不同压裂液对煤层气解吸影响的实验研究

煤层气主要以水力压裂的方式来提高产量,压裂过程中入井液与煤岩的接触对煤层气的生产具有较大的影响。与常规气藏不同,煤层气的产出分为解吸—扩散—渗流三个步骤,仅研究压裂液对储层渗透率的伤害不能完全反应压裂液对煤层气生产能力的伤害程度。本文利用自主研制的煤岩解吸分析实验装置,通过逐级降压测试,实时记录不同阶段下压降与解吸速率、解吸量的关系,评价了不同压裂液及添加剂对煤层气解吸扩散过程的影响。结果表明:液体进入煤基质和微割理中,阻碍了煤层气的解吸和运移;由于各种液体表面张力和润湿性的不同,对煤层气解吸伤害最小的是水源水,伤害最大的是微乳剂溶液;与干煤样解吸相比,在压裂液的作用下煤层气的解吸量主要集中在1 MPa以下,解吸速率随着压力的降低不断增大。     

棕壤不同粒径组分对阿特拉津吸附-解吸作用的影响

采用批平衡实验,研究阿特拉津在棕壤不同粒径组分上的吸附-解吸行为.结果表明,阿特拉津在不同粒径组分上的Kf值从大到小顺序为:5～10 μm≈2～5 μm≈<2μm>10～50 μm>50～250 μm.其中,当粒径为<2,2～5和5～10 μm,其吸附作用与土壤颗粒的有机质含量和游离氧化铁铝的量无明显相关性,这种现象可能与土壤有机质的组分、结构特征及有机质与矿物结合的方式有关.阿特拉津在不同粒径组分上的解吸作用均存在不同程度的滞后作用,且均为正滞后现象.其中,尤以在5～10μm粒径上的滞后现象最明显.     

差异成因无烟煤储层煤层气解吸实验研究

对深成变质作用与岩浆变质作用无烟煤物质构成、孔隙发育、比表面积、吸附/解吸对比实验,分析认为,孔隙比例(小孔及以下占96%)是深成变质与岩浆热变质成因的判定标志之一;煤层气解吸率取决于解吸热与吸附热的差值,储层温度在298.15K时,排水降压适合于深成变质无烟煤煤层气解吸的能耗,解吸率高达66%,排水—降压—解吸的排采模式适应于晋城寺河地区煤层气的开发;温度增加5 K,宁夏汝箕沟地区煤层气解吸率提高9%,温度增加10 K,冷水江塘冲地区煤层气解吸率提高12%.温度增加过多,对煤层气解吸率的影响不显著。升温解吸在煤层气开发中作用应受到重视。     

沁南地区煤层气的解吸特征实验研究

通过对沁南地区煤的等温吸附解吸实验，获得30℃时不同压力点煤的含气量数据，并对实验数据进行数学拟合分析，同时考虑两者之间量纲，进而归纳出沁南地区煤层气的解吸量与压力的关系呈幂指数函数关系。     

定压动态瓦斯解吸规律实验

为了研究煤粒瓦斯的解吸规律,设计了恒温定压动态瓦斯吸附解吸实验,提出一种计算瓦斯累积解吸量的方法,即通过测定参考罐和样品罐的压力,计算得到两罐自由空间瓦斯量,连通后得出两罐自由空间瓦斯量分别随时间的变化,进而得到瓦斯累积解吸量随时间变化的实测曲线,研究了同一煤质不同粒径的煤样在不同初始煤粒瓦斯压力下的解吸特性.实验结果表明:煤粒瓦斯累积解吸量的倒数与时间函数成线性关系;同一粒径煤粒初始压力越大,最大瓦斯解吸量越大;相同初始压力条件下,煤粒粒径越小煤粒瓦斯解吸速率越快.该研究成果对预测煤矿瓦斯涌出量具有重要的理论指导意义.     

清洁压裂液对煤岩储层伤害的实验评价

 压裂液进入煤层后会带来一定的伤害,影响煤层气的产量。通过实验研究了清洁压裂液对煤层气解吸扩散和渗流的伤害机制。以沁水盆地煤岩为实验样品,利用自主研究的煤岩解吸装置和全模拟流体模拟微观分布实验系统,测试了清洁压裂对煤岩解吸量和地层水渗透率的伤害程度。研究表明,清洁压裂液对煤岩渗透率的伤害为30%,对煤层气解吸量的伤害率为24%,并且推迟了煤层气开始解吸的时间,降低了解吸的速率。通过电镜扫描、润湿性等测试,明确了清洁压裂液对煤岩的伤害机制。     

