天然气动态气压不稳定_天然气动态压力低的原因有哪些引起的问题吗

2024-07-07 11:21:22

1.冰激凌的生产制造过程常见问题及解决方法有哪些？

2.LBM方法应用于天然气水合物沉积物中水合物分解过程的多相渗流规律研究

3.长期的压力和紧张的工作环境导致的职业倦怠和身体问题，应怎么改善？

4.真空是绝对空吗？形成真空的因素都有哪些？

5.煤层气勘探开发的几个基础问题浅析

6.大家平时压力很大的时候都有哪些“解压神器”？

天然气动态气压不稳定_天然气动态压力低的原因有哪些引起的问题吗

分享是人类社会中的一种基本行为，它有助于促进沟通、建立信任、提升人际关系和减轻压力等。然而，有些人的分享欲望却逐渐减少，这可能与以下几个原因有关：

1. 社交焦虑

社交焦虑是指在某些社交场合中感觉紧张、不自在或者担心他人的评价。在这种情况下，人们往往会避免参加与人互动的活动，包括分享。因此，如果一个人正在经历社交焦虑，他们的分享欲望可能会减少。

2. 自我保护机制

有时候，人们也会减少分享欲望是因为他们想要保护自己的隐私。例如，当一个人经历了一些尴尬或痛苦的经历时，他们可能会选择将这些信息保留在内部，以避免被他人嘲笑或伤害。这种自我保护机制可能导致他们减少分享欲望。

3. 忙碌和压力过大

当人们感到忙碌和压力过大时，他们可能会感到没有足够的时间来分享，或者根本没有精力去表达自己。在这种情况下，人们可能会选择尽可能少地与他人交流，以便更好地应对自己的问题和挑战。

4. 情感障碍

一些情感障碍，如抑郁症和焦虑症，可以导致人们减少分享欲望。例如，一个患有抑郁症的人可能会认为没有人会关心他所说的话，或者他会担心被他人误解。因此，这种情感障碍往往会导致人们减少与他人交流和分享。

5. 文化背景和环境

人们的文化背景和环境也可以影响他们的分享欲望。例如，在某些文化中，人们更加重视私人生活和隐私。在这种情况下，人们可能会减少分享，以避免被他人视为不懂得保护个人隐私。

总之，人们减少分享欲望有很多原因，包括社交焦虑、自我保护机制、忙碌和压力过大、情感障碍以及文化背景和环境等。如果一个人正在经历分享欲望减少的问题，最好的方法是找到一个支持并理解自己的朋友或专业人士进行交流和咨询。

