[发明专利]一种利用超声波提高煤层气产率的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高煤层气产率的方法及装置，特别涉及一种用超声波提高煤层气产率的方法及装置。

背景技术

我国煤层气资源丰富，但煤层气井产气时间普遍较短，产气高峰期也短。主要原因有：(1)煤层气井排采速度过快，引起煤层吐砂或吐煤粉，导致煤层气产量下降。(2)我国大多数煤层渗透率偏低。目前煤层气井改造的常规措施是压裂，但煤层气井的低产导致煤层气井不可能实施重复压裂，因而对于压裂效果不理想或大量出煤粉的煤层气井，目前尚缺乏经济有效的技术措施。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够促进煤层气解吸、提高煤层气产率的方法及装置。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种利用超声波提高煤层气产率的方法，该方法利用超声波发生器产生一定强度的超声波对煤岩样品或煤层进行处理，利用超声波的振动作用、空化作用及热效应，促进煤岩中吸附甲烷分子的解吸脱附，从而提高煤层气的产量；通过调节超声波的功率、频率、作用时间以及方式等来优化超声波的作用参数，提高超声波处理效果。

一种用超声波提高煤层气产率的装置，该装置主要包括煤岩吸附解吸评价系统以及超声波处理系统；煤层气吸附解吸评价系统主要包括气源7、真空泵6、量气瓶1、标准室3和样品室2等；超声波处理系统主要包括超声波发生器4和超声波处理槽5，以水作为耦合介质，采用超声波对煤岩样品进行处理。

为了研究不同超声波作用参数对煤层气解吸的影响，可以调整超声波的功率、频率、处理时间和方式等。

本发明与其他提高煤岩采收率的技术相比，具有以下优点：可以显著加快煤层气解吸速度，缩短解吸时间，提高煤层气的产率，并且不对煤岩基质产生破坏。另外，本发明提供的装置结构简单，成本低，操作简便，易于实现。

附图说明

图1为超声波促进煤岩解吸性能评价装置示意图。

图2为煤层气吸附解吸实验过程原理图。

图3为超声波“剥落”煤岩表面甲烷分子示意图。

图4为某煤样中煤层气吸附解吸曲线。

图5为超声波处理对煤层气解吸效果影响实验结果图。

具体实施方法

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施：本发明利用超声波促进煤岩解吸的装置包括两部分：一部分为超声波处理系统，另一部分为煤岩吸附解吸性能评价系统。

图1为本发明中超声波促进煤岩解吸性能评价装置示意图。它主要包括气源7、真空泵6、量气瓶1、超声波发生器4、超声波处理槽5、标准室3和样品室2等。实验过程如下：

(1)利用真空泵对煤岩模型抽真空。

(2)进行煤岩吸附实验。

(3)进行无超声波作用下的煤层气解吸实验，记录实验过程中的初始压力及平衡压力。

(4)进行超声波处理下的煤层气解吸实验，记录实验过程中的初始压力和平衡压力；

(5)改变超声波处理参数(如功率、频率、作用时间及作用方式等)，重复上述过程。

图2为煤层气吸附解吸实验过程原理图。

(1)吸附实验时，先关闭阀门A₁、A₂，打开阀门A₃，通过气源7向标准室3中注入实验气体，记录压力值；然后关闭阀门A₃，打开阀门A₂，连通标准室3与样品室2，使气体在煤岩中吸附，记录平衡时的压力值。重复上述过程，直至实验最大压力，吸附实验结束。

(2)解吸实验时，关闭阀门A₁、A₂，打开阀门A₃，从标准室3中排出一定量的气体，记录压力和排出的气量；关闭阀门A₃，打开阀门A₂，使标准室3中的煤样降压解吸，达到平衡时，记录此时的压力值。重复上述过程，直至实验最低压力，解吸实验结束。

图3为超声波的机械振动作用“剥落”煤岩表面吸附的甲烷分子示意图。

本发明中，超声波的作用机理主要是机械振动、空化作用和热效应。超声波的机械振动机理是基于煤岩骨架与其中流体密度不同，产生的加速度不同，机械振动使煤岩骨架及颗粒产生振动，两相物质界面发生相对运动，使甲烷气在煤岩表面的附着力减弱，促进了甲烷气的脱附和解吸。同时，机械振动具有降低孔隙或孔隙喉道内附面层的影响，使煤岩孔隙有效半径增加，流动速度增大。