本发明专利技术公开液态二氧化碳相变驱置煤层瓦斯合理压注压力的确定方法，具体如下：S1、对目标煤层煤样进行等温吸附实验；S2、分别计算CO<subgt;2</subgt;、CH<subgt;4</subgt;气体的虚拟饱和蒸汽压；S3、建立气体吸附势与气体吸附平衡压力的关系；S4、分别计算CO<subgt;2</subgt;、CH<subgt;4</subgt;密度；S5、分别计算CO<subgt;2</subgt;、CH<subgt;4</subgt;在煤体内部的吸附空间；S6、建立两种气体吸附势与吸附空间的关系式；S7、确定合理的置换压力；S8、确定合理的驱替压力；S9、计算CO<subgt;2</subgt;渗流系数；S10、确定合理的渗流压力；S11、确定合理的注入压力。该方法为液态CO<subgt;2</subgt;相变驱替煤层CH<subgt;4</subgt;技术的推广应用提供科学指导。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤矿瓦斯治理，具体涉及液态二氧化碳相变驱置煤层瓦斯合理压注压力的确定方法。
技术介绍
1、我国95％以上的突出和高瓦斯矿井开采的煤层属于低渗煤层，渗透率多在10-6～10-7μm2。为提高煤层瓦斯抽采率，缩短预抽时间，必须实施人工增透。自20世纪70年代以来，我国诸多矿区先后试验了多种煤层卸压增透及瓦斯强化抽采技术，包括水力压裂、水力割缝、气压脉冲致裂、液态co2相变爆破、定向聚能爆破、高压电脉冲可控冲击波爆破等，并取得了一定的应用效果。然而，相比以上煤层增透技术，液态co2相变驱置煤层ch4具有压裂增透煤岩和相变驱替瓦斯的双重瓦斯强化抽采作用，是当前低渗透煤层压裂改造技术的一个研究热点。但与其在油气增产方面的成熟应用相比，压注液态co2驱置煤层ch4在煤矿井下的应用目前仍处于试验探索阶段，可供参考的工程案例相对较少，相关标准及规范也还未形成。特别是关于单孔合理液态co2压注压力的确定，目前已成为困扰现场技术人员的首要难题。压注压力过低，影响煤层ch4的抽采效率；而压注压力过高，可能造成意外事故，甚至引起人员财产损失。因此，单孔合理液态co2压注压力的确定，已经成为制约液态co2相变驱置煤层ch4技术能否进入工业应用的关键因素。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供液态二氧化碳相变驱置煤层瓦斯合理压注压力的确定方法，在比较精准的控制液态co2的合理压注压力的同时可以节约压注成本、提高煤层ch4的抽采效率，为液态co2相变驱替煤层ch4技术的推广应用提供科学指导。</p>2、本专利技术所采用的技术方案是，液态二氧化碳相变驱置煤层瓦斯合理压注压力的确定方法，具体步骤如下：
3、s1、对目标煤层煤样进行等温吸附实验；
4、s2、分别计算co2、ch4气体的虚拟饱和蒸汽压力
5、s3、建立co2气体吸附势与co2气体吸附平衡压力的关系；建立ch4气体吸附势与ch4气体吸附平衡压力的关系；
6、s4、分别计算co2、ch4密度
7、s5、分别计算co2、ch4在煤体内部的吸附空间
8、s6、建立co2气体吸附势与吸附空间的关系式；建立ch4气体吸附势与吸附空间的关系式；
9、s7、确定合理的置换压力p置；
10、s8、确定合理的驱替压力p驱；
11、s9、计算co2渗流系数
12、s10、确定合理的渗流压力p渗；
13、s11、确定合理的注入压力p注。
14、本专利技术的特征还在于：
15、煤样，制作尺寸为的标准煤柱；
16、s1.2、参照《煤的高压等温吸附试验方法gb/t 19560-2008》在实验室采用静态容量法对目标煤层煤样进行单组分co2和ch4气体进行单组分气体等温吸附实验，可分别获得不同注入压力下，煤样对单组分co2和ch4气体的吸附量分别为
17、s2具体如下：
18、采用超临界条件下虚拟饱和蒸汽压力的经验分别计算co2、ch4气体的虚拟饱和蒸汽压力具体如公式(1)、公式(2)所示：
19、
20、
21、式中：—co2虚拟饱和蒸汽压力；
22、—ch4虚拟饱和蒸汽压力；
23、t—平衡温度，k；
24、—co2气体的临界压力，mpa；
25、—ch4气体的临界压力，mpa；
26、—co2临界温度，k；
27、—ch4临界温度，k。
28、s3中，co2、ch4气体吸附势与co2、ch4气体吸附平衡压力的关系如下式(3)、式(4)所示：
29、
30、
31、式中：—co2气体的吸附势，j/mol；
32、—ch4气体的吸附势，j/mol；
33、—co2吸附平衡压力，mpa；
34、—ch4吸附平衡压力，mpa；
35、—co2虚拟饱和蒸汽压力，mpa；
36、—ch4虚拟饱和蒸汽压力，mpa；
37、—co2气体在恒温下的平衡压力，mpa；
38、—ch4气体在恒温下的平衡压力，mpa；
