煤蒸汽作用下不同粒度、气体压力的解吸特性实验研究

摘要

经济发展的速度日益加快，对资源的需要也更大，能源能否稳定持续供应成为制约着经济稳定快速增长的关键因素而石油、煤炭等高污染粗放型资源污染巨大逐渐不符合我国国情，随着我国对煤矿等粗放型高污染资源的限采资源缺口越来越大而太阳能、风能等新兴能源还是处于研究阶段，利用起来制约条件很多。煤炭开采中伴生的一种清洁型能源煤层气，应该受到足够的重视，因此如何高效率的开发煤层气资源变得极其重要。煤层气是一种伴随着煤炭而产生的并且大部分以吸储的形式与煤岩共同存在的矿物资源，也叫做瓦斯为我们广为所知，成分主以甲烷形式存在。以往的生产不注重煤层气的开采利用，煤层气利用率低一般都会直接排放到大气中，既使得资源浪费又污染了环境。甲烷化学性质遇明火易燃，与空气，煤粉混合容易爆炸是煤矿井下事故频发的一大诱因也是煤矿实时需要监控的一个重要指标。煤层气抽采中煤体渗透性差的难题抽采效果不尽如人意，因此解决渗透性差是关键,很多专家学者做了相关研究，现今水力压裂技术是普遍业内接受认可的提高煤层渗透性技术而水力压裂技术中的水在压裂技术实施过程中又会进入到煤层的孔裂隙中从而抑制煤层气的抽采开发。基于此提出本文研究内容煤层气注蒸汽开采中不同粒度、气体压力下的解吸特性实验研究。对注热水蒸汽开采煤层气，粒度，吸附压力，注水等因素进行研究。并得到下面结论： (1) 粒度对吸附解吸速率的影响通过实验分析表现在随着粒度的减小速率都是增加的，主要是由于粒度的减小，吸附解吸所需的路程变短，使得能够更快的达到平衡。而本文实验尺度下粒度对吸附解吸量上面影响较小，讨论其原因是该尺度下粒度的改变没有从本质上改变孔和缝隙的表面积只对孔容积上面有所影响。因此本文实验中粒度产生的影响主要体现在达到均衡所要用的时间上。 (2) 注水抑制机理：由于煤对水分子，瓦斯，CO2等吸附质的吸附作用都是物理吸附，因此，注水后，煤吸附水分子进入孔隙后，一是会争夺吸附位；二是由于水分子的进入使得渗流通道被堵塞，使得被吸附的吸附质封闭。而且由于高压强注水让孔，缝隙压强变大，从而使孔，缝隙中游离的瓦斯由于水的影响表现为吸附态，从本质上产生抑制效果。 (3)注热强化：对于未注水的强化解吸，随着温度的升高吸附剂的表面活性降低，大量吸附位上吸附质脱离吸附位解吸出来，并且随着温度的升高吸附质获得较大的能量利于突破毛细管力解吸出来。对于进行了注水抑制后注热水蒸汽强化作用分析原因是高温水蒸汽使得由于注水的原因孔隙裂隙中水分加速排出并且此过程中部分水会变为蒸汽与吸附质气体一起排出，由于水相态的变化使得煤通透性增加。此外由于注热使得处于吸附态的气体获得较大能量也利于解吸所以注水抑制后的注热强化解吸仍然高于自然解吸，说明了注热水蒸汽抽采瓦斯的可行性。 (4)通过对实验结果进行拟合得出t0值所反映的解吸时间效应，根据t0值的大小可以得出相比未注热水蒸汽的情形，未注水抑制的强化解吸和注水抑制的注热水蒸汽强化解吸平衡所需要的时间方面有较大的缩短，终态解吸率也得到很大的提高，拟合的t0值与实验规律一致性很好，得出了注热水蒸汽对提高注水后的煤层中煤层气抽采效率的可行性。

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