【微波辐射煤层气数值模拟研究的国内外文献综述2700字】

微波辐射煤层气数值模拟研究的国内外文献综述1.1微波辐射影响煤层气吸附/解吸研究现状近年来，微波因加热速度快、选择性加热、非接触式加热等特点而影响煤层气吸附/解吸特性研究成为了众多学者关注的热点，代少华ADDINNE.Ref.{4DE82684-1278-415E-9FF8-E1011E78DFE6}[18]使用变温吸附脱附实验系统对颗粒煤进行了微波加热前后的等温吸附实验，结果发现，随微波辐射强度的增强，瓦斯极限吸附量在变化过程中出现两个拐点，总体上呈现出先增后减，再持续增大的趋势；黄兴ADDINNE.Ref.{6FAA3709-83F8-4A4D-B22D-8F8B1D04AD31}[19]对微波场作用后煤样的甲烷吸附进行了研究，实验表明不同功率条件下曲线变化规律基本一致，且微波辐射加热改变了煤对甲烷的吸附能力，相对于无微波辐射加热，煤样的甲烷吸附量变得更小。胡国忠等ADDINNE.Ref.{6010EF18-729C-4A6E-8DB1-16D21E00213E}[20]人开展了可控微波加热下煤岩瓦斯解吸实验，在常温解吸阶段已达到解吸平衡后用微波加热煤样，甲烷解吸速率变快，解吸量急剧上升，微波辐射加热后甲烷累计解吸量提高了1.65~3.79倍；Wang等ADDINNE.Ref.{304256EE-791E-431B-85BD-0AA95A144706}[21]人利用研制的甲烷解吸实验系统，在实验室进行无微波和微波辐射下甲烷解吸实验。实验结果表明，微波辐射使甲烷解吸总量由1.91增加到3.92倍，并认为甲烷解吸是微波热效应和煤的结构破坏共同作用的结果。温志辉等ADDINNE.Ref.{647F7FB3-C60E-4EA0-B58C-2A4892BFDB92}[22]人进行了微波加热条件下粒状煤的解吸实验，瓦斯瞬时与累计解吸量均随微波加热时间增加，呈现出先增后减再增加的变化趋势；于红等ADDINNE.Ref.{91527092-8CF1-4B40-9F22-BD1A36EF6F7F}[23]人进行了微波辐射加热下颗粒煤瓦斯解吸研究，发现瓦斯解吸量和解吸速率在微波辐射时间内均迅速增大，最终瓦斯解吸曲线趋于平缓；李宁ADDINNE.Ref.{7135DB30-64F2-49DF-BC39-573CEF0A4090}[24]在不同功率的微波加热下，对煤中的甲烷解吸进行了实验，实验结果表明，微波实时加热可以显著增大煤的扩散系数，促进甲烷快速解吸，甲烷总解吸量是无微波辐射加热条件下的1.87~3.26倍；Hu等ADDINNE.Ref.{577EC768-7C49-443F-B475-5DE639A80839}[15]人经实验发现微波辐射加热能改变煤的吸附性能，降低煤的甲烷吸附能力，辐照煤样与原始煤样具有相同趋势的甲烷扩散特征曲线，辐照后的煤样甲烷扩散能力优于原煤样；王志军等ADDINNE.Ref.{A9430E91-BDC8-4B61-9122-72F1F8C6D447}[25]人对柱状煤在微波间断加载下的瓦斯解吸进行了对比实验，发现间断微波加热情况下瓦斯解吸能力明显增强，与无微波加热相比，瓦斯解吸量与解吸率均显著增加，微波加热的时间越长，解吸率越高，累计解吸量越大。1.2微波辐射影响煤层气渗流研究现状渗透率是煤层气开采中最为关键的参数，大量研究已证明微波加热对煤层气解吸过程有促进作用，在改善煤基质渗透性能方面国内外学者也做了相关研究。李贺ADDINNE.Ref.{21385A12-C51B-47B1-ADFE-8808267E60C4}[26]通过循环实验发现微波作用能够有效致裂煤体，微波加热时间越长，裂隙扩展越明显，提高微波功率可以促进微裂隙发育与裂隙的连通性；Hong等ADDINNE.Ref.{B662AB6C-5990-4168-985C-ED2D654D17B2}[27]人开展了微波能量对煤岩心孔隙结构和透气性影响的实验研究，发现微波处理后煤样的渗透率增加，随着温度的升高，煤芯的透气性先增大后减小；Li等ADDINNE.Ref.{39869594-4D0C-491B-B287-ACE8B08D75A1}[28]人通过核磁共振实验表明，微波加热引起煤中孔隙和裂隙的扩展、张开和连通，从而煤岩渗透率增加；Kumar等ADDINNE.Ref.{0BBD82E3-8D24-4387-B05A-378AB91D148C}[29]人通过实验发现，微波辐射于煤芯会产生新的裂缝，并增加岩芯的现有割理孔径，得出微波辐照可以改善水平井筒和煤层之间连通性的结论；张永利等ADDINNE.Ref.{0ECEDF15-C9EB-41CE-A3F6-326FA520B5BC}[30]人进行了微波辐照条件下柱状煤试样渗透率的测量实验，实验结果表明，随微波功率和辐照时间增加，渗透率呈单调增长的趋势；张乐乐等ADDINNE.Ref.{9B7DFBCC-7563-4C22-A277-9208AAA3DDC4}[31]人对含瓦斯煤体在微波加热下的解吸渗流规律进行了实验研究，实验结果显示，随有效应力增加，煤样渗透率先减小后增大，当有效应力较低时，随煤样温度升高，渗透率增加，当有效应力较高时，渗透率随煤温升高而降低；尚文龙ADDINNE.Ref.{4A812A50-C196-4E21-821B-72153DE52F2D}[32]通过实验研究发现，在不同的微波辐射时间和不同的微波功率下，煤样渗透率与有效应力的关系呈单调指数下降，且微波功率越高，增渗效果越明显。