39、—co2绝对温度，k；
40、—ch4绝对温度，k。
41、s4中：
42、co2、ch4密度由式(5)、式(6)计算：
43、
44、
45、式中：—co2密度，g/cm3；
46、—ch4密度，g/cm3；
47、—co2气体分子的分子量，g/mol；
48、—ch4气体分子的分子量，g/mol；
49、—co2气体的临界压力，mpa；
50、—ch4气体的临界压力，mpa；
51、—co2气体的临界温度，k；
52、—ch4气体的临界温度，k；
53、r—气体摩尔常数，取8.314j·mol-1·k-1；
54、s5中，首先，由式(7)、式(8)计算co2与ch4在煤体内部的吸附空间
55、
56、
57、式中：—co2的吸附空间，cm3/g；
58、—ch4的吸附空间，cm3/g；
59、—co2的绝对吸附量，mol/g；
60、—ch4的绝对吸附量，mol/g；
61、—co2气体分子的分子量，g/mol；
62、—ch4气体分子的分子量，g/mol；
63、—co2密度，g/cm3；
64、—ch4密度，g/cm3。
65、s6中：co2气体吸附势与吸附空间的关系式，ch4气体吸附势与吸附空间的关系式，如式(11)、式(12)所示：
66、
67、
68、式中：为常数。
69、s7具体为：通过对比步骤s6得出驱替气体co2与被驱气体ch4的吸附特性曲线，得出驱替气体的吸附势高于被驱气体吸附势时的注入压力区间，则该压力区间为合理置换压力区间；
70、s8具体为：对目标煤样进行co2驱替煤岩ch4物理模拟实验，得到在不同注入压力下单组分ch4气体总注入量以及在不同压力下注入单组分co2气体，出口混合气体总流量q、co2气体总注入量co2产出量ch4产出量及驱替时间t；依据式(13)、(14)计算co2驱替ch4的驱替效率ηq及驱替置换比μq，式(13)、(14)如下所示：
71、
72、
73、式中：ηq—co2驱替ch4效率，％；
74、—ch4产出量，ml；
75、—ch4总注入量，ml；
76、—出口ch4浓度，％；
77、q—出口混合气体总流量，ml；
78、μq—驱替置换比；
...
【技术保护点】
1.液态二氧化碳相变驱置煤层瓦斯合理压注压力的确定方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.权利要求1所述的液态二氧化碳相变驱置煤层瓦斯合理压注压力的确定方法，其特征在于，S1具体如下：
3.权利要求1所述的液态二氧化碳相变驱置煤层瓦斯合理压注压力的确定方法，其特征在于，S2具体如下：
4.权利要求3所述的液态二氧化碳相变驱置煤层瓦斯合理压注压力的确定方法，其特征在于，S3中，CO2、CH4气体吸附势与CO2、CH4气体吸附平衡压力的关系如下式(3)、式(4)所示：
5.权利要求3所述的液态二氧化碳相变驱置煤层瓦斯合理压注压力的确定方法，其特征在于，S4中：
6.权利要求5所述的液态二氧化碳相变驱置煤层瓦斯合理压注压力的确定方法，其特征在于，S7具体为：通过对比步骤S6得出驱替气体CO2与被驱气体CH4的吸附特性曲线，得出驱替气体的吸附势高于被驱气体吸附势时的注入压力区间，则该压力区间为合理置换压力区间；
7.权利要求6所述的液态二氧化碳相变驱置煤层瓦斯合理压注压力的确定方法，其特征在于，S9具体为：
>8.权利要求7所述的液态二氧化碳相变驱置煤层瓦斯合理压注压力的确定方法，其特征在于，S10具体为：基于CO2渗透系数随注入压力的变化关系图，取CO2渗透系数最低点所对应的注入压力为最小的合理渗流压力P渗。9.权利要求8所述的液态二氧化碳相变驱置煤层瓦斯合理压注压力的确定方法，其特征在于，S11具体为：
...
【技术特征摘要】
1.液态二氧化碳相变驱置煤层瓦斯合理压注压力的确定方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.权利要求1所述的液态二氧化碳相变驱置煤层瓦斯合理压注压力的确定方法，其特征在于，s1具体如下：
3.权利要求1所述的液态二氧化碳相变驱置煤层瓦斯合理压注压力的确定方法，其特征在于，s2具体如下：
4.权利要求3所述的液态二氧化碳相变驱置煤层瓦斯合理压注压力的确定方法，其特征在于，s3中，co2、ch4气体吸附势与co2、ch4气体吸附平衡压力的关系如下式(3)、式(4)所示：
5.权利要求3所述的液态二氧化碳相变驱置煤层瓦斯合理压注压力的确定方法，其特征在于，s4中：
6.权利要求5所述的液态二氧化碳相...
【专利技术属性】
技术研发人员：樊世星，宋金锁，程小蛟，刘名阳，武伟，柳博聪，李日军，金霏阳，时玉坤，乔季洁，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：
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