【摘 要】
：
压裂增产煤层气技术是一种有效储层增渗技术,作为主要压裂增产技术之一的水力压裂在工程应用中存在诸如:裂缝形式单一、成网困难、水污染严重等问题。当前,超临界CO2压裂作为新兴技术具有裂缝扩展形式多样、成网能力强、近乎零储层伤害等特点备受关注。同时,超临界CO2与煤体作用过程中可溶蚀萃取煤中部分有机质,致使煤体化学结构与力学特性发生改变。为在压裂过程中充分体现超临界CO2化学-力学改造煤体效能,本文预先
论文部分内容阅读
压裂增产煤层气技术是一种有效储层增渗技术,作为主要压裂增产技术之一的水力压裂在工程应用中存在诸如:裂缝形式单一、成网困难、水污染严重等问题。当前,超临界CO2压裂作为新兴技术具有裂缝扩展形式多样、成网能力强、近乎零储层伤害等特点备受关注。同时,超临界CO2与煤体作用过程中可溶蚀萃取煤中部分有机质,致使煤体化学结构与力学特性发生改变。为在压裂过程中充分体现超临界CO2化学-力学改造煤体效能,本文预先开展了煤超临界CO2溶浸试验,采用气相色谱-质谱检测技术、傅里叶变换红外光谱检测技术、低温液氮吸附技术以及渗透率测试技术等分析了溶浸过后萃取液中有机成分随溶浸时间变化规律、萃余煤官能团结构变化、煤微观孔隙结构变化规律以及煤体渗流特性演变规律等。随后,开展了预浸泡-压裂煤体实验、超临界CO2与Nano-silica耦合压裂实验,借助于压力-时间曲线、裂缝表面扩展图像等与单一超临界CO2压裂进行比较,探究了预浸泡以及Nano-silica的添加对起裂压力、裂缝扩展延伸等变化的影响。实验结果表明:煤超临界CO2溶浸过后萃取得到的有机物种类数量随溶浸时间的延长3天时先增加至30种,7天时降至9种。短期溶浸（≤3天）过程中,煤中提取出的低分子芳香烃、脂肪烃类化合物占比较高,约为51%～55%。其中,C分子量小于10的芳香烃化合物3天时的百分比含量高达38.32%。而长期溶浸（>3天）后萃取得到的醇类及酯类等含氧化合物的相对含量约为60%～85%。其中,醇类物质相对含量由3天时的24.34%逐渐降至7天时的3.89%;而酯类物质主要以C>20系列的邻苯二甲酸酯为主。同时,超临界CO2降低了煤中芳香官能团以及含氧官能团的含量,引起相应特征吸收峰强度降低。故超临界CO2溶浸作用可改变煤化学结构。煤中孔容及比表面积随溶浸时间延长均有不同程度的增加。其中,短期溶浸（≤3天）过后,煤孔隙口颈处、孔隙内表面的有机物分子得以被提取,引起大量微孔向中孔及大孔方向转变,中孔孔容、比表面积持续增大,总孔容及比表面积呈现不断增加的趋势。而长期溶浸（>3天）过程中,孔隙受压缩现象明显,微孔孔容及比表面积显著增大,引起总孔容略微下降,但总比表面积仍持续上升。此外,煤样平均孔径在短期溶浸过后不断增大,3天时的最大增幅为17.53%;同时,煤样吸附量随比表面积的增加而不断增大,且3天时最大吸附量可达原煤的2.60倍。煤体渗透率随溶浸时间的延长不断增大。短期溶浸（≤3天）过后,受煤中有机质的溶解以及煤基质膨胀形成新裂缝能力的影响,渗透率增速较大;而长期溶浸过后,煤孔隙体积压缩,有机物运移受阻,渗透率增速放缓。7天溶浸过后,2～6MPa孔隙压力下,煤体渗透率增大至原煤的4～7倍,最大渗透率值较原煤提高了1个数量级。煤体预浸泡（3天）后部分有机质的提取改变了煤化学结构,引起孔容及比表面积的不断增大、煤体渗透率增加、力学特性弱化,体现为煤体起裂压力值的降低。同时,与单一超临界CO2压裂相比,预浸泡-压裂时起裂压力值降低了约8%～19%。此外,煤体预浸泡后可引起层理裂缝的重启及扩展,形成较多连通型“回”字或“工”字裂缝网络。而对于预先存在明显裂缝的煤体而言,6MPa水平应力差条件下,剪切破坏形成的平行层理裂缝及次生裂缝数量较多、延展性较好,裂缝网络结构更复杂。因此,预浸泡-压裂更有利于充分利用超临界CO2化学-力学耦合作用改性增透煤体,形成复杂缝网结构、提高压裂效果。与单一超临界CO2压裂相比,超临界CO2与Nano-silica耦合压裂后,可有效增大孔隙压力,降低煤体有效应力,致使起裂压力值降低了约30%～43%。同时,Nano-silica在超临界CO2压裂煤体过程中可起到支撑裂缝结构、维持裂缝网络结构长期稳定作用。且耦合压裂过后煤样裂缝宽度增加了2～4倍,有效维持了压裂效果。
其他文献
