化学组成、储层的孔隙与天然裂隙煤层气储层特征第二章2008/12/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 附饱和度与临界解吸压力煤层气开发理论与技术§§ 储层的煤储层的孔渗 孔渗性 性孔渗性2008/12/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 3。孔渗性煤层气开发理论与技术渗透率与样品尺寸的关系§§ 储层的煤储层的孔渗 孔渗性 性2008/12/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 4由于煤的天然裂缝发育特征,较大样品显示出渗透率较高。(透率与测试方法的关系§§ 储层的煤储层的孔渗 孔渗性 性2008/12/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 压降 水箱试验 试率透渗煤层气开发理论与技术§§ 储层的吸附性吸附性2008/12/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 6。吸附性2煤层气开发理论与技术煤对甲烷吸附/解吸的物理化学特征煤田地质界普遍认为,煤中有机质的基本结构单元主要是带有支链和各种官能团的 缩合稠核芳香 系统,支链、官能团与缩合芳香核之间的比例关系影响到煤的化学工艺性质。随着煤化程度加深,基本结构单元中六碳环的数量不断增加,支链和官能团逐渐减少。煤是由碳原子构成的有机固体,煤体相内的碳原子被四周的碳原子吸引,处于 力的平衡状态 。当煤孔隙表面形成,则表面的碳原子至少有一侧是空的,因而出现受力不平衡(煤具有了 表面自由能 )。当孔隙中存在甲烷分子时,甲烷分子就被煤的表面所吸附。煤层气开发理论与技术大量的碳素材料研究表明,煤、焦、炭、炭墨等非晶质高碳物料都是由微晶石墨片或芳核组成,其尺寸大小不等,小的零点几微米,大则几十微米。 墨中 芳香碳层之间的结煤对甲烷吸附/解吸的物理化学特征合能为5.4 kJ/本属于分子间的 范德华力 (用。甲烷因其饱和的成键结构而表现出极大的化学惰性,子化学计算表明,当甲烷吸附于煤的表面时, 最大吸附势仅为 kJ/显然属于一 物理吸附 过程。煤层气开发理论与技术物理吸附与化学吸附的本质差异性 质 物理吸附 化学吸附吸 附 力 范德华力( 化学键力吸 附 热 近于液化热 近于化学反应热煤对甲烷吸附/解吸的物理化学特征吸 附 热 近于化学反应热吸附温度 较低(低于临界温度) 相当高(远高于沸点)吸附速度 快 有时较慢选择性 无 有吸附层数 单层或多层 单层脱附性质 完全脱附 脱附困难,常伴有化学变化煤层气开发理论与技术煤吸附 参数有明确的物理意义。▲ 方程形式简单2008/12/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 10■ :同的作者有不同的结论。▲ 方程形式简单 、使用方便。▲ 虽有误差,可满足工程需要。煤层气开发理论与技术该 论除接 态衡 等之 为V= / ( P)或 P/V=P/L/单分子层吸附、固体有理想的均匀表面、被吸附的分子之间无相互作用、吸附平衡是动态平衡等。主要用来描述 Ⅰ 型等温线。0011)( +=−煤吸附 2/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 11该 理 论除接 受了 平 衡 、固体表面是均匀的 等 假设 之 外 , 认 为吸附是多分子层。 用于超临界状态流体时偏差较大,可用来描述Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型吸附等温线,并可计算多孔性物质的比表面积。吸附势理论 : , 位势大小和把气体在等温条件下从气体压力压缩到饱和压力使之液化所作的功有关。 且不易发生多层吸附或毛细凝结现象, 用范围较宽;])ln(00 ])ln(0煤层气开发理论与技术附势未发生重叠现象,这种现象和吸附剂煤的孔隙结构特点相吻合。