地球气体运移与地热资源形成机制研究

通过多年地热钻探工程实践认为:在传统地热系统“热、通、储、盖”理论指导下,采用水文地质调查和地球物理勘探方法进行地热资源靶区和井位选址,存在着钻井风险大、勘查成果远不及预期等问题,特别是随着地热勘查深度的增加,其问题愈发严重。针对以上问题和地球气体相关文献,结合地热钻探工程实践,阐明了地球内部存在着巨大高温高压气体,地热、油气及煤系气等能源资源的形成与地球气体的运移密切相关,地热资源的形成主要是深部气体起到携带和驱动(介质和动力)作用,并在一定地质环境和空间富集。在此基础上重新建立了水热型地热资源成藏模式,有对流型、传导型和对流-传导复合型3种。并提出在传统地热系统理论基础上,进一步实现地热理论创新、建立地球气体动力学学科,使地热系统理论更加科学和完善,从而为地热资源的持续稳定开发利用提供可靠的理论依据。

填埋场释放气体运移数值模型及应用

以多孔介质流体动力学理论为基础 ,在考虑填埋场内气体压力变化较小、相应气体密度变化小的情况下建立了填埋场释放气体运移数值模型 .该模型具有适用范围广的特点 ,如边界形状任意、介质性质空间变化 .模型中考虑了填埋场中介质含水量变化对气体运移的影响 .利用本数值模型对无控制系统和有控制系统时释放气体运移进行了对比模拟分析 ,给出了有水平气体控制系统时的优化排气量并得出相应的释放气体收集率 ,可为填埋场释放气体控制系统的设计及环境影响预测和评价提供理论依据 .

填埋场中气体运移的非稳定耦合渗流数学模型

基于多孔介质渗流力学和流固耦合理论,建立了填埋场内挥发性气体在土壤中迁移气-固耦合数学模型,并根据数学模型的非线性特性,采用摄动法求出模型的拟解析解。通过解析求解研究了挥发性气体在土壤中耦合与非耦合渗流情况下孔隙压力分布动态特征,为预测和预报挥发性气体在土壤中的扩散状况,以及对环境污染的治理,控制污染的扩散提供了理论依据。

基于气体运移规律的增压式真空预压法加固机制分析

针对天津地区高含水率的吹填淤泥,进行不同增压深度的室内增压式真空预压模型试验,结合土中气体运移规律,进行增压机制及加固效果影响因素分析。研究结果表明,采用注气增压方法可以有效加固高含水率吹填淤泥,其中排水板中下部注气增压对土体排水量、沉降量、超静孔隙水压力累积消散量以及十字板强度提升有明显促进作用。加固初期,流塑状态的土体中,注入气体易形成气泡并在浮力作用下快速上升运移,带动深部土颗粒向上运动,形成类似搅拌的扰动,使土体均匀加固;随着土体含水率逐渐降低,气体在土体内部赋存形式以具有一定气压的封闭空间为主,使得注气管与排水板之间的压力差增大;加固后期,注入气体发生断裂形式扩张,导致土体形成微劈裂裂缝,加速土中水的排出,提高了加固效果。

用于填埋场释放气体运移数学模拟的土柱导气实验研究

固体废物填埋场释放气体的产出情况和介质的导气性是控制填埋场气体运移的主导因素。利用松散砂土并考察了填埋场气压变化小的特性进行了导气试验，分析了砂土粒径和含水量对导气性的影响，给出了导气系数与含气率的幂函数关系经验公式，并于空气导气系数与填埋场释放气体系数的转换公式及计算方法，为填埋场释放气体运移研究中介质导气性的确定提供了方法研究。

甲烷羽状流水体声学探测及气体运移通量测算

探测海底天气渗漏活动形成的甲烷羽状流,研究其基本特征和分布,具有重要的资源和环境效益。目前对于海底甲烷羽状流的声学探测主要以船载单波束和分裂波束声呐系统为主,而多波束声呐系统的声学图像分辨率较高,覆盖宽度较大,具有良好的应用前景。对于单个或少量甲烷羽状流气体运移通量的测算,多采用声学原位观测,即通过ROV携带声呐探头或在海底固定安装特定声呐系统的方式实现。对于某一海域海底天然气渗漏总量的测算,多采用走航式声学遥感观测,其核心是建立由甲烷羽状流体积反向散射强度反演其气体运移通量的模型。