沁南地区煤层气的解吸特征实验研究

通过对沁南地区煤的等温吸附解吸实验,获得30℃时不同压力点煤的含气量数据,并对实验数据进行数学拟合分析,同时考虑两者之间量纲,进而归纳出沁南地区煤层气的解吸量与压力的关系呈幂指数函数关系。     

渗透剂溶液水锁效应对瓦斯解吸影响实验研究

 针对回采工作面瓦斯超限问题,利用自主研发的外液侵入条件下瓦斯解吸实验装置,开展了有、无渗透剂溶液侵入条件下的瓦斯解吸对比实验,获得了相关实验数据和瓦斯解吸曲线,据此分析了外液侵入对瓦斯解吸的影响。结果表明,无论有无外液侵入,含瓦斯煤体所处的瓦斯压力水平越高,其瓦斯自然解吸量越大,瓦斯解吸主要集中在前1h内;在外液侵入后,能够在含瓦斯煤体中产生水锁效应,从而降低瓦斯的释放量并延缓瓦斯的释放速度;利用水锁效应防止工作面瓦斯超限具有可行性,可结合实际通过煤层注液和落煤过程中喷洒渗透剂溶液两种途径予以实施。     

不同质量分数渗透剂溶液侵入对瓦斯解吸影响的实验

针对含瓦斯煤体中瓦斯解吸问题,利用自主设计的外液侵入条件下瓦斯解吸测定装置,首次证实了外液对瓦斯解吸促进作用的存在,分析了竞位脱附和毛细静力驱动两方面原因,指出渗透剂溶液对瓦斯解吸的促进效果随着其质量分数的增加而越发明显,以及对瓦斯解吸促进作用只发生在一段时间内的规律,并结合工作面瓦斯抽采提出了提高瓦斯解吸效率的具体措施与实施途径.该研究对解决工作面瓦斯抽采与回采之间在时间上相互制约问题具有一定的参考应用价值.     

阜新盆地煤层气渗流规律实验

以阜新盆地王营煤矿采集加工的原煤煤样为研究对象,利用3轴渗透仪,对煤样的渗透率和有效应力之间的变化关系以及煤样中甲烷渗流规律进行了实验研究.实验结果表明,煤样渗透率具有应力敏感性,渗透率随有效应力的增加呈非线性递减关系,具有负指数规律,这与前人的研究结果吻合较好;在不同围压、含水率情况下,实验得到的甲烷渗流规律曲线具有明显的非线性特征,真实地反映了实验过程中煤体变形对甲烷渗流的作用.考虑有效应力对煤体变形的影响,建立了描述煤层甲烷非线性渗流特征的运动方程,且所建立的运动方程与实验数据具有很好的吻合性,拟合相关系数高达99.6%以上,说明实验方法和建立的运动方程是合理的.     

基于消光法求解颗粒系的平均粒径及粒径分布

为了能够准确快速地求解出微米量级颗粒系的尺寸和浓度,基于消光法测粒原理,利用三波长法来求取颗粒系的平均直径.研究并编制了一种基于Powell算法的最优化方法来模拟颗粒的粒径分布.数值模拟与预先假设基本符合,表明该方法准确,可靠.     

激光法与比重计法粒径分布相关性试验研究

为了建立激光法与比重计法粒径分布试验结果的相关关系,通过系列室内颗粒分析试验,描述了激光法与比重计法的粒径分布曲线特征,并探讨了两者之间的差异,定量给出了2种方法测得的砂粒含量、细颗粒含量以及d30,d50粒径之间的相关性,提出了激光法与比重计法测试结果相互转换的方法.试验结果表明:激光法和比重计法测得的颗粒分布曲线特征受土性影响较大;激光法能够给出更加完整的粒径曲线分布图;2种方法测得的砂、黏粒含量值以及d30,d50粒径值不同,但可相互转换.结合Kerry和Konert等提出的建议,激光法和比重计法的测试结果有可能在土体粒级分类图中实现统一.     

