一種利用超聲波提高煤層氣產率的方法及裝置的製作方法
2023-05-03 20:13:06
專利名稱：一種利用超聲波提高煤層氣產率的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種提高煤層氣產率的方法及裝置，特別涉及一種用超聲波提高煤層氣產率的方法及裝置。
背景技術：
我國煤層氣資源豐富，但煤層氣井產氣時間普遍較短，產氣高峰期也短。主要原因有(1)煤層氣井排採速度過快，引起煤層吐砂或吐煤粉，導致煤層氣產量下降。( 我國大多數煤層滲透率偏低。目前煤層氣井改造的常規措施是壓裂，但煤層氣井的低產導致煤層氣井不可能實施重複壓裂，因而對於壓裂效果不理想或大量出煤粉的煤層氣井，目前尚缺乏經濟有效的技術措施。發明內容
本發明的目的是提供一種能夠促進煤層氣解吸、提高煤層氣產率的方法及裝置。
本發明是通過如下技術方案實現的
一種利用超聲波提高煤層氣產率的方法，該方法利用超聲波發生器產生一定強度的超聲波對煤巖樣品或煤層進行處理，利用超聲波的振動作用、空化作用及熱效應，促進煤巖中吸附甲烷分子的解吸脫附，從而提高煤層氣的產量；通過調節超聲波的功率、頻率、作用時間以及方式等來優化超聲波的作用參數，提高超聲波處理效果。
一種用超聲波提高煤層氣產率的裝置，該裝置主要包括煤巖吸附解吸評價系統以及超聲波處理系統；煤層氣吸附解吸評價系統主要包括氣源7、真空泵6、量氣瓶1、標準室3 和樣品室2等；超聲波處理系統主要包括超聲波發生器4和超聲波處理槽5，以水作為耦合介質，採用超聲波對煤巖樣品進行處理。
為了研究不同超聲波作用參數對煤層氣解吸的影響，可以調整超聲波的功率、頻率、處理時間和方式等。
本發明與其他提高煤巖採收率的技術相比，具有以下優點可以顯著加快煤層氣解吸速度，縮短解吸時間，提高煤層氣的產率，並且不對煤巖基質產生破壞。另外，本發明提供的裝置結構簡單，成本低，操作簡便，易於實現。
圖1為超聲波促進煤巖解吸性能評價裝置示意圖。
圖2為煤層氣吸附解吸實驗過程原理圖。
圖3為超聲波「剝落」煤巖表面甲烷分子示意圖。
圖4為某煤樣中煤層氣吸附解吸曲線。
圖5為超聲波處理對煤層氣解吸效果影響實驗結果圖。
具體實施方法
下面結合附圖進一步說明本發明的具體實施本發明利用超聲波促進煤巖解吸的裝置包括兩部分一部分為超聲波處理系統，另一部分為煤巖吸附解吸性能評價系統。圖1為本發明中超聲波促進煤巖解吸性能評價裝置示意圖。它主要包括氣源7、 真空泵6、量氣瓶1、超聲波發生器4、超聲波處理槽5、標準室3和樣品室2等。實驗過程如下(1)利用真空泵對煤巖模型抽真空。(2)進行煤巖吸附實驗。(3)進行無超聲波作用下的煤層氣解吸實驗，記錄實驗過程中的初始壓力及平衡壓力。(4)進行超聲波處理下的煤層氣解吸實驗，記錄實驗過程中的初始壓力和平衡壓力；(5)改變超聲波處理參數(如功率、頻率、作用時間及作用方式等)，重複上述過程。圖2為煤層氣吸附解吸實驗過程原理圖。(1)吸附實驗時，先關閉閥門ApA2，打開閥門A3，通過氣源7向標準室3中注入實驗氣體，記錄壓力值；然後關閉閥門A3，打開閥門A2，連通標準室3與樣品室2，使氣體在煤巖中吸附，記錄平衡時的壓力值。重複上述過程，直至實驗最大壓力，吸附實驗結束。(2)解吸實驗時，關閉閥門Ap A2，打開閥門A3，從標準室3中排出一定量的氣體， 記錄壓力和排出的氣量；關閉閥門A3，打開閥門A2，使標準室3中的煤樣降壓解吸，達到平衡時，記錄此時的壓力值。