瓦斯吸附和解吸过程中温度变化实验研究

介绍了采用实验方法测定煤体在吸附瓦斯和瓦斯解吸到达平衡状态的时间及过程中温度变化，得出了煤体吸附瓦斯过程是放热过程，瓦斯解吸过程是吸热过程：在吸附和解吸过程中，温度变化幅度随压力变化幅度的增加而增加：吸附能力越强的瓦斯气体，在被吸附时放出的热量越多，解吸时吸收的热量也越多等结论，对煤与瓦斯突出过程的热力学研究提供了基本依据。     

煤体单轴压缩过程电磁辐射时-频特征

为提高电磁辐射监测方法的准确性,采用单轴压缩实验方法,分析煤体受载破坏过程电磁辐射时域、频域及波形变化特征,并对其变化机理进行探究.研究结果表明:煤体单轴压缩过程中电磁辐射脉冲数、能量值、波形主频及幅值均与所受应力近似呈正相关关系,煤体受载破裂过程中,电磁辐射的主频与幅值不断增大,并在煤体失稳时达到最大,电磁辐射脉冲数、能量值、主频或幅值的急剧增加可以作为煤体失稳的前兆特征;煤体电磁辐射的频带为1 Hz~500 k Hz,煤体失稳破裂时主频达到最大值202 k Hz,随着加载的进行,频带内各频率幅值分布逐渐集中于主频附近;煤体破裂过程电磁辐射特征变化与外部载荷输入的机械能有关.     

程序升温条件下煤炭自燃特性

通过程序升温实验研究了煤炭的自燃特性，测定了不同粒度煤样在不同温度下产生CO，CO2等气体的浓度，讨论了指标气体的选择，分析了CO，CO2等气体浓度随温度的变化规律，得到了耗氧速度与煤温及煤温及煤体粒度的关系，结果表明，煤体粒度越小，温度越高，则煤氧复合的强度越大，本实验的研究结果对煤矿火灾的防治具有指导作用。     

低频振动对煤解吸吸附瓦斯特性分析

研制了瓦斯吸附/解吸激振及测试系统,并进行低频振动对煤样解吸/吸附瓦斯特性试验。解吸试验发现低频振动能阻碍瓦斯气体解吸;吸附试验显示不同频率对煤样吸附瓦斯的影响不同。解吸试验结果表明,低频扰动增加了煤样内部吸附位,并使气体分子自由程变大,瓦斯扩散速率减慢,不利于气体分子解吸;吸附试验结果认为,低频扰动作用下,煤体温度升高,煤样内部煤分子吸附势垒加深,分子间作用势变大,煤基质外表面瓦斯气体膜破裂加剧同时吸附位增多,这4种因素共同作用下导致不同频率对煤样产生的影响不同。     

掘进面断层附近瓦斯渗流场演化的数值分析

为解决突出煤层掘进工作面遇断层时煤体瓦斯渗流变化异常问题,利用ANSYS10.0数值模拟软件对掘进面断层附近煤体瓦斯压力分布规律进行数值模拟,对比掘进面存在不同断层及无断层条件下瓦斯压力发展变化、压力梯度分布规律.研究结果表明:相同条件下,掘进面遇断层和无断层条件相比,前者瓦斯压力梯度明显高于后者,更容易导致突出灾害发生.     

结构异性煤体渗透率特性

 煤渗透率是研究瓦斯渗流特性及运移规律的关键参数, 而煤体结构各向异性导致渗透率具有明显的方向性。利用煤岩瓦斯渗流试验系统, 对不同变质程度煤样试件在面割理和端割理方向上, 进行不同瓦斯压力下的渗透率测试, 并根据等效驱替原理, 建立各向异性煤体渗透率的计算模型, 数值分析了煤体渗流的定向性特征。结果表明:在煤体面割理和端割理方向, 渗透率均随瓦斯压力增大成负指数减小;面割理方向的瓦斯渗透率与端割理方向相差可超过1 个量级, 且煤的变质程度越高, 差别越明显。随瓦斯压力增大, 煤的瓦斯渗流定向性系数峰值增大, 煤层瓦斯渗透定向性增强。在相同瓦斯压力下, 煤的变质程度越低, 煤层瓦斯渗透定向性越弱。     

