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电磁场影响煤层甲烷吸附的机理研究-天然气工业
维普资讯
天 然 气 工 业 2004年 1O月
电磁场影响煤层 甲烷吸附的机理研究*
聂百胜 何学秋 王恩元 张 力。
(1.中国矿业大学北京校区 2.中国矿业大学 3.中国煤炭工业技术委员会)
聂百胜等.电磁场影响煤层 甲烷吸附的机理研究.天然气工业,2004;24(10):32~34
摘 要 利用物理学、分子热力学、表面物理化学理论分析 了电磁场影响煤层 甲烷吸附的机理,为 电磁场提高
煤层 甲烷抽放率提供了理论支持。研究结果表 明,影响机理主要包括:热效应及微观上对 甲烷分子和煤表 面相互
作用能的影响,并对电磁场 (对煤体产生)的热效应进行 了估 算,结果表明热效应对于 甲烷吸附解吸具有重要 的影
响.而且 由热效应产生热应力引起的应变差异形成孔 隙对于 甲烷的吸附解吸和运移也有积极的作用 。通过对 电磁
场作用下煤层 甲烷的吸附势垒降低量AE进行 的计算,结果表明,AE 与电磁场 频率和强度基本呈正相关,即电磁
场频率和强度越大.吸附势垒减小得越 多,越有利于煤层 甲烷的解吸。电磁场对煤层 甲烷吸附解吸的影响对于煤
层 甲垸抽放提供 了一种新的技术手段,研究其作用机理具有重要的理论和现实意义。
主题词 煤层 甲烷 电磁场 机理 吸附势垒
我国的煤层气资源丰富,埋深 2000m 以浅的煤 静 电场作用下当煤体的电导率或外加 电场 的场强很
层气有 35×10m。,具有 巨大的开发潜力 。我 国 大时 ,煤体可 以加热到很高的温度 ,当外加 电场是交
抽放煤层气最大的障碍是其赋存的煤层大都是低渗 变 电磁场时加热将更加激烈 ,交变 电磁场作用下单
透性的,而且吸附的甲烷难 以充分解吸,因此研究利 位时间煤体的温度升高 :
用煤层气的关键技术难题是如何提高其在煤层 中的 ^ + 一 27【 oetg8 ·E r1、
u ‘一 \ /
解吸率及渗透率 。电磁场对煤层气吸附解吸的影响 f ‘D
国内外学 者 已进行 了初步研 究,如前苏 联 Airuni 式中:△£为温度升高量 ,℃;f为外加 电磁场频率,
等 、何学秋教授及其课题组∞ 、鲜学福院士及其 Hz.E0为真空时的介 电常数,e。一8.854×10一 F/
课题组 研究结果表 明,外加 电磁场能使提高煤 mIEr为煤体 的相对介 电常数 ;为煤体 的介 电损耗
层气的解吸速度 ,使解吸量增加、渗透率提高。 角;c为煤体 的比热容,J/(kg·K);p为煤体 的密度 ,
kg/m。;E为外加 电场 的电场强度 ,V/m。
一 、 电磁场影响煤层 甲烷吸附的机理 可以看 出,外加电磁场的频率越高、电场强度越
在 电磁场 的作用下 ,由于煤体 中电子、离子的位 大,对煤体 的作用越强 ,煤体 的温度升高越快 。一般
移、电与磁的定向(极化和磁化)以及 电子、离子的激 煤体 e一4~13,一10 ~10 S/m,在室温下 C
发等因素,电磁场可 以直接作用于煤体 ,即在煤体 中 一 836.32~1672.64J/(kg ‘K),D一 (1.27~1.52)
将 电能转化为热能。所以,外加 电磁场会将煤体加 ×10。kg/m。,为了估算温度升高速度 ,取 e一10,一
热、改变煤体物理力学性质,甚至击穿煤体 ,这是外 10 。S/m,tg一0.1,C一1000J/(kg·K),p— 1.4×
加场对煤体 的热效应 。另外,外加 电磁场 可 以改变 10。kg/m。。当外加 电磁场频率为 1MHz,强度 为
煤表面与煤层 甲烷之间的势能,从而改变煤裂隙孔 2500V/m 时,煤体每小时升温 0.893622℃。众所
隙表面的引力场
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