重複上述過程，直至實驗最低壓力，解吸實驗結束。圖3為超聲波的機械振動作用「剝落」煤巖表面吸附的甲烷分子示意圖。本發明中，超聲波的作用機理主要是機械振動、空化作用和熱效應。超聲波的機械振動機理是基於煤巖骨架與其中流體密度不同，產生的加速度不同，機械振動使煤巖骨架及顆粒產生振動，兩相物質界面發生相對運動，使甲烷氣在煤巖表面的附著力減弱，促進了甲烷氣的脫附和解吸。同時，機械振動具有降低孔隙或孔隙喉道內附面層的影響，使煤巖孔隙有效半徑增加，流動速度增大。本發明方法基於超聲波的空化作用，由於超聲波通過液體時，會使介質中的微氣泡發生共振，迅速脹大，繼而湮滅，提高煤層氣井近井地帶的滲透性能。本發明方法基於超聲波的熱效應是由於超聲波在煤體中傳播的能量被煤巖介質、 煤層水及甲烷吸收並轉化為熱能，使煤體質點溫度升高，增大了分子的動能，減弱了甲烷氣與煤表面分子間的吸附力，促進煤體中甲烷氣的解吸。圖4為某煤樣中煤層氣吸附解吸曲線。圖5為超聲波處理對煤層氣解吸效果影響實驗結果圖。由圖5可見，超聲波作用下的煤層氣解吸曲線位於自然解吸曲線上方，可見超聲波作用促進了煤層氣從煤巖表面的解吸，提高了煤層甲烷的產量；並且解吸量隨超聲波作用功率的增大而增大。表1為超聲波處理前後甲烷解吸表。表1超聲波處理前後甲烷的解吸時間表
權利要求
1.一種利用超聲波提高煤層氣產率的方法，其特徵在於利用超聲波發生器產生一定強度的超聲波，對吸附煤層氣的煤巖樣品或煤層進行處理，利用超聲波的振動作用、空化作用及熱效應促進煤巖中吸附的甲烷分子解吸脫附。
2.根據權利要求1所述的一種利用超聲波提高煤層氣產率的方法，其特徵在於，通過改變超聲波的作用參數，可以提高煤層氣的解吸速度和產率。
3.根據權利要求1所述的一種利用超聲波提高煤層氣產率的方法，其特徵在於，所述室內實驗使用的超聲波發生器功率在OW到200W之間變化。
4.根據權利要求1所述的一種利用超聲波提高煤層氣產率的方法，其特徵在於，所述室內實驗使用的超聲波發生器頻率在20kHz到IOOkHz之間變化。
5.一種實施如權利要求1所述方法的裝置，該裝置主要包括煤巖的吸附解吸性能評價體系以及超聲波處理系統；吸附解吸性能評價體系主要包括氣源(7)、真空泵(6)、量氣瓶 (1)、標準室C3)和樣品室O)；超聲波處理系統主要包括超聲波發生器(4)和超聲(5)波處理槽，其特徵在於，實驗煤巖樣品沉浸在耦合介質中。
全文摘要
本發明公開了一種用超聲波提高煤層氣產率的方法及裝置，該方法利用超聲波發生器產生一定功率和強度的超聲波，以水為耦合介質，使超聲波傳導至煤樣或煤層氣井近井地帶，利用超聲波的機械振動作用、空化作用及熱效應促進煤巖中甲烷分子的解吸脫附；通過調整超聲的功率、頻率、作用時間和作用方式，實現超聲波作用參數的優化。該裝置主要包括煤層氣吸附解吸性能評價裝置以及超聲波處理系統。本發明的技術方案成本低，操作簡便，易於實現，可以廣泛應用於煤層氣開發技術領域。
文檔編號E21B43/00GK102518409SQ20111036880
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月21日 優先權日2011年11月21日
發明者吳仕貴, 孫仁遠, 張建山, 戰永平, 林李 申請人:中國石油大學(華東)