煤体瓦斯解吸过程温度场测量研究

为了研究煤体瓦斯解吸过程温度场变化规律,自行设计加工了含有锗单晶的专用瓦斯吸附缸体,研制了瓦斯吸附解吸过程温度场测量实验系统,并应用红外热像仪对不同水分条件下煤体瓦斯解吸过程温度场变化进行了实验测量.应用SAT软件对红外辐射视频信号进行了数据处理,在此基础上应用希尔伯特-黄对红外辐射信号进行EMD分解,有效的去除了红外辐射噪声信号的影响,得到了瓦斯解吸过程煤体表面温度场的变化规律.实验结果表明,煤体对瓦斯的解吸过程是吸热过程,伴随有温度的变化,煤体解吸瓦斯的同时对外吸收热量,从而使煤体的温度下降;瓦斯解吸所造成的温度下降与水分含量大小有明显的对应关系,煤样水分含量越高,则温度降低的越少,温度下降的幅度也越小.对不同水分条件下煤体瓦斯解吸过程温度变化曲线进行了拟合,其温度变化曲线符合指数函数.研究结果对应用红外热像技术进行工作面煤与瓦斯突出非接触式预测预报奠定了理论与实验基础.     

非线性渗流对低渗气藏采收率的影响

 低渗透气藏开发过程中普遍存在非线性渗流,研究非线性渗流对采收率影响对于合理开发此类气藏具有一定意义。选取塔里木某低渗透气藏的岩心开展不同渗透率和含水饱和度条件下的非线性渗流实验,实验表明低渗透气藏存在启动压力梯度和较强的应力敏感性。渗透率越低、含水饱和度越高,启动压力梯度越大,应力敏感性越强,非线性渗流特征越明显。非线性渗流对低渗透气藏采收率有较大影响。启动压力梯度越大、应力敏感性越强的气藏,最终地层废弃压力越高,采收率越低。在低渗透气藏开发部署时,尽量寻找较高渗透率和较低含水饱和度的储层,优先开发。同时,井网加密调整、储层改造、降低含水饱和度也是提高低渗透气藏采收率的有效途径。     

煤与瓦斯突出过程的能量分析

基于煤与瓦斯突出综合作用假说,通过理论分析与实验研究了煤与瓦斯突出过程中煤体弹性能和瓦斯膨胀能做功。利用MTS815岩石力学试验系统,实验研究了不同围压下煤样的三轴压缩试验,得出煤体的单位体积弹性能与体应力之间呈幂函数关系;用自制的瓦斯膨胀能装置,测试了不同含水量、气体压力、密实度条件下煤体中的气体膨胀能,得出气体膨胀能与气体压力呈线性关系,且气体在膨胀过程中对外做功时,系统温度变化在1℃左右,研究表明,煤与瓦斯突出过程可以近似看作等温过程。研究结果深化了对煤与瓦斯突出机理的认识,为能量判据奠定了基础。     

低渗气藏中气体非线性渗流的特征分析

为了对低渗气藏中气体渗流特征有一个清楚和较为准确的认识,采用实验研究的方法,分析了低渗透储层中气体渗流特征。结果表明:在低渗透储层中,气体渗流表现出明显的非线性渗流特征,并且受多种因素影响;有效应力的增加,会导致岩石渗透率降低,气体在地层中渗流越困难;启动压力梯度增大,气体非线性渗流愈明显;滑脱作用越强,越有利于气体的渗流,提高气藏的产能;相同的压力梯度下含水率越高,渗流速度就越低,储层岩石的初始气测渗透率越低。该成果对天然气开采工程具有一定的参考价值和指导意义。     