冰激凌的生产制造过程常见问题及解决方法有哪些？

点火失败，检查水压，燃气问题，再断电重启试试，多次点火失败联系师傅上门维修。博世壁挂炉显示A7：热水温度传感器损坏

解决方法：检查温度传感器和连接电缆是否中端或者短路，必要时更换传感器。

博世壁挂炉显示Ad：水箱温度传感器不能识别

解决方法：检查温度传感器和连接电缆，必要时更换温度传感器。

博世壁挂炉显示C1：风机转速过低

解决方法：检查电压电压，还有就是检查烟管系统，必要时清洁或者修复。

博世壁挂炉显示C4：风机关闭时风压开关不能打开

解决方法：检查风压开关和布线，检查连接软管。

博世壁挂炉显示C6：风压开关不能关闭

解决方法：检查带插头的鼓风机电缆以及鼓风机，如果损坏就需要更换鼓风机。检查风压开关和烟气输送装置。

博世壁挂炉显示C7：风机不能运行

解决方法：检查带插头的鼓风机电缆以及鼓风机，发现损坏的话就要更换。

博世壁挂炉显示CE：取暖设备的注水压力过低

解决方法：往取暖系统内部注水即可。

博世壁挂炉显示d7：燃气费损坏

解决方法：检查连接的电缆，检查燃气阀门，必要时更换燃气阀门。

博世壁挂炉显示E2：采暖出水温度传感器损坏。

解决方法：检查温度传感器和连接电缆是否中端或者短路，必要时更换传感器。

博世壁挂炉显示E9：主换热器上的限温器被触发

解决方法：

1、检查限温器和连接电缆是否中断，必要时更换。

2、检查供暖设备的工作压力

3、检查限温器，必要时更换。

4、检查泵启动的情况，必要时更换水泵。

5、检查保险装置，必要时更换。

6、为设备排气

7、检查水侧的主换热器，必要时更换。

8、检查烟气温度限制器和连接电缆是否中断，必要时更换。

博世壁挂炉显示EA：未检测到火焰

解决方法：

1、检查地线是否有效连接

2、检查燃气阀门是否开启

3、检查燃气接口压力，必要时校正

4、检查电源连接

5、检查电机和电缆，必要时更换

6、检查烟管系统，必要时清洁和修复

7、检查燃气设置，必要时校正

8、使用天然气时，检查外部气体流量检测器，必要时更换

9、清洁主换热器

10、检查燃气阀门是否损坏，必要时更换

博世壁挂炉显示F7：燃烧器已经被关闭，但是能检测到火焰

解决方法：

1、检查电极的脏污情况，必要时更换

2、检查烟管系统，必要时清洁或者修复

3、检查电路板是否受潮，必要时使其干燥

博世壁挂炉显示FA：燃气关闭后，检测到火焰

解决方法：检查燃气费，看是否漏气，必要时更换。检查电机和连接电缆，必要时更换。检查烟管系统必要时清洁和修复。

博世壁挂炉显示Fd：错误地按下按键过久(超过30秒)

解决方法：再次按下按键，少于30秒

LBM方法应用于天然气水合物沉积物中水合物分解过程的多相渗流规律研究

一、冰激凌理化指标不合格（微生物超标）?

冰激凌理化指标不合格，最常见的就是菌落总数超标及大肠杆菌杆菌超标。为了避免或防止冰淇淋的二次污染，在严格控制加工工艺操作的同时，应注意以下几点： ?

1、原辅材料的污染 ?在加工冰淇淋时，奶制品、蛋制品、甜味剂、稳定剂及香精等在贮存过程中会污染上一定的细菌，甚至有耐热芽孢菌。加上原料在贮运、加工过程中受到外来污染，大大增加了混合料中的细菌数。虽然经过高温杀菌，但不能完全将细菌杀死，并且污染越严重，杀菌越困难，残留在混合原料中的细菌就多，以致造成冰淇淋的微生物指标超标建议是85度以上温度，持续杀菌10分钟以上。?

2、设备污染 ?由于设备在投产前未能很好消毒，特别是在混合物料经杀菌后与设备密切接触，如果消毒不彻底，将可能造成产品微生物超标。如混料缸、冷却缸、各类管道及工作台等。因此在生产前必须按前述进行严格消毒。 ?

3、操作人员的污染 ?冰淇淋生产中的细菌数与操作人员的个人卫生好坏有密切关系，进入操作间时不消毒，工作服等不消毒，不按卫生要作，都会把细菌带入生产车间。所以养成操作人员良好的个人卫生习惯是保证产品质量的关键。建议建立“自动洗手、自动干手、自动杀菌”的卫生程序，如采用“Q8自动感应手消毒器”。以首次杀菌后时间计算，建议每隔60-90分钟对手部重新消毒一次，阻隔手部细菌的滋生及繁衍。?

4、空气污染 ?含菌的空气二次污染冰激凌，而原采用的臭氧、紫外线等也不能同步开机使用。建议采用“NICOLER动态消毒机”，对人体没有任何伤害。该机器使用方法很简便，在工人上班时开机、过程中不关机持续不间断杀菌，工人下班后同步关机。据北海某公司在2011年7月15～16日的杀菌效果检测如下：采用YKJ-2500型食品动态消毒机在60平方的车间，开机前1281个/ m3，消毒机开启1小时候156个/m3，开机2小时后93个/ m3，符合企业标准及国家标准。?

