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二氧化碳和氦氣對煤潤濕性的影響研究

從圖1中可以看出,隨著煤粉吸水飽和時間的增加,毛管束縛水峰值向左偏移,峰面積逐漸減少,而吸附水峰面積則逐漸增大。

【土木專欄】二氧化碳和氦氣對煤潤濕性的影響研究

煤的潤濕性是研究煤儲層的重要物化參數,煤的潤濕性研究除在煤化工、煤礦開采及安全生產中的應用外,在煤層氣開采中也具有重要意義。

何謂潤濕性?

潤濕性是指一種流體在有其他非混相流體存在時,其在固體表面流動和優先粘附或者潤濕的能力。其基本原理是界面附近流體與固體、流體與流體分子間的相互作用。因此,在開采過程中準確快速判斷煤的潤濕性,對煤層氣的增產有重要的指導意義。

測定煤潤濕性方法

煤潤濕性常用測定方法


煤潤濕性常用測定方法


上述各測定方法均存在一定的局限性,對于低孔低滲的煤樣,通常以驅替為基礎的離心泵法和Amott法,但驅替效果并不明顯,且測量費時;另外,大多數方法針對的是液體的潤濕性,而并不適用于氣體的潤濕性。這就需要一種新型、快速、無損的方法來彌補上述方法的不足。
LF-NMR技術無疑為不二之選,可以通過觀察核磁共振T2圖譜中吸附水、毛管束縛水和自由水的狀態之間相互轉化,進而可以判斷其潤濕性的改變程度。


核心觀點:為研究煤對水、CO2和He氣的相對潤濕性,利用LF-NMR技術分析不同條件下的濕煤粉飽和水過程,同時采用不同性質的氣體對飽和水煤粉進行氣驅水試驗,進一步探討不同性質的氣體對煤-水體系潤濕性的影響。

試驗方法

1.樣品制作與試驗過程


選取低階煤,鏡質組最大反射率為0.81%。試驗前,將煤樣磨制呈200~250μm,放入110℃的空氣干燥箱內干燥直至恒重,完成樣品的預處理。具體實驗流程如下圖所示。

試驗流程圖1

2.試驗主要設備

試驗所采用的儀器為全直徑巖心核磁共振成像分析系統,該儀器裝置中的密封罐( 盛裝濕煤粉) 以及高壓樣品罐( 盛裝CO2和煤-水反應)均為無磁材料研制而成。試驗具體參數設置詳見文獻。

試驗結果

1.煤潤濕性特征

圖1 濕煤粉自然飽和水過程中T2譜的變化曲線捕鱼棋牌


圖1 濕煤粉自然飽和水過程中T2譜的變化曲線

從圖1中可以看出,隨著煤粉吸水飽和時間的增加,毛管束縛水峰值向左偏移,峰面積逐漸減少,而吸附水峰面積則逐漸增大。

2.不同氣體對煤潤濕性的影響

圖2 濕煤粉在4MPa壓力CO2條件下飽和水的T2譜變化曲線


圖2 濕煤粉在4MPa壓力CO2條件下飽和水的T2譜變化曲線

從上圖可以看出,核磁共振T2譜為雙峰結構,隨著吸水時間的增加,吸附水峰的面積逐漸增加,毛管束縛水峰向左緩慢移動,峰面積有所降低,但不明顯。

圖3 濕煤粉在4MPa壓力He條件下飽和水的T2譜變化曲線捕鱼棋牌

圖3 濕煤粉在4MPa壓力He條件下飽和水的T2譜變化曲線

分析上圖可知,在初始時刻為雙峰結構,隨著吸水時間的增加,吸附水峰面積逐漸增大,而毛管束縛水峰也向左緩慢移動,最后大部分消失轉變為吸附水峰。

不同條件下各相態水分含量之間是如何轉變,及轉變的程度如何,T2時間又是如何變化的,請看下圖

圖4 不同條件下各相態水質量分數和T2隨時間變化

圖4 不同條件下各相態水質量分數和T2隨時間變化

3.飽和水煤粉的氣驅替水試驗-CO2氣體驅替

圖5 飽和水煤粉的CO2驅替試驗的T2譜變化特征

圖5 飽和水煤粉的CO2驅替試驗的T2譜變化特征

分析上圖可知,當飽和水煤粉浸沒在不同壓力的CO2中時,煤粉的核磁共振T2譜圖由初始飽和水的單峰結構變為明顯的雙峰結構。隨著CO2氣體壓力增大,吸附水峰面積減小,同時形成一個新的毛管束縛水峰,并逐漸向右偏移,即煤中吸附水轉變為毛管束縛水。當煤粉含水量增高,吸附水達到飽和的極限,多余的水則停留在毛管孔隙成為毛管束縛水。

圖6 飽和水煤粉CO2驅替過程中吸附水和毛管束縛水質量分數和T2變化

圖6 飽和水煤粉CO2驅替過程中吸附水和毛管束縛水質量分數和T2變化

3.飽和水煤粉的氣驅替水試驗-He氣體驅替

圖7 He氣驅替試驗的T2譜特征曲線捕鱼棋牌

圖7 He氣驅替試驗的T2譜特征曲線

從上圖可以看出,充入不同壓力的He,飽和水煤粉的核磁共振T2譜基本不變。這表明,He氣為一種非吸附性氣體,不具備與水分子競爭吸附的能力,對煤的潤濕性沒有影響。

5.實驗結論

捕鱼棋牌(1)在水濕煤樣中,CO2具有改變煤的水潤濕性的作用,且在試驗壓力范圍內隨著CO2注入壓力的增大,其作用增強。而氦氣不具有改變煤水潤濕性的能力。

捕鱼棋牌(2)不同性質的氣體對煤的水潤濕性改變的程度不同,主要是因為煤對不同氣體的吸附能力不同造成的。

(3)注入CO2氣體會降低煤對水的潤濕性,有利于煤儲層水相滲透率的改善,對于提高煤層氣采收率具有重要的實際意義。

參考文獻:
陳基瑜,姚艷斌,孫曉曉,謝松彬,郭威.二氧化碳和氦氣對低煤階煤煤潤濕性的影響研究[J].煤炭科學技術,2015,43(11):129-134.

紐邁小編:小K.歡迎留言,索取原文!

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