传热学在煤层气自然解吸实验中的应用

对煤层 进行 原始 状 态模 拟 。 通过 对 实验 设 备 的 传 热 学 分析 ， 出最 理 想 的 煤层 气 原 始状 态模 拟 。 得
通 过传 热 学 实验 分析 ， 出进 行煤 层 气 自然解 吸试验 的 启 示。 得 关键 词 ： 煤层 气 ； 自然解吸 ； 导热 ； 热辐射
中图分 类号 ：６ ４ ６ Ｐ ２ ． 文献 标识 码 ： Ｂ 文章 编号 ：６ １ ７ ９ ２ １ ） ２— ０ ７— ３ １７ — ４ Ｘ（０ ０ ０ ０ ７ ０
的认 识 和见解 。
ｌ 煤层气 自然解 吸实验
１ １ 自然 解 吸法 的基础 理 论 ．
图 １ 煤层气 自然解吸实验设备
收稿 日期 ：０９— ８—１ ２０ ０ ８
作者简 介： 磊 （９ ９ ） 男 ， 西西安 人，９ ２年毕 业于陕 西广 黑 １５ 一 ， 陕 １８ 播电视 大学 ， 工程师 ， 现主要从事煤层气 资源勘探及测试方 面和仪器
第 ２期
黑
磊
传热学在煤层气 自然解 吸实验 中的应用
传 热 学 在 煤 层 气 自然 解 吸实 验 中 的应 用
黑 磊
（ 煤炭科学研究总 院西安研究 院 ， 陕西 西安 ７０５ ） １０ ４
摘 要 ： 传热 学知 识应 用 于煤层 气 自然解吸 试验 测试 中 ， 用预 先设计 好 的 实验过 程及 实验 设备 将 应
堕
导 Ｖ 解 吸 罐 外 壁 ！銎 解 吸 罐 内 壁 用 。选 择不 同导 热 系数 （ 热 系数一 Ｐ Ｃ和导 热 系 数一 铝 ） 的解 吸 罐 在 恒 温 水 浴 中进 行 实 验 ， 别 在 分 ３ ℃ 、０ 、５ ５ ４ ℃ ４ ℃和 ５ ℃ 的水 浴进 行 实 验 ， Ｏ 通过 ４次
解 吸 出煤层 气 。煤层 气 运移 机制 一般 分 为初次 运 移
自然 解 吸 法 依 据 的基 础 理 论 是 ， 层 气 的赋存 煤
状 态有 吸 附态 、 离态 和水 溶 态三 种状 态 ， 以吸附 游 且
态 为 主 ； 且煤 层 同时 具 有 煤 基 、 隙 和 裂 隙 特征 。 而 孔 吸附 态 煤层 气 通 过 解 吸一 扩 散 过程 ， 煤基 质 游 离 从 到裂 隙 ， 压力 差 的作 用下 ， 在 以达西 渗流 方式 向外逸 散（ 煤样 装 人密 封罐 之前 释放 的气 体 ） 而煤 层 气 自 ；
１所 示 。
动力和浮力等的合力 。煤层气 自然解吸实验就是模 拟煤层储层的原始状态情况下 的气体 自然解吸所预
测 的煤层 气 含量 的实 验方 法 。煤层 气 自然解 吸 实验 所用 设备 和 过程都 利 用 了传热 学方 面 的知识 。本 文 通过 传热 学 的角度 对 煤层 气 自然解 吸实 验有 个更 新
者 说是 初次 运移 的继 续 。二 次运 移对煤 层 气 的形成 以及 已储 藏 的煤 层气 再分 配起 主要 作 用 。而发 生二 次 运移 的煤层 气 “ 流体 ” 主要 动 力 是 构造 应 力 、 的 水
国开发计划署 资助的“ 中国煤层 气资源开发” 目 项