本课题项目针对煤矿粉尘灾害,特别是目前大型千万吨矿井建设中综采工作面降尘系统急需在原有喷雾洒水和煤层注水装置中,向水中添加更为有效的降尘剂,以达到充分润湿煤体、煤尘,降低开采、掘进等工作面的煤尘浓度,切实促进安全生产。同时,新型降尘剂还要兼顾低成本、安全、环保、高效等方面的问题。在综合各类降尘剂研究的理论观点基础上,结合本企业实验室和同煤集团矿井工业试验的各类数据,本课题拟开发研制一种集低成本、高
在能源危机和环境恶化的双重背景下,热电材料作为一种能源转换材料受到广大研究者的关注。在众多热电材料体系中,Zintl相Mg3Sb2化合物具有较高的Seebeck系数,较低的热导率,且其成本低廉,组成元素无毒无污染,是一种具有巨大应用潜力的热电材料。本论文从理论计算和实验方面,系统探索了Bi固溶和Pb掺杂对Mg3Sb2化合物的电、热传输性能的影响规律和调控机制,获得的主要结果如下:（1）基于密度泛函
非晶合金独特的原子排列结构（长程无序、短程有序）,使其具有许多传统晶体合金无法比拟的机械性能,譬如,高强度、高硬度和大的弹性极限。正是由于这种独特的原子排列结构,非晶合金室温以非均匀塑性变形的模式发生塑性变形,塑性变形局限于十几纳米宽的剪切带中,非晶合金室温具有极低的塑性,通常以脆性断裂的方式失效。为有效抑制剪切带的扩展,同时促进多重剪切带的相互作用,近年来,人们成功开发了原位内生树枝晶增韧的非晶
刺激响应型荧光材料是一类能够感知外界环境细微变化的材料。机械力、光、热、酸碱以及电压等外界环境的刺激,都会引起这类材料一系列动态可逆的荧光强度以及颜色变化,因此,各类刺激响应型荧光材料被应用于生物检测、化学分析、信息储存以及光电照明领域。传统的有机发光材料因分子间的π-π强相互作用引起聚集诱导效应,使有机材料在固态时发光强度降低,因而很大一部分荧光材料无法被应用于实际领域。因此,设计一类在固态下具
马路上的路灯坏了，路政工作人员需要使用高空作业车给路灯更换灯泡。工作时，工人会站在高空作业车的平台上，被抬升到较高的位置进行高空作业，不仅危险系数高，而且需要多人配合才能完成。更换路灯灯泡时，车辆被高空作业车阻挡，易造成交通拥堵。怎样才能让这项工作便捷又安全呢？我和科技小组的同学上网查阅了相关资料，并走访了更换路灯的师傅，经过反复探究，我设计了一款折叠旋转便捷更换的路灯。
文本相似度计算是文本挖掘过程中的一项关键技术,被广泛应用于文本分类、机器翻译、搜索引擎、抄袭检测、自动问答等领域。目前应用最广泛的文本相似度算法是基于向量空间模型的相似度算法,但该算法存在词语权重不合理的问题,并且忽略了词语的语义。本文将在传统向量空间模型算法的基础上对文本相似度算法进行改进,并将其应用在了文本分类中。本文的主要工作如下:（1）针对传统文本相似度算法存在词频权重过于单一而无法有效提
润滑脂具有优良的润滑性能、好的密封性、润滑寿命长等优点,可以有效地减小摩擦,降低磨损,延长设备使用寿命。润滑脂是由基础油、稠化剂和添加剂组成的半固态非牛顿型流体。稠化剂构成了润滑脂的基础骨架,约占润滑脂组成的5～25 wt.%。稠化剂在很大程度上决定着润滑脂的理化性能和润滑性能。锂基润滑脂是当前应用最广泛的润滑脂,但是近年来锂电池工业的迅猛发展使得锂资源日益紧缺,严重影响到锂基脂的发展。因此,开发
压裂技术的发展与应用极大地提高了全球煤层气的产量。我国拥有丰富的煤层气资源,但煤层气资源主要分布在水资源缺乏地区,水力压裂增渗的方法受到一定限制。由于超临界CO2具有高密度、低黏度和较高扩散系数等特性,超临界CO2压裂相对于水力压裂,不仅节约水资源、无污染、压裂液返排彻底,又具有起裂压力低、裂纹复杂等优点,可用于非常规油气资源开采。对于深部碎软储层,煤层直接压裂的增渗效果不好,可采用顶板向煤层射孔
随着国民经济的发展,石油天然气资源用量不断增大。为确保能源安全,我国油气田开采重点呈现西进态势,西南、西北等地油气田勘探量、产量均大大增加。我国西部油气田主要油藏特征是腐蚀性介质CO2、H2S和氯离子含量较多,腐蚀环境复杂,需要大量使用不锈钢等耐蚀合金材料油套管。本文利用太钢现有生产设备以及检测设备,研制符合ISO 13680标准的UNS S41426材质不锈钢油套管,并对其耐腐蚀介质、腐蚀环境的
复合材料板因其优异的力学性能和可设计性而被广泛应用于各类工程和民用领域中,其屈曲问题的研究一直都受到广大学者关注。目前关于复合材料板静力屈曲问题的研究已较为充分,但动力屈曲的研究仍充满挑战。本文研究了阶跃荷载作用于复合材料板的屈曲行为,研究内容主要包括:（1）基于Kirchhoff薄板理论,考虑应力波效应,分析受阶跃荷载作用的复合材料薄板的振动屈曲问题。首先,利用Hamilton原理建立考虑应力波