（油气田开发工程专业论文）煤岩介质中气水两相渗流实验研究.pdf

e x p e r i m e n t a ls t u d i e so ng a s - - w a t e rt w o p h a s ef l o w i nc o a l b e dm e d i a a t h e s i ss u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：z h a n g y u a n f a s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r s u nr e n y u a n s c h o o lo fp e t r o l e u me n g i n e e r i n g c h i n au n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m ( e a s tc h i n a ) 、芦 ，7 。 ， 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 裂云ji 杰日期：丸i f 年6 月 学位论文作者签名： 继五j 至五日期：丸i f 年6 月 学位论文使用授权书 日 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部f - j ( 机 构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、 缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：茎起羞，ji 幺 指导教师签名： 日期：弘i f 年6 月7 日 白期：讼t 1 年6 月_ 7 日 一碜 ， k 兮、 摘要 煤岩介质中气水两相渗流规律的研究，对于煤层气勘探、开发方案和开采工艺确 定、煤层气试井分析、产能预测及预防瓦斯突出等起到很大的理论指导作用。利用自行 设计的煤层气吸附解吸装置，进行了压力、温度、煤岩粒径、湿度、不同气体等因素对 气体在煤岩中的吸附解吸性能的影响研究，并利用l a n g m u i r 模型对实验结果进行了分 析。自行设计了煤岩岩心气测渗透率装置，进行了煤岩岩心等效液测渗透率的测量；利 用自行设计的气水两相相渗测量装置，采用非稳态法进行了煤岩介质中气驱水和水驱 气两种条件下的气水两相渗流实验研究。结果表明：a 、煤层气吸附量的大小受温度和 压力双重因素控制。在低压范围内，温度是主要影响因素，煤层气吸附量随着温度的升 高而降低；当压力增大到一定值后，压力占主导地位。随着煤样湿度的增大，煤层甲烷 气的吸附量减小，湿度8 0 与湿度1 5 0 吸附等温曲线几乎重合，即吸附量相差不大。 b 、随压力的降低，煤层气解吸量增大，在2 5 3 m p a 之间，解吸曲线变化平缓，在 0 - 2 0 m p a 曲线陡然下降，解吸量增大，压力越低解吸量越大。c 0 2 、c h 4 、，的解吸 曲线都存在解吸滞后现象，解吸曲线与吸附曲线之间滞后所包围的面积不同，c 0 2 的最 大，c z - t 4 的次之，2 的最小，说明解吸能力c 0 2 c 0 2 ，束缚水饱和度较大，随着驱替 速度的增大，气体最终相对渗透率值略有增大，气水两相共渗范围变窄，等渗点右移。 e 、在气驱水的条件下，随着气体吸附能力的增大残余气饱和度增大，束缚水饱和度减 小；随着吸附初始压力的增大，煤岩亲水性减弱，气相相对渗透率增大，水相相对渗透 ， 率减小。 关键词：煤层气；吸附；解吸；渗透率；相渗曲线 。一 一 净 一 l 爹 露 奄 蠢、 e x p e r i m e n t a ls t u d i e so i lg a s - - w a t e rt w op h a s e f l o w i nc o a l b e dm e d i a z h a n gy u a n f a ( o i l g a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f s u nr e n y u a n a b s t r a c t s t u d i e so ng a s - w a t e rt w op h a s ef l o wl a w sp l a yas i g n i f i c a n tt h e o r e t i c a lg u i d a n c er o l e f o rd e t e r m i n i n gt h ep r o g r a m so fc b m e x p l o r a t i o n ，d e v e l o p m e n ta n dm i n i n gp r o c e s s ，c b m w e l lt e s ta n a l y s i s ，p r o d u c t i o nf o r e c a s t i n ga n dp r e v e n t i o no fg a so u t b u r s ta n ds oo n i nt h e p a p e r , a d s o r p t i o na n dd e s o r p t i o nu f i i t sw e r ed e s i g n e db y m y s e l f , w h i c hw a su s e dt os t u d yt h e a d s o r p t i o na n dd e s o r p t i o np r o p e r t i e so nt h ep r e s s u r e ，t e m p e r a t u r e ，c o a lp a r t i c l es i z e ，h u m i d i t y , d i f f e r e n tg a s e sa n do t h e rf a c t o r sa n dt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sw e r ef i t t e db yl a n g m u i rc u r v e s g a sp e r m e a b i l i t yo fc o a lc o r e sa n dp h y s i c a lm