5、包装的污染 ?包装材料在加工储运过程中一般不是十分卫生的，易被细菌污染。所以除将包装物妥善保管外，还必须在使用前经过严格的杀菌消毒。

二、冰淇淋的收缩

主要由于冰淇淋内部的一部分不凝冻的物质的粘度较低，或者液体和固体分子移动的结果，引起了空气的逸出，从而使冰淇淋发生收缩。收缩的冰淇淋不仅形态差，而且组织粗糙。为了避免或防止冰淇淋的收缩，在严格控制加工工艺操作的同时，应注意以下几点：

1、温度的影响 ?冰淇淋凝冻后不能及时送进硬化室，在外界高温度的影响下，冰淇淋内部空气温度升高，发生外渗现象，使冰淇淋陷落。其次，硬化室温度偏高，不能及时硬化，冰淇淋内部空气外渗也会产生陷落现象。最后，硬化室和冷藏库内温度发生变化。当温度升高时，冰淇淋内部气泡压力增大，气体外渗，组织陷落；如果温度过高，并会出现融化现象，这时粘度大大降低，体积缩小。?

2、膨胀率过高 ?由于膨胀率太高，水分和固体数量少，空气含量增多，压力变化大，在温度变动时，空气很容易渗出，亦会引起冰淇淋收缩。?

3、乳蛋白质影响 ?用质量好的、酸度低的牛乳或乳制品为原料，可以防止蛋白质的不稳定性。?

4、糖分的影响 ? 避免糖分的含量过高，在一般情况下，不宜使用大量的淀粉糖浆。

5、小的空气气泡 ?严格控制冰淇淋的凝冻搅拌的质量，使冰淇淋内被混入的空气泡，能够处于较适应的压力下存在。因为空气气泡的压力是与气泡本身的直径成反比，气泡小则压力反而大，导致细小的空气气泡更容易在冰淇淋组织的裂痕出逸出。

三、冰淇淋常温下放置时间短（融化快）?

冰淇淋融化快，是指冰淇淋在食用时，很快融化成乳液。造成这种现象的原因除了贮藏温度偏高外，与冰淇淋本身的质量有很大关系。?

1、采用的稳定剂质量不好或用量不足，使混和料粘度不够，稳定性差，易于融化。

2、脂肪含量少，特别是硬化油用量偏少，则混和料融点亦偏高。

3、均质压力低，造成混合物料的粘度不足。

4、贮藏温度和运输工具温度偏高。?

5、销售时存放时间长等原因均能引起融化速度快，影响人们食用和产品销售。

四、客户食用过程中有异味?

由于操作不当，往往会造成冰淇淋带有不正常的味道，常见的有酸败味、咸味、煮熟味、烧焦味、氧化味等。造成异味的因素很多，有原料不新鲜造成的，也有加工不当形成的。 ?

1、酸败味 ?使用不新鲜的乳与乳制品。?

2、煮熟味 ?冰淇淋中加入经高温处理的含有高的非脂乳固体的甜炼乳等，或者混合原料在巴氏杀菌时温度超过77℃及经过二次巴氏杀菌等，会形成煮熟的气味。?

3、咸味 ?机器漏盐水和浇注溅入盐水；采用含盐分较高的乳酪；经高温处理的含高的非脂乳固体或者被过度中和；在冰淇淋中加入少量含盐分较高的黄油等都会增加咸味。

4、臭败味 ?这种气味主要是由于乳脂肪中丁酸（酪酸）水解的结果，以粗乳（未经消毒的乳）、乳脂或少量未经完全杀菌的混合原料与均质乳相污染所产生，另外细菌所产生的脂酶也是一个原因。牛乳或乳脂特别在热天保持其原来状态数天，即会产生酸败味，巴氏杀菌可以避免脂酶所产生的臭败味。

