煤储层吸附解吸特征及孔—固边界尺度不变吸附机理研究

论文摘要

煤储层是一种具有复杂的内部结构的自然多孔介质,其中蕴含的许多物理性质和物化现象均受这种特殊结构的影响。因此,如何精确描述煤储层的复杂结构,从而利用煤储层的物性参数总结内部发生的物化现象规律,一直以来都是各位专家学者努力钻研的方向。创立于20世纪70年代中期的分形学科为这个问题的解决提供了理论基础。大量研究表明,煤储层具有分形特征结构。经过将近60年的发展,分形理论在对煤储层结构的描述方面已经有非常成熟的理论。但是,这些描述大部分都是简单介绍煤储层的分形结构和分形维数值的获取,并未能对其进行精确的描述。本文提出,煤储层内部存在着两种分形拓扑,分别是数量-孔径分形拓扑和长度-孔半径分形拓扑,自然储层的分形结构应该是这两种分形拓扑的叠加。并据此推导了使用新型分形拓扑理论计算煤储层孔隙度的有效公式。煤层气是煤储层的附属产物,作为一种绿色清洁能源在世界范围内被广泛应用。中国的煤层气资源储存量总占比为13%,排在世界第三。但是受到开采条件和技术手段的限制,并未能在我国得到有效利用。因此,煤层气开采的相关理论仍然需要我们进一步的研究。煤层气是一种非常规能源,常以吸附态储存在自然储层中。为了解这种吸附机理,刻画吸附状态,前人推导了许多吸附模型,如Langmuir吸附模型、BET吸附模型、FHH模型等。但由于测量尺寸、实验技术、环境因素等的影响,这些模型或多或少都存在一定的缺陷,并不能精确刻画煤层气的吸附情况。因此,本文在考虑煤储层的分形结构的基础上,建立了毛细管单层吸附模型,并通过数据验证其能够与煤层气吸附曲线相吻合。除此以外,将吸附推广到一般情况,模拟了具有分形特征的自然储层等效毛细管束模型,基于Polanyi吸附势及微孔填充理论,建立毛细管分形吸附模型。又结合自然储层的非均质性特征,提出孔-固边界上的分形面吸附模式。经过数据验证表明,模型能与BDDT分类的五型等温吸附线趋势相符,为吸附机理的探究提供一条新的思路。

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致谢

摘要

Abstract

1 引言

1.1 选题背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 煤储层吸附解吸机理研究概述

1.2.2 分形在多孔介质表征模型中的应用研究

1.2.3 孔-固边界描述和构建

1.2.4 当前存在问题

1.3 研究内容与技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究目的

1.3.3 技术路线

2 基本理论

2.1 吸附的概念和本质

2.2 等温吸附线分类及传统等温吸附模型

2.2.1 等温吸附线

2.2.2 传统等温吸附模型及其等温吸附式

2.3 尺度不变性理论

2.3.1 分形的定义

2.3.2 分形维新定义的提出

2.4 小结

3 煤储层吸附解吸拓扑特征

3.1 煤储层的等效表征

3.1.1 煤储层中的分形拓扑及缩放定律

3.1.2 描述尺度不变性的现有模型

3.1.3 煤储层的物理性质

3.2 吸附拓扑特征的分形统一

3.3 小结

4 毛细管单层吸附模型

4.1 毛细管单层吸附模型的数学推导

4.1.1 单一毛细管中的Langmuir吸附模型

4.1.2 分形Langmuir解析吸附模型

4.2 毛细管单层吸附模型的数据模拟

4.3 吸附影响因素探究

4.4 小结

5 分形吸附动力学规律探究

5.1 毛细管中的分形吸附

5.2 孔-固界面上的分形吸附

5.2.1 面吸附过程描述与假设条件

5.2.2 吸附模式的分形解释

5.2.3 面吸附规律与讨论

5.3 小结

6 结论与展望

6.1 主要成果与结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

作者简历

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张玥夕子

导师: 金毅

关键词: 煤储层,孔固边界,尺度不变性,吸附机理

来源: 河南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,石油天然气工业

单位: 河南理工大学

分类号: P618.13

DOI: 10.27116/d.cnki.gjzgc.2019.000029

总页数: 72

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