o d e l sw e r ee v a l u a t e db ys e l f - d e s i g n e d e x p e r i m e n t a ld e v i c e g a s w a t e rt w o - p h a s er e l a t i v ep e r m e a b i l i t ym e a s u r e m e n tw a ss t u d i e d b ys e l f - d e s i g n e da p p a r a t u si nn o n - s t e a d 多s t a t em e t h o da tt h ew a t e rf l o o d i n ga n dg a sf l o o d i n g c o n d i t i o n s t h er e s u l t ss h o wt h a t ：a i nt h ee x p e r i m e n t ，t h ea d s o r p t i o ns t a t eo fm e t h a n ei s s u p e r c r i t i c a la d s o r p t i o na n da d s o r p t i o n i sa f f e c t e db yt h et e m p e r a t u r ea n dp r e s s u r e i nt h el o w p r e s s u r er a n g e ，t h et e m p e r a t u r ei st h em a i nf a c t o r , a n da d s o r p t i o no fm e t h a n ed e c r e a s e sw i t h t h et e m p e r a t u r ei n c r e a s i n g ；w h e nt h ep r e s s u r ei n c r e a s e s t oac e r t a i nv a l u e ，t h ep r e s s u r e d o m i n a t e s a d s o r p t i o nc a p a c i t yo f c b md e d u c 佟w i t ht h ei n c r e a s eo fc o a lm o i s t u r e i tw a s f o u n dt h a ta d s o r p t i o ni s o t h e r l n sa l m o s tc o i n c i d ei 1 1t h e15 o a n d8 o m o i s t u r ec o n d i t i o n s ， t h a ti s ，l i t t l ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h e m b t h ea m o u n to fc b m d e s o r p t i o ni n c r e a s e sw i t ht h e p r e s s u r er e d u c e s ：d e s o r p t i o nc u r v ei sf l a tb e t w e e nt h e2 0 5 31 m p a , as h a r pc u r v ed o w ni n t h e 0 - 2 0 m p a t h el o w e rt h ep r e s s u r ei s ，a n dt h eg r e a t e rt h ed e s o r p t i o n d e s o r p t i o nh y s t e r e s i si s p r e s e n ti nt h ed e s o r p t i o nc u r v e so ft h et h r e eg a s e s t h ea r e as u r r o u n d e db yd e s o r p t i o nc u r v e s a n da d s o r p t i o nc u r v e si s ：c 0 2 c h 4 2 d e s o r p t i o nh y s t e r e s i si n8 o m o i s t u r ec o n d i t i o n s i sm o r ec l e a rt h a nt h a ti nt h ec a s ew i t h o u tw a t e r c t h ep e r m e a b i l i t yo fc o a lc o r e si sv e r yl o w t h ek l i n k e n b e r ge f f e c ts h o w sc l e a r l yw h e nn i t r o g e np a s s e st h r o u g h ，b u td u et ot h e a d s o r p t i o ne f f e c t sm e a s u r e m e n t ss h o wt h eo p p o s i t ep a t t e r nw h e nh i g hp u r i t ym e t h a n ea n d c a r b o nd i o x i d ep a s st h r o u g h t h ep e r m e a b i l i t yo fc o a lc o r e sd e c r e a s ew i t hc o n f i n i n gp r e s s u r e i n c r e a s e s d m 也ep r o c e s so fw a t e rf l 。