煤中孔隙包括微孔、中孔和大孔,总体孔径较大,可以将孔隙看作单一表面处理,因此从理论上分析, 也说明n=1时的 吸附 2/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 12998 )甲烷在煤表面的势能曲线(陈昌国, 2000) 3煤层气开发理论与技术2025拟合曲线误差曲线煤吸附 2/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 13四种方程拟合结果的相对误差曲线不同模型拟合焦煤吸附 ,,((2/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 14((2煤层气开发理论与技术不同煤级煤吸附不同气体的差异性07142128350246810吸附量 /((2/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 15低煤级煤的吸附等温线更接近直线,高煤级煤则具抛物线形态。煤的变质程度越低,其三维网状空间结构越发育,在吸附过程中,当压力较低时,气体分子不足以克服一些交链的阻力进入到这些网状结构中,当压力较高时,气体分子有足够的动力可进入到这些高分子包围的空隙中,称为“固溶现象”。长焰煤 吸附不同气体压力 /附不同气体压力 /它 3种煤较接近。随煤级的升高, 无烟煤 >焦煤 >气煤 >长焰煤。20406080吸附量 /(焰煤气煤焦煤无烟煤2008/12/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 16不同煤级煤对 2的吸附等温线051015200246810压力 /(焰煤气煤焦煤无烟煤不同煤级煤对 (烟煤2无烟煤煤层气开发理论与技术不同煤级煤吸附不同气体的差异性煤样3 16 70 0 9910 70 20 672 0 9737 17 74 36 24 0 7036不同煤级煤样吸附不同气体的2/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 17. . . . - . - . 4 2 8 g, 煤层气开发理论与技术煤层气吸附/解吸过程的差异与解吸作用类型划分煤层气吸附/解吸过程的差异与解吸作用类型划分地质条件下的煤层气吸附过程与开采条件下的煤层气解吸过程的差异差异对比 对比煤层气物理吸附 煤层气物理解吸作用过程吸附偶于煤的热演化生烃、排烃过程之中(是一种“自发过程”)人为的排水一种“被动过程”)2008/12/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 18作用时间吸附是一个漫长的过程以百万年计解吸是一个相对较快的过程以天、以小时计作用条件煤具有很强的吸附能力煤热演化生成的煤层气足以满足煤的吸附煤层在演化中逐步脱水、升温、增压煤具有更强的吸附能力有限的降压和极有限的基质孔隙空间几乎是恒定的温度影响因素 煤质、基质孔隙内表面积等 解吸为游离态的煤层气逸散速度等4煤层气开发理论与技术不同实验煤样对对解吸实验结果表明 ,/ ,实验结果与认识:煤层气吸附/解吸可逆性实验研究煤层气吸附/解吸可逆性实验研究2008/12/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 19/ ,/ ,煤层气的吸附/解吸具有有吸附/解吸过程的可吸附/解吸过程的可逆性逆性和和解吸过程的滞后解吸过程的滞后性性,这是一个问题的两一个问题的两个方面个方面,是物理吸附客观本质的体现。煤层气开发理论与技术煤层气吸附/解吸过程的差异与解吸作用类型划分煤层气吸附/解吸过程的差异与解吸作用类型划分根据不同的煤层气解吸条件和解吸特征,研究者将煤层气(物理)解吸进一步细分为 降压解吸 、 置换解吸 、 扩散解吸 和 升温解吸 等四个亚类。当然,在这四类解吸作用中降压解吸是其中最主要的也是对煤层气产出贡献最大的。( 1)降压解吸2008/12/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 20降压解吸是一种最特征的物理解吸作用过程,也是煤层气开采过程中最最主要的一种解吸作用。