一种新的考虑启动压力梯度产能方程的建立

The flowing mechanism of a low permeability gas reservoir is different from a conventional gas reservoir,especially for that with higher irreducible water saturation the threshold pressure gradient exists. At present,in all the deliverability equation,the additional pressure drop caused by the threshold pressure gradient is viewed as constant,but this method has big error in the practical application. Based on the non-Darcy steady flow equation,the limited integral of the additional pressure drop is solved in this paper and it is realized that the additional pressure drop is not a constant but has something to do with production data,and a new deliverability equation is derived,with the relevant processing method for modified isochronal test data. The new deliverability equation turns out to be practical through onsite application.     

气藏开采中地层温度及井口压力对井筒流动参数的影响

根据气藏开采过程中气体在井筒内流动的特点 ,得出了单相气体恒速流动状态微分方程组。阐述了不同地层温度与井口压力下井筒气体流动参数的分布 ,并说明了不同地层温度下 ,井口回压对井底流压与产量的影响。结果表明 ,在不同的地层温度与井口压力下 ,井筒底部的气体速度与密度可以高于、等于或低于井筒上部的气体。通过合理控制井口压力可以调整井筒内流体流动状态参数 ,从而合理控制生产压差和产气量 ,以满足气井安全测试与生产的要求。对几口井数据的数值模拟结果验证了地层温度与井口压力对井筒气体流动参数的影响规律。     

基于非吸附平衡的钻孔周围瓦斯压力分布规律

传统钻孔周围瓦斯压力分布规律研究均以煤体对瓦斯的吸附处于平衡状态为基础,但是,瓦斯流动本身就会使得这种平衡被打破。本研究首先对瓦斯流动条件下的吸附平衡性实验方案进行了设计,并开展了相应的实验研究;在此基础上,对处于非吸附平衡条件下的钻孔周围瓦斯压力分布规律进行了研究,得出了钻孔周围煤层瓦斯压力计算表达式。研究结果表明,在瓦斯流动条件下,煤体对瓦斯的吸附作用处于非平衡状态,钻孔周围煤层瓦斯压力随时间基本呈线性规律下降。采用瓦斯压力指标对预抽煤层瓦斯消突效果进行检验,可能出现低指标突出现象,建议改用瓦斯含量指标。     

低渗透煤层气水两相非线性渗流数学模型及计算分析

 在考虑煤层气的解吸和扩散效应及启动压力梯度的基础上,对低渗透煤层气藏流体输运特性进行分析,建立了低渗透煤层气水两相非线性渗流数学模型,推导出非线性渗流阶段气水两相的控制方程组。通过实例计算表明,液相拟启动压力梯度从0.001MPa/m增加至0.007MPa/m,煤层产气峰值下降约15%;不考虑启动压力梯度时的产气峰值量要比液相拟启动压力梯度为0.001MPa/m的产气峰值提升约7%。因此启动压力梯度的存在阻碍了裂隙中流体的流动,对煤层气开发影响较大。     

压降及储层压力与煤变形的相关性研究

为了进一步完善解吸瓦斯煤体变形机理,探讨压降和储层压力对煤解吸瓦斯的影响,采用原煤试件,进行了不同储层压力和压降的煤解吸瓦斯变形实验。实验结果表明,解吸达到平衡所需时间与储层压力及压降呈正相关关系;降压0.3 MPa时,收缩应变随储层压力的增加而减小;降压至大气压时,收缩应变随储层压力的增大而增大,储层压力0.9 MPa的大于储层压力0.6 MPa的大于储层压力0.3 MPa的;当储层压力相同时,收缩应变随压降的增大而增加;当储层压力较小时,大压降储层瓦斯解吸量大于小压降储层瓦斯解吸量。     

