不同注气压力下CO_(2)驱替置换CH_(4)试验研究

现有的CO_(2)驱替置换CH_(4)研究大多针对微观的注气驱替机理和宏观的驱替置换效率影响因素方面,且多为模型层面的理论分析或模拟试验层面的多因素分析,具有针对性的物理模拟试验及量化分析较少。针对上述问题,利用注CO_(2)气体驱替煤层CH_(4)试验系统,研究了不同注气压力下的驱替过程中煤体内CO_(2)驱替CH_(4)的渗流扩散演化规律和时变特性,分析了全过程中出气口CO_(2)、CH_(4)浓度、累计CH_(4)驱替量及驱替置换比等方面的变化规律,利用物理模拟试验探究注气压力对驱替置换效率的影响规律,并进行了量化分析。试验结果表明:①不同注气压力下的CO_(2)、CH_(4)气体浓度变化趋势基本一致,可划分为原始平衡阶段、动态平衡阶段和新平衡阶段3个阶段,随着注气压力依次增大,CO_(2)、CH_(4)气体打破原始平衡阶段的时间逐渐缩短,动态平衡阶段时间增加,而新平衡阶段的时间大致相同。②不同注气压力下,累计CH_(4)驱替量随着注气时间的增加而增加,增加速率先快后慢,最终趋于定值。注气压力由0.6 MPa升至1.4 MPa,累计CH_(4)驱替量增加,驱替置换比由4.99降至4.10,即驱替置换单位量CH_(4)所需吸附的CO_(2)量减少,驱替置换效率提升。注气压力为1.4 MPa时驱替置换比最小,驱替效率最好。该结论可为低渗透性煤层开展CO_(2)-ECBM相关技术理论研究及现场技术实施中注气压力参数的选取提供参考。

惰气驱替不同粒径煤体中氧气的实验研究

为揭示不同惰气预防煤自燃的效果及阻燃规律,通过开展惰气等温动态驱替不同粒径煤体中氧气实验,分析了He,N 2,CO 2驱替出氧气浓度、驱替时间、驱替量及驱替速率等表征驱替过程的参数。实验结果表明:①惰气驱替出的氧气浓度变化可划分为3个阶段。首先,惰气驱替出的是气体检测仪内管路中的氧气,体积分数为21%左右;然后,惰气驱替出煤样罐中游离态和部分吸附态氧气,氧气浓度保持平稳;最后,惰气已经全部驱替出煤样罐中游离态氧气,氧气浓度呈负指数变化。②不同惰气驱替煤体中氧气的时间总体上随着粒径增大而下降;CO 2驱替氧气的总时间最长,He次之,N 2最短。③对于同一粒径,氧气驱替量呈现出明显的拐点,拐点出现前氧气驱替量基本上呈线性增加,拐点出现后氧气驱替量随时间增加缓慢增加并最终保持平稳;不同惰气作用下氧气累计驱替量均随着粒径增大而减少,CO 2对氧气的累计驱替量最大,He次之,N 2最小。④不同惰气作用下氧气驱替速率均呈先紊乱后稳定下降的特征,其中CO 2驱替氧气的速率紊乱阶段尤为明显;在氧气驱替速率稳定下降阶段,同一时间内氧气驱替速率随着粒径增大基本上呈减小趋势。