长期的压力和紧张的工作环境导致的职业倦怠和身体问题，应怎么改善？

喻西崇1，刘瑜2，宋永臣2，李清平1，庞维新1，白玉湖1

喻西崇（1973－），男，博士，高级工程师，主要从事深水工程、天然气水合物等研究，E-m ail: yuxch@cnooc.com.cn。

注：本文曾发表于中国石油大学学报（自然科学版），2011年第5期，本次出版有修改。

1.中海油研究总院，北京　100027

2.大连理工大学，辽宁，大连　116024

摘要：沉积物中天然气水合物的分解过程实际上是固态水合物在沉积物中吸收热量分解后发生相变的动态过程。在动态分解过程中，会发生复杂的多相渗流、传热和传质过程。掌握水合物分解过程中的多相渗流、传热和传质规律，是天然气水合物开采技术的理论基础，对水合物开采方法的选择、水合物开采策略的制订及其对环境危害的研究等都具有非常的意义。本文根据沉积物中水合物分解过程中流体运移和孔隙介质的特点，在充分调研的基础上提出格子Boltzmann方法（LBM）应用于天然气水合物沉积物中多相渗流规律的新方法，该方法是介于宏观和微观之间的介观模型方法。并采用由简单到复杂的方法：首先开展了LBM 方法应用于复杂微通道内单相、多相流动的数值模拟分析研究，然后在此基础上开展了LBM方法应用于多孔介质中单相流动的数值模拟分析研究；通过模拟得到复杂微通道内流场分布取决于微通道粗糙程度、弯曲程度、表面润湿性、流体介质特性等，多孔介质中单相流动的流场分布与孔隙直径（饱和度）和渗透率有关，沉积物中水合物的生成使得多孔介质渗透率大大降低。

关键词：LBM 方法；天然气水合物；沉积物；多相渗流

Preliminary Study for LBM Application to Multiphase flow Characteristics in Porous Media with gas Hydrate

Yu Xichong1,Liuyu2,Song Yongchen2,Li Qingping1,Pang Weixin1,Bai Y uhu1

1.CNOOC Research Institute,Beijing 100027,China

2.Dalian University of Technology,Dalian 116024,Liaoning,China

Abstract:Sediment decomposition of gas hydrate is actually solid hydrate in the sediments absorb heat decomposed the dynamic process of phase transition,dynamic decomposition process occurs complex multiphase flow,heat and mass transfer process ;Multiphase flow,heat and mass transfer process during gas hydrate decomposition,is the basic theory of gas hydrate production technology,and plan choices strategies of gas hydrate production,and great significance with on environmental hazards for gas hydrate decomposition.In this paper,simple to complex methods is adopted.Firstly,LBM method is applied to carry out a complex micro-channel single-phase,multiphase flow simulation analysis,then LBM method is again applied to single-phase flow in porous media numerical simulation studies.The results show that complex micro-channel flow field depends on the micro-channel roughness,bending degree,surface wet ability,fluid properties and other media.Single-phase flow in porous media depends on the pore diameter (saturation) and permeability of the sediment and the hydrate formation in the sediment so greatly reduces the permeability of porous media.

