二氧化碳驅(qū)替煤層瓦斯機(jī)理與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、我國是煤炭工業(yè)大國，煤層瓦斯資源極為豐富，但由于煤層瓦斯儲層普遍屬于低滲透儲層，有別于美國的煤層地質(zhì)條件，不能完全按照美國的煤層瓦斯開采方式進(jìn)行開采。而傳統(tǒng)的煤層氣開采方法采收率低，采氣時(shí)間長，經(jīng)濟(jì)效益差。煤層瓦斯抽采率低的直接后果是煤礦瓦斯災(zāi)害頻發(fā)、采煤效率低、環(huán)境污染等。對于我國絕大多數(shù)煤層滲透率較低的特點(diǎn)和煤礦瓦斯抽采率低的現(xiàn)狀，建議采用CO2驅(qū)替煤層瓦斯，以提高煤層氣產(chǎn)氣速度和采收率。二氧化碳置換驅(qū)替煤層具有CO2煤層地質(zhì)儲存及

2、CH4清潔能源開采的雙贏效益，被認(rèn)為是有較好前景的煤層氣開采技術(shù)。
　　 本文在煤體結(jié)構(gòu)特征與瓦斯賦存機(jī)理研究基礎(chǔ)上，在實(shí)驗(yàn)室對CH4和CO2在煤體的滲透率及二氧化碳驅(qū)替煤體瓦斯進(jìn)行了試驗(yàn)研究。通過煤層氣的儲層特征及賦存、運(yùn)移與產(chǎn)出機(jī)理。煤樣CO2吸附量大于對CH4的吸附量，分析了二氧化碳驅(qū)替煤層瓦斯的機(jī)理與適用性。
　　 滲透實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：CH4在煤體中滲透率與體積應(yīng)力呈負(fù)指數(shù)規(guī)律變化；煤體對二氧化碳的滲透率高于對CH

3、4氣體的滲透率2個(gè)數(shù)量級以上，在瓦斯?jié)舛纫欢ǖ那闆r下增加了混合氣體流量，二氧化碳驅(qū)替煤層氣技術(shù)可以大幅提高煤層瓦斯采收速率。采用大煤樣試件進(jìn)行的二氧化碳置換驅(qū)替煤層瓦斯試驗(yàn)，比較真實(shí)地模擬了煤層孔隙和裂隙中儲存二氧化碳及其驅(qū)替煤層瓦斯的過程。置換驅(qū)替試驗(yàn)結(jié)果表明：隨體積應(yīng)力及滲透驅(qū)替壓力的不同，單位體積煤體可儲存17.47至28.0體積二氧化碳，CO2/CH4置換體積比高達(dá)7.03～13.91；在恒定體積應(yīng)力及滲透壓力條件下，二氧化碳注

4、入、置換、產(chǎn)出能夠平穩(wěn)進(jìn)行；兩種不同煤層瓦斯含量條件與驅(qū)替置換方式下，產(chǎn)出氣體初期CH4含量高達(dá)20～50[％]，隨時(shí)間延續(xù)產(chǎn)出氣體中瓦斯含量有所下降，但仍持續(xù)保持在10～16[％]之間；在二氧化碳注入煤體進(jìn)行置換吸附期間，受競爭吸附及外界溫度的影響，煤體孔裂隙內(nèi)氣體反復(fù)發(fā)生吸附解吸，引起煤體基質(zhì)發(fā)生膨脹收縮；當(dāng)溫度變化幅度較大時(shí)，由溫度升高導(dǎo)致的氣體解吸及膨脹效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣體解吸煤體基質(zhì)的收縮效應(yīng)。
　　 研究結(jié)構(gòu)表明，注入C