酸蚀蚓孔区和气体PVT参数变化对酸压井产能影响分析

 针对酸压过程中形成蚓孔区和气体PVT参数随压力变化的情况,根据压后气体渗流规律变化,基于稳定渗流理论建立了考虑滑脱效应、启动压力梯度、应力敏感共同影响下低渗气藏有限导流垂直酸压裂缝井产能预测模型,并通过实例分析各因素对产能特征的影响.研究结果表明,在高流压阶段PVT参数变化对气井产能影响较小,在低流压阶段PVT参数变化对气井产能影响较大;在PVT参数变化和PVT参数不变化2种情况下,启动压力梯度、应力敏感和滑脱效应各自对气井产能的影响作用差异不大,但作用机制不同;蚓孔区系统的蚓孔长度越长,气井产能下降幅度越大,而蚓孔区渗透率越大,气井产能下降幅度越小.     

煤层温度和应力梯度变化对煤层瓦斯压力计算的影响

针对煤层在地表有露头或出口的情况,根据煤层瓦斯渗流方程,提出了考虑煤层温度和地应力梯度变化的煤层瓦斯压力的计算方法。对某矿井煤层瓦斯的理论计算和实例结果表明：煤层温度和地应力梯度变化对煤层瓦斯压力有较大影响,对于深部开采煤层和高温矿井,考虑地温和地应力梯度的影响,将使所确定的煤层瓦斯压力值更准确。     

电磁辐射信号的小波变换去噪研究

重点分析了实验室实验过程噪声的来源和特征,并利用小波变换的多尺度分析和非线性软门限方法对噪声进行了滤除。结果表明,实验室的噪声主要有固定频带的干扰和随机白噪声两种;对固定频带的噪声可以通过小波变换的多尺度分析进行有效滤除,对白噪声可以通过非线性软门限方法进行有效滤除,得到真正有用的信号。噪声滤除对于分析煤岩电磁辐射信号规律具有重要的意义,可以为现场利用电磁辐射监测技术预测煤岩动力灾害现象提供更加准确可靠的信号。     

考虑应力敏感的致密气井压裂前后变泄气半径及产能研究

致密气井的泄气半径和产能会受到应力敏感和启动压力梯度的影响,利用边界压力梯度极限法,考虑应力敏感和启动压力梯度,建立了气井压裂前后的泄气半径及产能计算公式。通过实例验证了公式的准确性;同时分析了应力敏感、启动压力梯度、井底流压、裂缝长度对泄气半径和产能的影响。结果表明:泄气半径随井底流压、应力敏感系数、启动压力梯度的增加而降低;随裂缝长度的增加而增加,其中启动压力梯度的影响比应力敏感大。应力敏感对产能的影响大于启动压力梯度,变泄气半径下的产能随应力敏感系数的增加而降低,随裂缝长度的增加而增加;但产能变化幅度均小于定泄气半径。研究对致密气井泄气半径和产能的准确预测及提高采收率具有重要的意义。     

安徽芦岭煤矿Ⅱ88采区瓦斯地质规律

根据构造、层序、瓦斯压力、瓦斯含量、瓦斯涌出量等多因素分析了安徽省宿州市芦岭煤矿Ⅱ88采区瓦斯地质规律,并建立了运动学模型和压力梯度计算模型。芦岭煤矿区域构造上由于徐宿弧形构造和双重构造2方面因素,造成其相对于临宿矿区其他矿井的构造应力更集中,瓦斯压力较大、含量较高,突出灾害危险性严重。层序上,芦岭矿井第8煤层发育在最大海泛面时期,为层序内最厚的稳定煤层,顶底板圈闭性良好,瓦斯富集。Ⅱ88采区以采区中部的F14正断层为界划分为东、西2个瓦斯地质单元,分别具有不同的瓦斯压力梯度。东部瓦斯地质单元是F14断层下盘,海拔高度较高但瓦斯压力高,而西部单元(断层上盘)海拔高度较低但瓦斯压力低,与正常瓦斯地质规律相反,初步分析与正断层F14上盘煤层顶板在拉张运动过程中被破坏有关。