Key word:LBM method;gas hydrate;porous media; multiphase flow

0 引言

天然气水合物的开采过程实际上是固态水合物在沉积物中吸收热量分解后发生相变的过程。首先，水合物分解是一个非常复杂的动态过程，分解过程会对沉积物储层的岩石特性和热力学参数产生重要的影响；其中储层岩石特性参数主要包括储层机械特性（如剪切弹性模量、杨氏模量、泊松比等）和储层岩石渗流参数（如孔隙度、渗透率、饱和度、毛管力等），热力学参数主要包括比热、导热系数和膨胀系数、分解热等。其次，水合物分解是一个非常复杂的相态变化过程；如固态水合物分解成水和气，水还可能再次形成冰，冰遇热还可能再次融化，融化后的水遇到天然气在适当条件下还可能再次生成水合物等。同时，水合物分解是一个吸热过程，水合物分解过程中会出现多相渗流（天然气、水合物、水、冰和砂等）、传热（热传导、对流、流体流动、水合物分解热、节流效应等）和传质（水合物的分解、流体流动、水合物二次形成、气体溶解和吸附、气泡成核和增长等）等过程。因此掌握水合物分解过程中基础物性参数和相态的变化规律以及水合物分解过程中的多相渗流、传热和传质规律，是天然气水合物开采技术的理论基础，对水合物开采方法的选择、水合物开采策略的制订及其对环境危害的研究等都具有非常重要的意义。其中，掌握沉积物中天然气水合物分解过程中多相渗流规律是研究的基础，直接决定着传热和传质的方式和效率，也直接决定着今后制定水合物开发方案和开采效率，因此开展天然气水合物分解过程中多相渗流的理论研究和定量描述沉积中水合物分解过程的多相渗流规律非常重要。沉积物中天然气水合物分解过程中多相渗流实际上是一种动态的流固耦合过程，是一种多学科交叉的科学问题，涉及流体力学、固体力学、传热学和热力学以及统计学等学科。目前，还没有商业软件专门用于沉积物中水合物生成和分解过程中多相渗流、传热和传质模拟软件，这方面的研究相对不成熟，目前还处在探索和试验阶段，因此本文试图对沉积物中水合物分解过程中多相渗流模拟方法进行深入研究，力图在理论研究方法上有所突破。

对于流动特性的模型计算研究按照不同尺度可以分为微观、介观和宏观3个尺度。对于宏观尺度的模型计算研究主要是根据质量、能量和动量守恒方程采用有限元素的方法进行建模和计算，如一些商用CFD软件等。对于微观尺度的模型研究主要是应用分子动力学（MD）、直接蒙特卡洛模拟（DMS）等方法。而基于分子团的介观尺度上目前最流行的方法就是格子Boltzmann方法（LBM）。为了研究水合物分解过程的渗流特性中机理性的问题，采用宏观尺度的建模计算方法是不恰当的，许多微观的机理性的问题无法应用宏观尺度的模型解释清楚。因此拟采用微观和介观2个尺度的建模方法，即微观尺度上的MD法和介观尺度上的LBM 方法结合MRI方法得到的多孔岩心孔隙特性进行模型建立和数值模拟，对水合物分解过程的渗流特性进行模拟计算研究。

1 LBM方法在多相渗流模拟中的应用调研分析

1988年，Mc Namara和Zanetti[1]提出把格子气自动机中的整数运算变成实数运算，标志着格子Boltzmann方法的诞生。经过了近20a发展的格子Boltzmann方法为解决多相多组分流动问题提供了一个新的途径。

格子理论的提出基于这样的事实：流体的宏观运动是由大量流体分子微观运动的统计平均结果，单个分子的运动细节并不影响宏观运动的特性。因此，可以构造一种人工微观模型，使其在保持真实流体的基本特征前提下，结构尽可能的简单，粒子运动的细节尽可能的简化，且其宏观统计特性符合客观运动规律。

格子Boltzmann方法求解的方程是基于微观尺度上的统计力学的Boltzmann方程，但不需要解完整的Boltzmann方程。它有一些独特的优点：算法简单、能处理复杂边界、格子Bo1tzmann具有很高的并行性、微观和宏观方程之间的转换相对容易等。多相多组分的格子Bo1tzmann方法发展至此，主要有颜色模型和Shan-Chen模型。这2种模型分别从不同的角度描述流体内各组分间的相互作用。本文总结了颜色模型和Shan-Chen模型的发展、2种模型的特点及它们在二元非混相流体流动研究中的应用。

Rothman和Keller[2]提出了第一个模拟非混相两相流动的格子气自动机模型。这一模型以单相FHP模型为基础，引入2种有色粒子：红色和蓝色表示2种流体。此模型的提出是格子气自动机模拟两相流工作的突破性进步，但是它依然存在噪声及其他格子气自动机的缺点。之后，Gunstensen等[3]在R-K模型的基础上结合Mc Namara和Zanetti的模型和由Higuera、Jimenez[4]提出的线性化碰撞算子而提出一个新的模型。这一模型成功克服了原模型不满足伽利略不变性及含噪音的非物理性缺点，但压力仍然依赖于速度。此外还有线性化算子不能得到有效计算，模型不能处理不同密度和黏度的2种流体。