降压解吸的基本特征是,被吸附在煤基质孔隙内表面的煤层气分子由于“外界压力”的降低而变得更为活跃,以致于解脱了范德华力的束缚,由吸附态变为游离态。根据目前对降压解吸的基本认识,其解吸行为基本服从朗缪尔方程。煤层气开发理论与技术煤层气吸附/解吸过程的差异与解吸作用类型划分煤层气吸附/解吸过程的差异与解吸作用类型划分根据不同的煤层气解吸条件和解吸特征,研究者将煤层气(物理)解吸进一步细分为 降压解吸 、 置换解吸 、 扩散解吸 和 升温解吸 等四个亚类。当然,在这四类解吸作用中降压解吸是其中最主要的也是对煤层气产出贡献最大的。(( 2)置换解吸置换解吸的本质是未被吸附的其他气体分子或水分子为而置换了处2008/12/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 21置换解吸的本质是未被吸附的其他气体分子或水分子为而置换了处于吸附态的甲烷分子的位置,从而使原呈吸附态的甲烷分子变为游离态,故普遍存在于煤层气开采过程之中。事实上,置换解吸是“优胜劣汰的自然法则”的具体体现。一方面,未被吸附的其他气体分子和水分子,在普遍存在于各种原子、分子之间的范德华力作用下在不停地争取被吸附的机会,以力图达到动态平衡状态;另一方面,气体分子的热力学性质决定了这些被吸附的气体分子在不停地争脱范德华力束缚,变吸附态为游离态。煤层气开发理论与技术煤层气吸附/解吸过程的差异与解吸作用类型划分煤层气吸附/解吸过程的差异与解吸作用类型划分根据不同的煤层气解吸条件和解吸特征,研究者将煤层气(物理)解吸进一步细分为 降压解吸 、 置换解吸 、 扩散解吸 和 升温解吸 等四个亚类。当然,在这四类解吸作用中降压解吸是其中最主要的也是对煤层气产出贡献最大的。(( 3)扩散解吸根据分子扩散 理论, 只要有浓度 差 存在 , 就有分子扩散 运 动 ,这 是2008/12/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 22根据分子扩散 只要有浓度 存在 就有分子扩散 动 是气体分子热力学性质所决定的。研究表明,甲烷气体分子在煤的孔隙内表面得以高度富集,这就与孔隙、裂隙内的流体构成了高梯度的浓度差,这种浓度差迫使甲烷分子扩散,从而造成非常规解吸。基于扩散的普遍存在性,因此扩散解吸也是煤层气开采过程中煤层气解吸的重要的一种作用类型。鉴于扩散解吸的实质是由于浓度差造成的扩散而导致的“解吸”,因此这种扩散的本身是偶于“解吸作用”之中的,是解吸作用与扩散作用的耦合。从解吸的角度,称之为“扩散解吸”。煤层气开发理论与技术煤层气吸附/解吸过程的差异与解吸作用类型划分煤层气吸附/解吸过程的差异与解吸作用类型划分根据不同的煤层气解吸条件和解吸特征,研究者将煤层气(物理)解吸进一步细分为 降压解吸 、 置换解吸 、 扩散解吸 和 升温解吸 等四个亚类。当然,在这四类解吸作用中降压解吸是其中最主要的也是对煤层气产出贡献最大的。(( 4)升温解吸据现代物理化学研究表明 吸附剂对吸附质的吸附量是吸附质 吸附剂的性质及其相2008/12/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 23据现代物理化学研究表明 , 吸附剂对吸附质的吸附量是吸附质 、 吸附剂的性质及其相互作用、吸附平衡时的压力和温度的函数。温度与吸附量呈负相关,与解吸量呈正相关。温度升高,加速了气体分子的热运动,使其具有更高的能力可以逃逸范德华力的束缚而被解吸。有人将温度对解吸速率和解吸量的影响归于影响因素,我们认为温度与压力一样,都是引起解吸的一种动力,应将其定为一种解吸类型。这一类型在煤层气含量测定实验中早已得到证实。我们可以发现,在煤层气含量测定过程中,当解吸罐放入恒温水箱时,即使解吸罐内的压力在升高,煤层气解吸也会加速。在煤层气开采过程中,其温度往往几乎是“恒定的”。这是因为在煤层气开采过程中,无论是煤层气解吸、扩散还是渗流甚至水的渗流,均没有条件引起煤层温度发生重大变化。即使大量产水需要运距离的水源补给,也会在渗流过程中使其温度均衡。