N2/CO2注入压力对含瓦斯煤岩中甲烷解吸的影响

摘要：

注气可以提高低渗透煤层的抽采效率,但是目前对于注气过程中注入气体分子与含瓦斯煤间的相互作用机制尚不明确.为此,基于含瓦斯煤吸附构型,采用巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)方法,研究了不同注入压力下,注入N2/CO2后含瓦斯煤结构中CH4的解吸行为,进而明确了注入N2/CO2促进煤体中CH4解吸的作用机理.研究结果表明:①较之于注入N2,含瓦斯煤体在注入CO2后,体系中游离CH4分子更多,并且CH4—CO2体系总能量整体低于CH4—N2体系,前者更稳定;⑦在相同注入压力条件下,较之于CH4—N2体系,CH4—CO2体系中CH4均方根位移更大,CH4分子活跃程度更高,并且CH4—CO2体系中CH4扩散系数更大,CO2促进CH4解吸的效果更好;③含瓦斯煤结构中注入CO2/N2后,随着注入压力的增加,真空层中CO2、 N2、 CH4的相对浓度均升高,总体上CH4—CO2体系中CH4相对浓度最高,CH4—N2体系中CH4、CH4—CO2体系中CO2相对浓度居中,CH4—N2体系中N2相对浓度最低;④注入N2促进CH4解吸的合理注入压力介于2～4 MPa,注入CO2促进CH4解吸的合理注入压力介于3～4 MPa.结论 认为,该研究成果可以为煤层注气增产技术研究提供理论支撑.

关键词：含瓦斯煤吸附构型、GCMC方法、注N2促CH4解吸、注CO2促CH4解吸、分子模拟、解吸动力学

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资助基金：国家自然科学基金项目“深部开采采空区覆岩卸压瓦斯精准抽采基础研究”;“深部低透煤层液氮多级脉冲致裂增渗与驱替瓦斯效应研究”;“深部开采煤体变形破裂与瓦斯解吸渗流耦合机理研究”;陕煤联合基金项目“低煤阶煤层瓦斯赋存规律及增渗高效抽采技术研究”;陕西省杰出青年科学基金项目“低渗煤层多级脉冲注氮增流效应及压抽交替抽采瓦斯技术”

在线出版日期：2021-04-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：80-89