煤體含水率對(duì)CO2驅(qū)替CH4影響的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、世界的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了數(shù)次變革，18世紀(jì)煤炭替代柴薪，19世紀(jì)中葉煤炭逐漸占據(jù)能源主導(dǎo)地位。20世界60年代初期，大量的廉價(jià)石油和天然氣動(dòng)搖了煤炭經(jīng)濟(jì)，煤炭工業(yè)逐漸衰落，同時(shí)也削弱了煤炭科學(xué)研究，使之處在停滯不前的狀況。之后幾次石油危機(jī)又重新喚起人們對(duì)煤炭的興趣，危機(jī)中石油價(jià)格的驚人上漲，又一次改變了能源結(jié)構(gòu)的面貌，恢復(fù)了煤在能源結(jié)構(gòu)中的地位。到20世紀(jì)80年代，環(huán)境保護(hù)問(wèn)題沖擊著煤炭工業(yè)的發(fā)展和研究進(jìn)程，促使國(guó)內(nèi)外煤炭專家關(guān)注煤在生

2、產(chǎn)燃燒利用過(guò)程中產(chǎn)生的各種有害物質(zhì)，并加快了對(duì)煤炭生產(chǎn)過(guò)程中，煤層中伴生能源甲烷的研究。利用二氧化碳驅(qū)替煤層中的甲烷，既可以地質(zhì)封存溫室氣體二氧化碳，又可以提高清潔能源甲烷抽采濃度，一舉兩得，具有特殊意義。
　　本文利用大尺寸（100×100×200mm）原煤試件，在煤樣含水率為0％、2%、4%、6%、8%條件下對(duì) CH4和 CO2在煤體中的滲透特性和 CO2驅(qū)替CH4進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)自主研發(fā)了MCQ-Ⅱ型試驗(yàn)設(shè)備采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行了

3、分析對(duì)比，主要內(nèi)容如下：
　?。?）在體積應(yīng)力31MPa，溫度25℃，滲透壓6MPa條件下，分別對(duì)1＃和2#煤樣試件進(jìn)行含水率為0%、2%、4%、6%、8%的CH4和CO2滲透性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，含水率8%的氣體滲透率略低于含水率6%氣體滲透率，CH4和 CO2滲透率分別為1.458×10-4md和1.607×10-4md，1.969×10-4md和2.442×10-4md;含水率4%氣體滲透率略低于含水率2%氣體滲透率，CH4和C

4、O2滲透率分別為4.569×10-4md和9.46×10-4md，6.606×10-4md和10.12×10-4md。說(shuō)明氣體滲透率隨著煤體含水率增加而減小，且符合指數(shù)關(guān)系規(guī)律。
　?。?）在25℃，實(shí)驗(yàn)選取了3組條件，分別為滲透壓4MPa，體積應(yīng)力22MPa，25MPa，28MPa；滲透壓4.5MPa，體積應(yīng)力22MPa，25MPa，28MPa；滲透壓5MPa，體積應(yīng)力22MPa，25MPa，28MPa。測(cè)得氣體滲透率隨著體積應(yīng)

5、力增高而降低，符合指數(shù)關(guān)系式；在恒溫25℃，體積應(yīng)力25MPa條件下，測(cè)得滲透壓4MPa，4.5MPa，5MPa，6MPa相應(yīng)的氣體滲透率，結(jié)果表明，氣體滲透率隨著滲透壓增高而增高。滲透壓4MPa時(shí)，甲烷和二氧化碳?xì)怏w滲透率最低，分別為0.020md和0.070463md，滲透壓為6MPa時(shí)，甲烷和二氧化碳?xì)怏w滲透率最高，分別為0.202548md和0.1md。
　　（3）在相同溫壓條件下，煤樣含水率8%的驅(qū)替置換比略高于含水率6

6、%驅(qū)替置換比，分別為31和30.2，煤樣含水率4%驅(qū)替置換比略高于含水率2%驅(qū)替置換比相近，分別為23.4和21.9，煤樣不含水時(shí)驅(qū)替置換比最低，為2.478。說(shuō)明驅(qū)替置換比隨著煤體含水率的增加而增加。
　?。?）CO2驅(qū)替CH4過(guò)程中，測(cè)得煤樣不含水時(shí)出口處CH4氣體所占體積百分比和累積產(chǎn)量最高，驅(qū)替結(jié)束時(shí)出口處 CH4百分比降至20%，CH4累積產(chǎn)出量為6.34L；隨著煤樣含水率增加，出口處CH4體積百分比和累積產(chǎn)量逐漸降低。

7、含水率8%時(shí)出口處CH4體積百分比和累積產(chǎn)量最低，驅(qū)替結(jié)束時(shí)分別為0.3%和0.018L。
　?。?）在CO2驅(qū)替CH4過(guò)程中，隨著煤體含水率的增高，煤樣儲(chǔ)存CO2體積減少。不含水時(shí)煤樣儲(chǔ)存CO2體積為15.707L，含水率增加到2%煤樣儲(chǔ)存CO2體積為1.441L，含水率4%煤樣儲(chǔ)存CO2體積為0.936L，煤樣含水率時(shí)6%儲(chǔ)存CO2體積為0.634L，當(dāng)含水率高達(dá)8%時(shí)，煤樣儲(chǔ)存CO2體積僅為0.558L，僅為不含水煤樣儲(chǔ)存C