煤层气开发理论与技术煤的高压等温吸附实验方法煤的高压等温吸附实验方法((容量法法))中华人民共和国国家标准(())张遂安教授教授中国石油大学(北京) 19560煤层气开发理论与技术当煤样在温度30℃、相对湿度96%条件下,煤中孔隙达到饱和吸水状态时的含水量即称为平衡水分。它和煤质化验中的最高内在水分的定义相似,衡水分对吸附等温曲线的影响图 1 平衡水分对吸附等温曲线的影响共和国国家标准共共煤层气开发理论与技术煤、无烟煤在前 3分变化趋势各不相同,4~5① 分平衡时间在 5 时间对平衡湿度的影响 ( %)煤种第一天第二天第三天第四天第五天第六天第七天第八天褐煤 影响平衡水分含量的因素共和国国家标准共共气煤 衡水分203040平衡水分/% 平衡水分含量和时间的关系010123456789时间 /天褐煤 长焰煤 气煤 肥煤贫煤 贫煤 无烟煤煤层气开发理论与技术●对 30个不同煤级煤样做了室温( 17~32 30为在室温和 30℃恒温下测量平衡水分,置信度为95%时方法之间无显著性差异,它们差值的置信范围: 本标准规定同 一 实 验室 平衡水分测定的 重 现性取值为 衡水分测定 现性取值为对),相对误差不大于 10% ;而不同实验室的再现性,取同一实验室的 对),相对误差不大于 20% 。共和国国家标准共共室温下测量得到的平衡水分,可代替30℃恒温下测量得到的平衡水分。6煤层气开发理论与技术表 2 室温和 30℃恒温下所测平衡湿度的结果 样号 室温温度 /℃ 室温湿度 /% 30℃湿度 /% 差值 样号室温温度 /℃ 室温湿度 /% 30℃湿度 /% 差值 1 6 7 8 9 0 22 5 333 327 006 21 20 6 217 228 011响. 2 3 4 0 5 1 6 2 7 3 8 4 9 5 0 和国国家标准共共煤层气开发理论与技术● 粒度大小影响煤的总表面积,减小气体分子进入到煤粒内部的路程● 国内外研究表明,不同粒度煤样对等温吸附实验测试结果无大影响吸附煤样粒度共和国国家标准共共结论标准规定吸附样粒度为 60目 ~80目煤层气开发理论与技术● 不同煤级的煤吸附能力不同,达到饱和吸附需要的压力不同● 煤的等温吸附实验必须在 定压力下进行 才不会对实验造成大吸附实验压力● 一 定压力下进行 ,的误差。共和国国家标准共共煤层气开发理论与技术吸附实验压力表 3 等温吸附实验煤样的基本参数样品名称 平衡水分 /% 吸附实验压力表 4 不同压力下 4种不同变质程度煤获得的 煤 焦煤 贫煤 无烟煤/中: g, 附量为 g)煤层气开发理论与技术吸附实验压力结论● 在不同压力下,不同变质程度煤 大到小 烟煤 >贫煤 >焦煤 >气煤; 焦煤 >无烟煤 >贫煤。● 在同一温度下,吸附量的大小顺序是:无烟煤 >贫 煤 >焦煤 >气煤;中华人民共中华人民共中华人民共贫● 达到饱和吸附所需要的压力大小顺序是:气煤 >焦煤 >贫煤 >无烟煤。共和国国家标准共共● 煤的等温吸附实验最高实验压力应在 8煤层气开发理论与技术吸附实验压力中华人民共中华人民共中华人民共气煤051015200 2 4 6 8 10 12 14 16压力 / 4 6 8 10 12 14 16压力 / 8 14吸附实验压力表 5 8 14力得到的 4种不同变质程度煤对误差 相对误差 /% 绝对误差 相对误差 /%同压力下吸附曲线对比及误差分析共和国国家标准共共气煤 绝对误差和相对误差都在本标准规定的范围内,这说明吸附实验最高压力为 8煤级吸附基本达到饱和 吸附实验压力•吸附实验压力点的分布原则:•1) 最高压力 =8 6个实验点;最高压力在 812 7个实验点;最高压力> 12 8个试验点。2) 烟煤 附实验压力点的分布原则• : ;无烟煤:在 三个压力点,随后以 和国国家标准共共煤层气开发理论与技术理吸附是放热反应,存在着随吸附温度升高吸附量减小的特点,所以在低温下吸附过程更容易进行•吸附实验温度表 5不同温度下 4种不同变质程度煤的煤 焦煤 贫煤 无烟煤℃ 吸附实验温度气煤04812160246810压力 /30℃40℃ 50℃焦煤051015200246810压力 /30℃40℃ 50℃共和国国家标准共共贫煤0102030400246810压力 /30℃40℃ 50℃无烟煤0102030400246810压力 /30℃40℃ 50℃图 7 不同温度下 4种不同变质程度煤的的吸附等温线8煤层气开发理论与技术吸附实验温度● 随等温吸附实验温度的升高,吸附量呈下降趋势;● 在20~50℃范围内,随温度升高 体略有下降,说明温度对饱和吸附量的影响不大;● 明温度升高解吸过程增强;● 各温度下4种煤的 烟煤>贫煤>焦煤>气煤; 气煤 >无烟煤 >焦煤 >贫煤 。