颗粒形状对钙质砂最终级配影响的试验研究

为探究颗粒形状对大剪切应变条件下钙质砂最终级配的影响,采用环剪仪和Morphologi G3对取自我国南海的钙质砂进行了一系列环剪试验和颗粒形状分析。试验结果表明:钙质砂在剪应力作用下发生颗粒破碎导致其级配变化,当环剪的剪应变达到50 000%时,钙质砂级配趋于稳定;级配稳定的钙质砂试样被替换成未发生过破碎的相同级配钙质砂试样后,由于替换前后颗粒的形状不同,导致试样在剪应力作用下继续发生颗粒破碎,试样重新稳定时颗粒级配分形维数相较于原稳定状态时的分形维数有一定程度的增加。     

燃烧过程中铅颗粒粒径分布的实验研究

使用高3.4m、内径0.15m的一维炉实验台,对燃烧中铅颗粒的粒径分布进行了实验研究。铅元素以醋酸铅溶液的形式通过空气雾化引入到燃烧液化石油气的炉膛中。使用切割粒径从0.48～12.63μm的8级Andersen撞击器和切割粒径从0.030～10.0μm的12级静电低压撞击器(ELPI)进行采样,同时对铅颗粒物的质量浓度粒径分布和数量浓度粒径分布进行了测量。使用场发射扫描电镜(FESEM)对铅颗粒微观形貌进行了观察。结果表明,在质量方面,铅颗粒主要集中在亚微米区间,质量浓度的峰值在0.2～0.6μm之间;在数量方面,铅颗粒主要集中在0.03～0.4μm区间,数量浓度的峰值在0.2～0.3μm之间。     

燃烧过程中铅颗粒粒径分布的实验研究

使用高3.4m、内径0.15m的一维炉实验台,对燃烧中铅颗粒的粒径分布进行实验研究。铅元素以醋酸铅溶液的形式通过空气雾化引入到燃烧液化石油气的炉膛中。使用切割粒径从0.48~12.63μm的8级A ndersen撞击器和切割粒径从0.030~10.0μm的12级静电低压撞击器(ELP I)进行采样,同时对铅颗粒物的质量浓度粒径分布和数量浓度粒径分布进行了测量。使用场发射扫描电镜(FESEM)对铅颗粒微观形貌进行了观察。结果表明:在质量方面,铅颗粒主要集中在亚微米区间,质量浓度的峰值在0.2~0.6μm之间;在数量方面,铅颗粒主要集中在0.03~0.4μm区间,数量浓度的峰值在0.2~0.3μm之间。     

利用PIV测量水煤膏雾化粒径的试验研究

建立了垂直式水煤膏雾化试验装置，采用PIV(particle image velocimetry)及二次开发的图像处理软件对水煤膏雾化特性进行了测量，分析了水煤膏雾化颗粒测量的影响因素。PIV测量技术不仅可以用于流场测量，通过对PIV图像的二次处理还可以用于颗粒粒径的测量，为进一步研究水煤膏喷嘴的雾化性能提供了坚实的基础．结果表明，随着气膏质量比的增加，雾化平均粒径降低．当气膏质量比大干0．6时．雾化颗粒质量平均粒径降低的幅度很小．     

改善粒度级配提高大同水煤浆的稳定性

水煤浆是一种重要的可以代油的工业燃料,为了提高水煤浆的稳定性,采用不同的粒度级配,通过湿法成浆工艺制浆,测定了浆体的浓度、粘度和稳定性,提出了一种最佳粒度配比.     

初始含水率对重塑黏土孔压特性影响试验研究

针对具有不同初始含水率的2种重塑黏土进行三轴固结不排水剪切试验(CU试验),得到了不同初始含水率重塑土三轴不排水剪切试验过程中孔隙水压力与轴向应变的关系曲线.通过对孔隙水压力分别随平均正应力和偏应力的变化规律进行深入研究,发现不同初始含水率重塑土归一化孔压u/p'0与有效应力比η之间均呈很好的线性关系.同时采用Balasubramaniam提出的归一化方法能够很好地将给定初始含水率不同固结压力下的孔压曲线进行归一化;而初始含水率与u/p0-η曲线的斜率C之间则呈近似线性减小的关系.最终基于Wood提出的孔压公式,提出了考虑初始含水率影响的孔压系数a的确定方法.     

基于声发射的自振脉冲空化射流实验研究

为增加低渗透性能煤层气的采前预抽取量,提高深部煤层的开采效率,本文采用信号分析法从射流振荡状态研究自振脉冲空化射流特性。基于水声传感技术获取淹没环境中声发射信号,利用频谱分析法研究围压下自振脉冲空化射流冲击砂砖块产生的空化噪声,分析不同压力下随时间变化时主要破坏频率,通过声功率谱（PSD）及空化噪声能量变化探讨冲蚀效果。结果表明,钻孔率随钻孔时间增加而降低且孔深存在临界深度。水中射流脉动的频率范围为11.44 KHz-17.14 KHz,砂砖主要破碎频谱范围为38.74 KHz- 46.05 KHz。随冲蚀时间增大,声发射信号能量强度先增加后降低。此外,射流频谱分析和PSD方法对射流性质的研究提供新的思路及方法。