d i n g ，g a sr e l a t i v ep e r m e a b i l i t yi s ：n 2 c h 4 c 0 2 t h ef i n a lg a sr e l a t i v ep e r m e a b i l i t ys l i g h t l yi n c r e a s e sa st h ed i s p l a c e m e n tr a t ei n c r e a s e s g a s a n dw a t e rt w o - p h a s ep e r m e a b i l i t ya r en a r r o w , w h i c hb e c o m en a r r o w e rw i t ht h ed i s p l a c e m e n t v e l o c i t yi n c r e a s e s ，a n dg a sr e l a t i v ep e r m e a b i l i t yr i s e sr a p i d l y t h e f i n a lw a t e rr e l a t i v e p e r m e a b i l i t y i sl o ww h i c hd e c r e a s e ss l o w l y t h ei s o t o n i cp o i n tm o v et or i g h t 鹊t h e d i s p l a c e m e n tr a t ei n c r e a s e s e i nt h ep r o c e s so fg a sf l o o d i n g ，t h er e s i d u a lg a ss a t u r a t i o n i n c r e a s e sa n dt h ei r r e d u c i b l ew a t e rs a t u r a t i o nd e c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s eo ft h eg a sa d s o r p t i o n c a p a c i t y a st h e i n i t i a l p r e s s u r eo ft h e c b ma d s o r p t i o ni n c r e a s e s ，t h eg a se f f e c t i v e p e r m e a b i l i t yi n c r e a s e s w i t ht h ei n i t i a lp r e s s u r e i n c r e a s eo ft h ec b ma d s o r p t i o n , t h e h y d r o p h i l i cb e c o m e sw e a k ，g a sr e l a t i v ep e r m e a b i l i t yi n c r e a s e s ，a n d t h ew a t e rr e l a t i v e k e yw o r d s ：c o a l b e dm e t h a n e ；a d s o r p t i o n ；d e s o r p t i o n ；p e r m e a b i l i t y , r e l a t i v e p e r m e a b i l i t yc u r v e i u 一 、 、 目录 第1 章前言1 、 乍，1 1 课题来源1 7 1 2 研究目的及意义矗1 1 3国内外研究现状3 1 3 1 国内外煤层气吸附解吸研究现状3 1 3 2国内外气水两相渗流研究现状。7 1 4 研究内容9 1 5 技术路线9 第2 章气体在煤岩中的吸附，解吸影响因素实验研究1 l 2 1实验材料及仪器1 1 2 1 1 实验材料1 1 2 1 2 实验仪器1 1 2 2 实验流程1 1 2 2 1 煤层气吸附实验流程1 1 2 2 1 煤层气解吸实验流程1 2 2 3 实验步骤1 2 2 3 1 物理模型的制备。1 2 2 3 2 压力对气体吸附影响的实验步骤1 3 2 3 3 温度对气体吸附影响的实验步骤：1 3 2 3 4 粒径对煤层气吸附影响的实验步骤1 4 2 3 5 湿度对煤层气吸附影响的实验步骤1 4 2 3 6 不同气体在煤岩中吸附实验步骤1 4 气、 2 3 7 压力对气体解吸影响的实验步骤1 4 1 2 3 8 不同气体在煤样中解吸实验步骤1 4 2 3 9 湿度对煤层气解吸影响的实验步骤1 5 2 4 实验结果及分析1 5 2 4 1 测定孔隙体积1 5 2 4 2 气体在煤岩中吸附量计算1 6 2 4 3 压力对气体吸附实验结果分析2 1 2 4 4 温度对气体吸附实验结果分析2 3 2 4 5 粒径对气体吸附实验结果分析2 5 2 4 6 湿度对气体吸附实验结果分析2 7 2 4 7 不同气体在煤岩中吸附实验结果分析2 8 2 4 8 压力对煤层气解吸实验结果分析2 9 2 4 9 不同气体在煤样中解吸实验结果分析3 l 2 4 1 0 湿度对煤层气解吸影响的实验结果分析3 3 2 5 本章小结3 3 第3 章煤岩中气相渗流实验研究3 4 3 1 实验材料及仪器3 4 3 1 1实验材料3 4 3 1 2 实验仪器3 5 3 2 实验流程3 6 3 2 1煤岩岩心气测渗透率实验流程3 6 3 2 2 煤岩模型气测渗透率实验流程3 6 3 3 实验步骤。3 6 3 3 1 煤岩岩心气测渗透率实验步骤3 6 3 3 2 煤岩模型气测渗透率实验步骤3 8 3 4 实验结果及分析3 8 3 4 1 实验数据处理原理3 8 3 4 2 煤岩岩心孔隙度测量实验结果及分析4 0 3 4 - 3 煤岩岩心气测渗透率测量实验结果及分析4 2 3 4 4 煤岩模型气测渗透率测量实验结果及分析4 9 3 5 本章小结5 5 第4 章煤岩中水相渗流实验研究5 7 4 1 实验材料及仪器5 7 4 1 1 实验材料。5 4 1 2 实验仪器5 4 2 实验流程5 v 、 0 k f - 奄 奄、 q 4 3 实验步骤5 8 4 4 实验结果及分析。5 8 4 4 1煤岩膨胀率实验结果及分析5 8 4 4 2 煤岩模型水相渗流实验结果及分析5 9 4 5本章小结。6 2 第5 章煤岩中气水两相实验研究6 3 5 1实验材料及仪器6 3 5 1 1 实验材料6 3 5 1 2 实验仪器6 3 5 2 实验流程。6 3 5 3实验步骤。6 4 5 3 1 气驱水两相渗流实验步骤。：6 4 5 3 2 水驱气两相渗流实验步骤6 5 5 4 实验结果及分析。6 5 5 4 1 实验数据处理6 6 5 4 2 气驱水两相渗流实验结果及分析7 2 5 4 3 水驱气两相渗流实验结果及分析7 5 5 5 本章小结。8 1 结论8 3 参考文献一8 4 翌筻谢一8 7 攻读硕士期