过程中， 结合 国 内外 的研 究 成 果 建 立 起 国 内 自己 的 煤层 气 自然 解 吸实验 室 。煤 层气 自然 解 吸实验 设备 包 括解 吸罐 、 温水 浴 、 恒 气体 计量 装置 其示 意 图如 图
为 ２５０ｇ温度 传感 器插入解 吸罐 中下 部分 别记 录 ０ ； 解 吸罐 内部 温度变 化 。
环 境温度 为 ２ ． ｃ ， 温水 浴温 度 为 ３ ℃ ， ４ ３Ｉ 恒 ＝ ５ 则
单层 圆筒 壁 ： 已知 圆筒 内 、 外半 径 分别 为 ｒ、 ｒ， 内外 表 面温度 均匀 恒定 分 布 且分 别 为 ｔ、 ， 采 用 ｔ 若 圆柱坐标 系 （ ， ，） ｒ ｚ求解 则成 为沿 半径方 向的一维
Ｏ 引言
煤层 气 （ 甲烷 ） 生成 之 后 ， 小 部 分通 过 分 子 扩 一 散途 径或裂 隙运移 至 邻 近 大 的煤 层 裂 隙 里 面 ， 另 而 大部 分则 以 吸附状 态 保 存 在 煤 分 子 结 构 里 ， 部 分 这 煤层 气一般 不 发生运 移 或不 发 生显著 运 移 。只有 当 煤 层 的压力 下 降时 ， 煤层 吸 附气 体才 会发 生解 吸 ， 解 吸 的气 体在 煤 的孔 隙 之 间发 生 运 移 ； 终 从 煤层 中 最
堕 型 罐内 墼 空气／ 水和储层煤体样品环境。
２ 层气 自然解吸实验解吸罐的基本特征就是传
热 学 中单 层 圆筒壁 传热 问题 。
２ １ 传 热学 的基本 知识 ．
实验的时间及不同材料的内部温度进行测试。实验 过 程 中两种解 吸 罐 材料 分 别装 有 粉 粒 状煤 样 ， 量 重
Ｐ Ｃ材料 和 Ａ Ｖ Ｌ材料 的 内部 煤 粉 温 度 如 图 ３所 示 。 环境 温 度 为 ２ ．℃ ， 温水 浴 温度 为 ４ ℃ ， Ｐ Ｃ ４３ 恒 ０ 则 Ｖ 材 料和 Ａ Ｌ材 料 的内部 煤粉 温 度如 图 ４所 示 。环 境 温 度为 ２ ．℃ ， 温水 浴温 度 为 ４ ℃ ， Ｐ Ｃ材 料 ６８ 恒 ５ 则 Ｖ 和Ａ Ｌ材 料 的 内部 煤粉 温度 如 图 ５所示 。环境 温度 为 ２ ．℃ ， 温 水 浴 温 度 为 ５ ℃ ， Ｐ Ｃ材 料 和 ６５ 恒 ０ 则 Ｖ
开发 方 面 的研 究 。
煤层气 自然解吸实验是利用传热学中导热 、 对 流 、 辐射 三 种形 式对 煤层 储层 的模 拟 实验 的方 法 。 热 １２ 煤层 气 自然解 吸实验 传热 形 式 ． 煤层气 自然 解 吸实 验 传热 的形 式 如 下： 热水
７ ８
陕
西
煤
炭
２１ ０ ０年
然 解 吸就是 模 拟这 一过 程 的实验 方 法 。煤 层 自然解
吸就是 采集 煤层 新 鲜 煤 样 装 人 密 封 的 解 吸罐 中 ， 直 接 测量 从煤 样 中解 吸 出的样 品体 积 以及气 体解 吸 的 速 度 。煤炭 科学 研究 总 院西 安研 究 院在执 行 由联合
和二次 运移 。初 次运 移 一般 指煤 层气 运移 到储 集 岩 的运移 。煤 层气 进入 储集 岩 以后 的一 切运 移都 统称 为二次 运移 。二 次 运 移 是 接 着初 次运 移 发 生 的 ， 或