Grunau[5]等进一步发展了这一模型：用单弛豫时间碰撞算子简化了碰撞算子的计算并且选用了合适的粒子平衡态分布函数，并允许不同颜色粒子发生碰撞。改进后的模型在不可压条件下，可以得到宏观Navier-Stokes方程，能够模拟不同密度、不同黏度的两相流。

1993年Shan和Chen[6]提出了一种新的多相多组分格子Boltzmann模型。这一模型的最大特点是提出了直接描述分子间相互作用的方法，用一种伪势描述分子间的相互作用。1994年Shan和Doolen[7]又对模型进行了改进。模型的改进之处在于：①重新定义了平衡速度计算式中的uk项使碰撞在无相间相互作用力时满足动量守恒。②重新定义了混合流体的速度，将原来的按碰撞前状态计算改为按碰撞前后的平均值计算。如此则大大降低了宏观方程的误差。综合已有文献来看，颜色模型不如Shan-Chen模型应用广泛。

M.Krafczyk[8]用颜色模型模拟了多孔介质内的二元流动。在Gunstensen模型基础上建立了三维十九位格子上的颜色模型，模拟不同黏度及密度比的非混相二元流。这一模型通过以下几种两相模拟来验证：两流体间的静态平坦界面，非混相二元流在平行通道内流动，Laplace定律，气泡运动。模拟结果与半解析解一致。对2个大尺度的实际问题给出了初步模拟结果。2个问题为：废水批反应器内空气－水混合物的流动和泥流中的饱和滞后影响。对多孔介质内非混相二元流的实际问题模拟得到了量化结果。但同时可以发现对于这样大尺度实际问题的模拟，模型的稳定性成为一个主要的限制。

T Reis和T N Phillips[9]在原有的Gunstensen模型基础上提出一种新的颜色模型。这一模型构造了碰撞算子中两相相互作用部分，由此模拟出适宜的界面张力并且确定了界面张力的理论表达式。这一模型的可用性从两方面来验证：①比较界面张力的数值模拟结果与理论预测结果；②预测Laplace定律及非混相层状Poiseuille流。然后研究了不同黏度相同密度的2种流体的旋节线分离。最后模拟了2个气泡的合并过程，说明这一模型可以用来模拟密度比较大的两相流。

用于模拟多相多组分流的Shan-Chen模型和颜色模型近些年得到了很大地发展。由这2种模型都可以得到宏观上的Navier-Stokes方程，这是模型可用的最基本条件。Shan-Chen模型的最大特点是引入了直接刻画粒子间相互作用的势，它反映了多相多组分流的物理本质，易于理解。此外它在模拟时计算简单，得到广泛应用。它既可以模拟单组分流体的相变，也可以模拟多组分非混相流动，在模型上对组分数没有限制。颜色模型的提出比Shan-Chen模型早，特点是引入颜色梯度概念和颜色重标过程。它的提出为格子Boltzmann方法模拟多相多组分流带来突破性进展。2种模型在模拟简单的两相流（层状Poiseuille流、静态气泡）都可以得到与理论解吻合较好的结果（这是对模型可用性的验证），并在复杂流动的基础性研究中得到一定程度地应用。但2个模型都存在缺陷：如Shan-Chen模型中，只有相互作用力中的密度函数取指数形式时，该模型才与热力学相关理论一致；用颜色模型模拟，重新标色过程的计算成本高，而且模拟产生的伪流速度大、范围广，结果误差大；两模型模拟多相流动时相界面都有一定的厚度，这对用格子Boltzmann方法研究一些问题形成障碍。因此各种模型仍需改进发展。

