多相流体影响下深煤层甲烷解吸规律的分子模拟研究

【摘要】：对埋深大于1000米的煤层气开采,注气提高煤层气采收率技术和C02埋存置换甲烷技术仍处于探索阶段。在对这两项技术的研究过程中,甲烷的吸附特征是非常重要的内容。甲烷和二氧化碳、氮气等存在竞争吸附,研究竞争吸附条件下各气体的行为对预测实际工艺的可行性和实施效果十分重要。煤的非均质性强,孔径分布范围广,但90%以上的煤层甲烷以吸附状态存在于煤的微孔隙中。微孔隙的直径与分子直径有相同的数量级,所以微孔隙中气体和液体的吸附扩散等行为有特殊性,难以通过常规的实验手段得到有效的研究。为了确定微孔隙中水分及不同组分气体对甲烷吸附的影响,并探寻这些影响的规律,本文使用巨正则蒙特卡洛的分子模拟技术,从以下几个方面展开研究： (1)通过前期对深煤层储层特征及甲烷赋存的研究调查,指出了目前研究存在的不足及解决办法,在此基础上建立了不同孔径和水分含量的狭缝孔模型,并分析了水分在其中的分布特征； (2)在模型中开展了纯组分气体的等温吸附曲线模拟,对结果进行了详细比对分析,包括温度、孔径、水分等因素影响下的总吸附量和过剩吸附量的变化规律； (3)完成了CH4/CO2(1:1). CH4/N2O:1).及CH4/CO2/N2(10:3:7)的竞争吸附模拟,考虑了水分及孔径影响下的总吸附量和过剩吸附量变化规律； 综上,本文创新使用分子模拟方法对深煤层储层中外来流体影响甲烷吸附进行了研究,在前人的基础上进一步揭示了温度、孔径、水分、组分等多因素影响下的煤层甲烷吸附规律并得到一系列结论,对注气提高采收率及C02埋存置换甲烷的规模化起到了促进作用。 【关键词】：深煤层 煤层气 竞争吸附 巨正则蒙特卡洛方法
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE37
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-16
• 1.1 选题的目的及意义7-8
• 1.2 国内外研究现状8-12
• 1.2.1 煤吸附甲烷等气体模型的研究8-9
• 1.2.2 水分影响煤吸附甲烷的研究9-10
• 1.2.3 多元气体影响煤吸附甲烷的研究10-12
• 1.2.4 分子模拟研究煤吸附的研究进展12
• 1.3 存在问题12-14
• 1.4 研究方案14-16
• 1.4.1 研究思路简介14
• 1.4.2 主要研究内容14-16
• 第2章 分子模拟原理简介及可行性分析16-29
• 2.1 分子动力学方法17-21
• 2.1.1 基本原理17-18
• 2.1.2 力场18-19
• 2.1.3 周期性边界条件19-20
• 2.1.4 非键截断半径20-21
• 2.2 巨正则蒙特卡洛方法21-25
• 2.2.1 统计力学原理21-23
• 2.2.2 蒙特卡洛(Monte Carlo)原理23-24
• 2.2.3 Metropolis计算法24-25
• 2.3 分子模拟研究煤吸附的可行性分析25-29
• 2.3.1 物理吸附的热力学特征25-26
• 2.3.2 吸附质单组分及混合组分逸度26-27
• 2.3.3 煤的孔径分布27-29
• 第3章 CH_4在狭缝孔中的解吸29-43
• 3.1 模型的构建29-31
• 3.1.1 不同孔径模型优化30-31
• 3.1.2 吸附质模型优化31
• 3.2 结果与讨论31-40
• 3.2.1 温度对甲烷解吸的影响31-33
• 3.2.2 孔径对甲烷解吸的影响33-34
• 3.2.3 总吸附量与过剩吸附量34-37
• 3.2.4 水分对甲烷解吸的影响37-40
• 3.3 煤吸附甲烷的容量法实验40-42
• 3.3.1 等温吸附实验参数41
• 3.3.2 液体影响的实验结果对比分析41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 多组分气体影响下的甲烷解吸43-53
• 4.1 模拟方案43
• 4.2 二元混合气体的竞争吸附43-49
• 4.2.1 纯组分解吸等温曲线43-45
• 4.2.2 CH_4/CO_2的竞争吸附45-46
• 4.2.3 CH_4/N_2的竞争吸附46-47
• 4.2.4 水分含量对竞争吸附的影响47-49
• 4.3 三元混合组分的竞争吸附49-52
• 4.3.1 二元混合气体与甲烷的竞争吸附49-51
• 4.3.2 水分对三元混合气体竞争吸附的影响51-52
• 4.4 本文所做研究对煤层气开发的启示52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 结论及建议53-55
• 5.1 主要结论53-54
• 5.2 建议54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-58

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