MATLAB在垃圾填埋气体运移数值可视化中的应用

本文基于 MATLAB环境对垃圾填埋场的填埋气体运移的非线性耦合模型进行了数值可视化研究 ,对填埋气体在填埋场中的压力分布进行了模拟计算。结果表明 ,填埋气体的压力随垃圾填埋深度的增加而增大 ,随着填埋时间的增加 ,气体压力变化加快 ,气体压力消散程度增大。对垃圾填埋气体运移进行数值模拟不仅可为垃圾气体释放所造成的环境灾害进行评价 。

中俄东线大口径输气管道的投产气体运移规律及注氮量优化

中俄东线天然气管道是外径1 422 mm超大口径天然气管道在国内的首次应用,投产采用氮气作隔离、后续天然气置换的方式。为了进一步明确中俄东线天然气管道在投产过程中各气体的运移规律以及确定合理的注氮量,采用计算数值模拟的方法,建立了基于外径1 422 mm管道的组分输运模型,进行了基于投产实测数据的模型可靠性验证,分析了不同管径、不同初始氮气封存管容比、不同置换速度条件下的气体运移规律,得到了理论最优注氮管容比值。研究结果表明:①天然气置换时,重力因素不可忽略,与小口径管道天然气沿着管道中心线"锥进"不同,中俄东线天然气沿着管段的顶部突进;②天然气置换速度是影响气体运移规律的主要因素,置换速度越快,纯氮气管容比值越大,最终将趋于一个极大值,投产时应适当提高天然气置换速度;③在氮气封存压力为0.02 MPa的条件下,5 m/s、7 m/s、9m/s、15 m/s、30 m/s的天然气置换速度对应的理论最优注氮管容比值分别为7.60%、5.00%、4.50%、4.00%、4.00%。结论认为,该研究成果可为大口径天然气管道的安全、经济投产提供借鉴。

边界元法在填埋场气体运移数值模拟中的应用

基于多孔介质流体动力学理论和边界元法原理,构建了填埋气运移边界元数值模型,进行填埋场内部填埋气的运动规律研究;通过与理想条件下的解析解对比分析,检验了该边界元数值模型方法本身;进行了垂直抽气井设施的填埋场实例气体运动数值模拟,得到了填埋场内部填埋气体的压力分布情况,由此确定了集气井的影响范围.模型精度分析和模型验证结果表明,该模型与解析解的平均相对误差在3%以下,与实测数据的平均相对误差均在10%左右,具有较高的精度;抽气井模拟结果表明,该模型可应用于填埋场气体运移的模拟预测和现场分析,能够为填埋场释放气体控制系统设计和优化提供理论依据.

基于TOUGH+的水合物藏降压开采过程中气体运移规律数值模拟研究

天然气水合物的特征是优质、洁净、储量巨大,其矿床主要蕴藏在陆域的永久冻土或海洋沉积物中,被认为是人类在本世纪最重要的替代能源,对水合物开采的基础研究受到世界各国政府的高度重视,但至今为止,还主要停留在理论研究阶段,尤其是国内还并未找到一种切实可行的水合物开采方法和技术(孙建业等,2009)。在天然气水合物的多种开采方法(包括降压法、热激发法、添加化学抑制剂法、CO2置换法、水力提升法等)研究中,降压法被认为是开采天然气水合物藏的一种重要方法,其具有高效益。

非饱和土质覆盖层多组分气体运移机理研究

为研究土质覆盖层中各组分气体的运移规律,进行了土柱注气试验,并通过多组分气体运移理论对试验结果进一步分析。分析结果表明:在注入气体总流量不变的情况下,改变注入气体的组分,会显著影响土柱中各组分气体分布;多组分气体运移理论能较好地预测各组分气体的运移;表观气相渗透系数不是一常数,与气压大小相关;体相扩散是影响各组分气体分布规律的主要因素,通过改变有效二元扩散系数,调整各组分气体分布,可以提高土质覆盖层中甲烷氧化效果。