结论: 贫煤 。● 温度对吸附常数的影响主要体现在对 实验应在储层温度下进行。煤层气开发理论与技术吸附平衡是一种动态平衡,吸附平衡时间受煤级、粒度、数量、温度、压力等因素影响煤层气开发理论与技术 不同平衡时间对 积和 种积 /力 /4小时 差值 6小时 24小时 057 0056差值标准差 (9)= 6小时和 24小时平衡后对压力无显著性差异,可相互代替吸附平衡时间替 。● 考虑到不同实验室、不同试验条件及其它影响因素,吸附平衡时间定为不低于 12小时。煤层气开发理论与技术为了验证本方法的可靠性和精密度,对 8个煤样进行了重现性试验,对 5个煤样分别在煤炭科学研究总院西安分院、中国新星石油公司华北石油局 、国 司 ,4个不同吸附实验室做了再现性试验 。共和国国家标准共共煤层气开发理论与技术 重现性试验结果煤种积 /力 /次第 2次第 3次第 4次第 5次第 1次第 2次第 3次第 4次第 9 9 233 (18)=现性 15 96961号(廊坊样) 2号(郑州样) )(西安样)VL/VL/VL/VL/VL/西安( 未效正 )4 西安[1]、郑州[2]、廊坊[3]、美国[4]9 ( 未效正 )§§ 储层的含气性含气性2008/12/12 中国石油大学(北京)煤层气研究中心 50。含气性煤层气开发理论与技术煤层 储集层 储层的含气性从时空配置关系,可以说有煤炭有煤炭资源 资源分布的地方就有煤 分布的地方就有煤层气层气资源 资源分布,只是富集程度 分布,只是富集程度不同而已。主要富集因素是生、储、保,圈、运作用较弱煤层气开发理论与技术煤层气含量测定方法中华人民共和国国家标准张遂安教授教授中国石油大学(北京) 19559层气开发理论与技术1970年最早由法国人后在美国矿业局加速甲烷排放项目研究中采用了此法,称之为直接法。其后被修改完善,美国矿业局(关键性修改,把解吸气煤层气含量测试方法体积测定分为3个部分:损失气:指采样过程中释放出的气体体积,为煤层钻进到样品装罐前逸散的那部分气体。解吸气:指环境温度压力下自然解吸的气体体积,为煤芯装罐以后解吸出来的气体。残余气:解吸结束后,仍然残留在煤层中的那部分气体。将样品粉碎到60层气开发理论与技术1981年,原煤炭工业部煤炭科学研究院抚顺研究所,为适应我国煤田地质勘探的需要,制定了《解吸法测定煤层瓦斯含量暂行操作规程》,故国内煤炭工业界称之为抚顺所瓦斯测定法。煤层气含量测试方法1984年将其作为《煤层瓦斯含量和成份测定方法(解吸法)》行业标准(7 —84)。这种方法在八十年代煤田地质勘探和矿井瓦斯抽放中发挥了积极的作用。九十年代煤炭工业部煤矿安全标准化技术委员会发布了由山东煤田地质局化验室和内蒙古煤田地质局煤炭科学研究所共同修订的《煤层气测定方法(解吸法)》( 77 —94),代替了煤炭工业部颁部的7 —84标准。10煤层气开发理论与技术解吸气测定:1. 解吸间隔:自然解吸时,每间隔一定时间测定一次,其时间间隔依气量大小和罐内压力而定。美国矿业局 第点 5i 其后 10 i 15 i 30 i 60 第 一 点 5其后 m n、 m n、 m n、 m n、120至累计满 8h 。装罐结束第一次测定为 5后每 10153060隔各测定 1h, 120h。连续解吸 8长为 24h。2. 解吸终止限:自然解吸持续到连续7天每天平均解吸量小于或等于10束解吸测定。煤层气开发理论与技术损失气计算方法:
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:§2 煤层气储层特征 4-8 [兼容模式]
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-53049.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开