超臨界CO2驅(qū)替開采煤層氣的實驗研究.pdf

1、工業(yè)革命后，由于化石燃料的大量燃燒，大氣中CO2濃度迅速上升，CO2封存技術(shù)作為一種有效的技術(shù)手段已受到世界各國的高度重視。在我國深部存在大量不可采的煤層，這些煤層為CO2地質(zhì)封存提供了廣闊的空間，同時煤層中還蘊含著豐富的煤層氣，因此，利用CO2驅(qū)替煤層中的瓦斯既能夠達到儲存CO2目的又能開采出潔凈的煤層氣資源，一舉雙效。深部煤層的高溫高壓條件，使得注入的CO2極易達到超臨界態(tài)，本文利用兩種大尺寸(100×100×200mm)原煤試件，

2、對超臨界CO2在煤體中的滲透特性和驅(qū)替CH4情況進行研究，并通過兩種煤樣孔裂隙結(jié)構(gòu)差異進行分析。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在50℃、不同體積應(yīng)力(48MPa、54MPa、60MPa)條件下，進行不同滲透壓下超臨界CO2滲透試驗，超臨界CO2滲透率隨滲透壓力升高而增大，隨體積應(yīng)力增大而減小，滲透率值介于0.0066×10-3μm2～0.0312×10-3μm2之間。⑵在超臨界CO2滲透過程中，煤體中儲存的CO2量與注入壓力呈正相關(guān)

3、線性關(guān)系，考慮超臨界CO2密度隨注入壓力升高而增大，煤體中儲存的超臨界CO2實際體積隨注入壓力升高而減小。⑶在超臨界CO2滲透過程中，煤體發(fā)生膨脹現(xiàn)象，在50℃，48MPa的體積應(yīng)力條件下，煤體的體積膨脹百分比與注入壓力和CO2吸附的摩爾量均呈較好的線性關(guān)系;由于注氣方式、煤體內(nèi)部孔裂隙分布差異、平行層理方向和垂直層理方向彈性模量不同、吸附飽和程度等原因，煤體在膨脹過程中會發(fā)生明顯的各向異性。⑷在驅(qū)替試驗中，1＃弱粘煤試件中CH4吸附量

4、和CO2儲存量均高于2＃焦煤試件，分別為2＃試件的2倍和1.5倍;1體積煤體中可儲存10.06～15.50體積的超臨界CO2（換算為標況條件），但由于弱粘煤更強的滲透特性，1＃弱粘煤和2＃焦煤試件CO2儲存率相當，分別為20.05％和20.09％。⑸在超臨界CO2驅(qū)替前兩小時內(nèi)，隨著CO2儲存速率的迅速降低，CH4解吸速率也隨之降低，在試驗時間內(nèi)1＃弱粘煤平均的CO2儲存速率為1.83ml/s是焦煤儲存速率（0.79ml/s）的2.32

5、倍，弱粘煤平均的CH4解吸速率(0.44ml/s)也是焦煤的（0.19ml/s）的2.32倍;兩塊煤的CO2/CH4驅(qū)替置換比也相當，介于4.01～4.13之間。⑹在CH4吸附過程中，煤體體積膨脹百分比與CH4吸附量呈較好的線性關(guān)系，24h吸附過程中，煤體體積膨脹百分比為0.91％，之后注入超臨界CO2，煤體膨脹加劇，煤體徑向應(yīng)變增加更快，煤體徑向應(yīng)變增加0.29％大于軸向應(yīng)變的0.22％，最終驅(qū)替結(jié)束時，煤體體積膨脹百分比為1.72％