煤体结构差异对气体运移影响的试验研究

利用自行研制的装置,以氮气模拟瓦斯,以同一压力下压实的不同粒径煤样制作不同煤体结构构造煤;气源以恒定压力向煤体持续注气,使煤体吸附一段时间后,停止注气,打开放气阀,使煤体开始解吸,进行了煤体结构差异对气体运移影响的试验研究。结果表明:构造煤体的气体运移特征有线性渗流和二项式渗流。当组成构造煤体的煤颗粒粒径较大时,在流量达极值前,通过煤体的气体流量随时间的变化成线性关系,此时煤体内气体的运移特征符合线性渗流。当组成构造煤体的煤颗粒粒径较小时,在流量达极值前,通过煤体的气体流量随时间的变化成二项式关系,此时煤体内气体的运移特征符合二项式渗流。试验中大颗粒粒径煤体和小颗粒粒径煤体,在流量达到极值后,通过煤体的气体流量随时间的衰减关系均成二项式关系。

双梯度钻井隔水管中气体运移过程试验研究

双梯度钻井技术是近年来发展起来的一项新技术,可解决深水钻井作业的诸多复杂问题。其中可控钻井液液面系统隔水管中的气体运移是双梯度钻井作业首要考虑的问题,如果处理不当,则会对作业人员、钻机和井构成极大威胁。鉴于此,美国得克萨斯A&M大学的研究人员通过室内试验研究,探讨了钻井过程中隔水管中气体运移的物理过程。试验结果表明:高钻井液流速能够消除单个气泡,形成更加分散的气泡体系,从而有助于气体排出;在低入口流量下,当气体到达三通管处时,气泡尺寸变大,并在较短时间内向上运移至隔水管模型顶部,排出的气体较少;气体运移受排出速率的影响,在高排出速率下,大气泡快速运移至三通管处,然而,一旦气泡运移至排出管线以上的某一点处,运移也相应放慢。试验结论对于推动我国双梯度钻井技术的发展具有重要的参考作用。

海底天然气水合物上覆层甲烷气体运移过程模拟

文章基于有限元的方法,建立了涉及多场耦合等复杂问题的气体运移模型,并且研究了不同工况下甲烷气体的性质及其渗透量的变化。模拟结果表明:致密的上覆层具有封闭性,当存在裂隙等通道时气体运移量会急剧增大;考虑应力-渗流耦合作用后,沉积层会发生变形,导致介质的渗透性降低,甲烷气体的运移受到阻滞,渗流速度减小,得到更加符合实际情况的模拟结果,为天然气水合物的实际开采奠定理论基础。

海底砂土中气体运移过程电阻率监测探针设计与实验

在浮力和动、静压力作用下,海底浅层气会在高渗透性土中发生垂直和水平方向的运移、聚集,诱发地层变形,甚至失稳破坏。为探索一种新型的气体运移过程原位监测技术,实现气致灾害实时监测预警,根据静电场测量原理,设计、制作了点状电极和环状电极两种形式电阻率探针。在分析了两种探针探测精度基础上,以砂土中气体扩散过程监测为例,利用其对3种速率气体运移过程进行连续监测实验。实验结果表明,两种探针电阻率测量误差均小于0.1%。点状电极探针测量灵敏度较高,可准确监测布设点含气量的变化、气体汇聚、消散过程及相应速率;环状电极探针测量灵敏度相对较低,但可监测气体在砂土中的时空运移过程。两种探针各有利弊,都可实现气体运移过程的有效监测。

封闭火区内气体运移规律的影响因素研究

通过参阅国内外相关科研文献,我们可以发现气体成层与火灾的发展趋势联系密切。研究影响气体成层规律的因素为及时控制矿井火灾、实现安全快速灭火,提供了科学依据。通过研究,文章得出了以下结论:火区封闭的先后次序、外部压力等都对封闭火区的气体运移规律产生影响。根据课题研究得出的结论,我们可以安全有效控制和熄灭矿井火灾,减少不安全事故发生。

关于矿井多煤层开采火区气体运移规律与控制技术研究

针对公乌素矿多煤层开采条件及综放重复采动条件下覆岩破坏后,为准确评价火区有害气体对多煤层矿井安全开采的影响程度,采取合理有效的防治有害气体技术措施,以原回采的1604工作面为主要研究区域。进行多煤层重复采动条件下火区体运移规律与控制技术研究。