1.3微波辐射煤层气数值模拟研究现状微波注热增产已广泛应用于石油领域，借鉴微波注热石油增产的成功技术，众多学者对微波辐射加热开采低渗透储层煤层气可行性方面进行了分析。DenneyDennisADDINNE.Ref.{17F891CC-1CD0-48DB-9885-DA20B6247A7D}[33]研究发现利用微波加热可以有效解除煤储层水锁效应，并能显著提高渗透率，继而提高煤层气产量；Fianu等ADDINNE.Ref.{5421A4BD-0DFB-4A5A-BF4A-C2FF1AB0D170}[34]人建立了微波加热某气藏吸附气生产的电磁-热耦合模型，并应用考虑粘性和Knudsen扩散的双重孔隙-双重渗透率模型，模拟结果表明，微波加热可以加速吸附气体的解吸，使累积产量在一年内提高25%；Li等ADDINNE.Ref.{8B09B73D-99E7-43FF-B663-9FED40C74E33}[35]人提出了一个完全耦合的电磁-热-力学模型，该模型考虑了煤的压缩、热膨胀、热致气体吸附/解吸引起的煤变形，模拟结果显示，微波加热可显著提高热影响区的渗透率，煤层气累计产量可增加43.9%；崔宏达ADDINNE.Ref.{18EB95DA-8A2F-4114-8771-CCCAF95F7A62}[36]建立了微波加热过程中煤层气热流固耦合扩散渗流的数学模型，并使用COMSOL软件模拟了微波加热下的煤层气单井开采，模拟结果显示，微波注热开采煤层气的渗压远低于常规开采，煤层气渗流产量显著提高。目前，对于微波加热方式，多集中于恒定微波加载。然而，恒载微波造成的温度过热会造成一系列负面影响，当温度超过150℃后，煤样发生热解反应并且变质程度增高会影响煤体介电性能，降低煤介电损耗，减慢温升速率ADDINNE.Ref.{29F18D29-A051-45A0-8950-B1F3486422CE}[37,38]。此外，恒定微波对煤体加热速度过快，高温容易导致煤体自燃，甚至引发爆炸ADDINNE.Ref.{3B02647C-A694-40C8-B43D-460BC0EAE29E}[39]。2014年，ChandanKumar等ADDINNE.Ref.{A22948F4-7688-4D65-92DE-98F80E2FB83C}[40]人首次指出间歇微波加热可通过重新分配温度来减少物体加热不均匀性，并能进一步提高能量效率；王志军等ADDINNE.Ref.{5E41D461-F68E-4A49-81B7-5D6DF93628DA}[41]人对柱状煤样进行了间断微波加热实验，发现间断微波加热情况下，柱状煤瓦斯解吸量显著提高，微波加热时间越长，解吸速率越高；Wang等ADDINNE.Ref.{A59D8B23-DE09-48E5-9CFF-F8E1E2DF7F5A}[42]人对比间歇性电加热和射频加热两种情况下加热效果，发现间歇性射频加热具有能耗低、能量转换效率高的优点。因此，微波注热开采煤层气可考虑脉动微波循环加载方式。图1.4井下微波注热增产原理图ADDINNE.Ref.{DA20A95A-B9AF-4AA4-87A0-CCCC0DB40F52}[43]Figure1.4SchematicdiagramofdownholemicrowaveheatinjectiontoincreaseproductionADDINNE.Ref.{E9326893-7945-4FC9-85B4-57317FCA551F}[43]针对地下储层微波加载实现的问题，为避免矩形波导向同轴波导的过渡和微波从地面的远距离传输，Lan等ADDINNE.Ref.{7261CFA5-920B-4300-BE77-12F59483692B}[43]人提出了一种将微波发生装置安装在地下煤储层处的加热方法，即地面供电系统对井下煤层处冷却泵冷却保护的磁控管实施电缆供电，磁控管产生的微波经波导直接辐射加热煤层，见图1.4，但地下微波源应用更加复杂和危险；Hong等ADDINNE.Ref.{0FD5EFFB-892E-4BDD-B242-E91626FB0257}[44]人提出了一种适合于煤层脱气的储层原位加热方法，即微波加热源设置在地面，微波经波导传输至目标煤储层进行加热，见图1.5。对于微波能量输送，本文中实验室已成功进行定向微波波导管短距离输送加热煤层气的实验，证明了微波定向传递可行性。对于长距离的地下微波能量输送，G.C.Sresty等ADDINNE.Ref.{815D7EF0-3CC6-4C41-AB9C-A81702EBE23E}[45]人已在AsphalyRidge油田实现了微波热注入的现场实验，微波注热石油增产原理图见图1.6。美国科罗拉多州Qmast公司ADDINNE.Ref.{64345313-923E-46EB-BD07-25BC6F958996}[46]针对地下微波加热油页岩研制了地面高功率微波发生装置(最高可达500千瓦)，井筒中长距离的波导管可以实现远距离聚焦微波束辐射，高功率微波加热系统见图1.7。因此，随煤层气微波开采技术不断发展，长距离地下微波能量输送将逐步应用于该领域。图1.5地面原位微波注热增产原理图Figure1.5Schematicdiagramofin-situmicrowaveheatinjectionont