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超临界二氧化碳驱替煤层瓦斯研究

作　者: 李得飞
导　师: 杨栋
学　校: 太原理工大学
专　业: 采矿工程
关键词: 煤层气超临界二氧化碳吸附解吸资源驱替
分类号: TD712
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

煤层气是煤在变质和演化过程中的伴生产物,也是煤的伴生矿产资源,俗称瓦斯,其主要成分是甲烷,属非常规天然气。合理开采并利用煤层气资源,既能弥补我国能源结构比例不平衡所引起的能源缺失,也是对碳资源的节约与高效利用。能源和环境双重危机日益严重地威胁着人类的生存,世界各国纷纷开始寻求化解这一危机的最佳途径。我国煤层整体上渗透性都比较差,大多属于低渗透性储层,瓦斯采收率非常低。在我国大规模的煤炭生产过程中,绝大部分瓦斯气体直接排放到大气中,既浪费资源又造成环境污染等问题。煤矿上对于瓦斯的抽放主要体现在减小井下瓦斯浓度预防瓦斯事故方面。现阶段有关煤层气的概念正在经历根本性的转变,许多国家不再仅仅把煤矿瓦斯看成是影响煤矿安全生产的不利因素,而是将其看做一种重要的自然资源加以开采利用。本文在注气增产煤层气的基础上,提出超临界二氧化碳驱替煤层甲烷的方法。文中探讨了煤体裂隙、孔隙结构特征以及甲烷气体在其中的储运机理。以超临界二氧化碳流体特有的物理化学性质,注入超临界二氧化碳可以有效改善煤的渗透性,从而达到甲烷的增产目的。针对我国煤层储层现状结合超临界二氧化碳流体较强的溶解能力,采用注入超临界二氧化碳流体增产的方法有着很好的应用前景。超临界二氧化碳驱替煤体内瓦斯时,利用超临界流体对有机质较强的溶解能力,将会溶解煤基质中的部分有机化合物,有效改善了煤的孔隙、裂隙结构,扩增了煤体内瓦斯气体的运移通道,有利于瓦斯的采出。这种技术无污染,低能耗,在实际生产中也易于操作控制,是提高煤层气采收率的理想方法。重点以实验研究的方法,进行了CH4和CO2气体的单相吸附、解吸实验,以实验的方法对比研究了二氧化碳和超临界二氧化碳在甲烷增产方面的驱替效率,超临界二氧化碳驱替效率在常规二氧化碳的基础上成倍增加。在超临界二氧化碳驱替甲烷实验中,分等温、等压两组进行,分别考虑温度和压力对实验结果的影响。从最终实验结果来看,温度对驱替效率的影响大于压力的影响,经一系列实验研究并分析结果之后,选取80℃、8.OMpa为超临界二氧化碳在本实验中煤试件的最佳驱替条件。所以,无论是从增产效率来讲,还是从资源利用、安全生产、环境保护等方面来讲,煤层气是否科学合理的开采及利用都具有现实指导意义。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-18
  1.1 前言  10-11
  1.2 本文研究目的和意义  11-14
  1.3 国内外研究现状  14-16
  1.4 本文主要研究内容  16-18
第二章煤层瓦斯在煤体中的储运规律  18-28
  2.1 引言  18-19
  2.2 煤与瓦斯的形成  19-20
  2.3 煤体的结构特征  20-22
  2.4 煤层气在煤体中的储运  22-26
    2.4.1 煤层气的储存  23-24
    2.4.2 煤层气的运移  24-26
  2.5 本章小节  26-28
第三章超临界二氧化碳对煤的作用理论及原理  28-36
  3.1 引言  28
  3.2 超临界二氧化碳流体  28-30
    3.2.1 超临界流体  28-30
    3.2.2 超临界二氧化碳  30
  3.3 超临界二氧化碳在煤层气开采中的应用研究  30-35
    3.3.1 超临界二氧化碳流体对煤体的作用  31-34
    3.3.2 超临界二氧化碳对煤层瓦斯的驱替作用  34-35
  3.4 本章小结  35-36
第四章甲烷和二氧化碳吸附解吸及二氧化碳驱替实验  36-50
  4.1 引言  36
  4.2 实验介绍  36-38
  4.3 甲烷和二氧化碳在煤体内的单相吸附解吸实验  38-45
    4.3.1 实验样品及制备  38-39
    4.3.2 实验步骤  39-44
    4.3.3 实验结果及分析  44-45
  4.4 二氧化碳驱替甲烷实验  45-49
    4.4.1 实验步骤  45-47
    4.4.2 实验分析及结论  47-49
  4.5 本章小结  49-50
第五章超临界二氧化碳驱替甲烷实验  50-72
  5.1 引言  50-51
  5.2 压力对超临界二氧化碳驱替实验效果的影响  51-64
    5.2.1 实验步骤  51-64
    5.2.2 实验结果分析及结论  64
  5.3 温度对超临界二氧化碳驱替实验效果的影响  64-70
  5.4 本章小结  70-72
第六章结论与展望  72-76
  6.1 主要结论  72-73
  6.2 不足及展望  73-76
参考文献  76-80
致谢  80-82
攻读学位期间发表的学术论文目录  82

超临界二氧化碳驱替煤层瓦斯研究

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