2 LBM 方法应用于复杂微通道内单相、多相流动数值模拟分析

当多孔介质中的孔隙尺度很小时，微尺度效应不能忽略。利用LBM 方法考察了复杂微通道内的单相和多相流动特性。

2.1 单相流体在带粗糙元的直微通道内的流动

模拟结果如图1和2所示。从图中可以得知带矩形粗糙元和三角形粗糙元的微通道，除了在近粗糙元区域，流体流场大致相同。在带有矩形粗糙元的壁面附近，形成了一些漩涡，而且，这些漩涡的位置、大小形状和粗糙元的几何形状有着密切的关系。在三角形粗糙元的壁面附近，流场产生明显扭曲现象。

图1 矩形粗糙元复杂通道的流场a，局部放大图b

图2 三角形粗糙元复杂通道的流场（a），局部放大图（b）

2.2 单相流体在带粗糙元的弯曲通道内的流动

图3 带粗糙元的弯曲微通道

带粗糙元的弯曲微通道如图3所示，弯曲通道的流场如图4所示。从中可以得知，在弯曲通道内的折弯处，产生一些漩涡，这些漩涡的数量、大小、形状和弯曲通道的几何形状以及粗糙元的形状有着密切关系。这些漩涡在很大程度上影响着整个流场。因此，在研究弯曲微通道的流动时，通道和粗糙元的几何形状不能被忽视。

2.3 气液两相流体在光滑直通道内的流动

本文采用Shan-Chen两相模型模拟了水滴在光滑直通道内的流体特性。在Shan-Chen模型中，壁面的表面润湿性由无量纲系数Gt来调节，不同的G1值，得到的表面润湿性也不同。选取8个不同的Gt值（0.4,0.35,0.3,0.25,0.2,0.15,0.1,0.02）进行模拟，表征表面的润湿特性。模拟结果列于表1中。从表中可知，Gt=0.4与0.35，水滴表面上的接触角小于90°，通道上下壁面为亲水表面；Gt=0.3,0.25与0.2时，水滴的水平表面上的接触角在90°～150°，表面为疏水表面；Gt=0.15,0.1与0.02时，水滴在表面上的接触角超过150°，为超疏水表面，其中，Gt=0.02时，接触角为180°的理想超疏水表面，实际中不存在这样的表面。

表1 表面润湿性与G，的关系

模拟结果显示，表面的浸润特性对流动的影响很大。图5给出了Gt=0.4和0.02时，流动相界面分布情况，其中，深蓝色为气体，红色为液体。从图中可以看到，在亲水表面（Gt=0.4）通道内，液体会吸附在表面上。而在超疏水（Gt=0.02）通道内，液体与壁面之间存在一个微小的空隙，即液体与壁面之间存在一个微薄的空气层。

图4 弯曲微通道的流场（a），局部放大图（b）,（c）

图5 不同浸润特性光滑表面流动相界面分布（t=600计算步长）

2.4 气液两相流体在粗糙直通道内的流动

笔者用规则的矩形凸起与凹槽来近似代表超疏水表面的粗糙元，结构如图6所示，其中浅蓝色矩形区域为均匀分布的粗糙元。取w=s=5 μm,h=10μm进行模拟计算。

图6 矩形粗糙元粗糙壁面直通道流动计算域

图7 不同浸润特性粗糙表面流动相界面分布（稳定状态）

图7给出了流动达到稳定状态时，不同浸润性通道内流体相界面分布。图中，深蓝色代表气体，浅蓝色代表固体粗糙元，红色代表液体。亲水表面（Gt=0.4）通道内的流动，液体充满粗糙元凹槽内部，如图7a所示；随着Gt值的减小，即通道表面的疏水性能逐渐增强，液体在流动过程中进入凹槽内部的液体也越来越少，气体填充在凹槽底部，形成气团，如图7b-d所示。当Gt=0.02时，液体并不进入凹槽内部，从凹槽顶部横掠而过，如图7e。

图8是Gt=0.02时，通道内局部的流线图。通道中心区域是液体的流动，凹槽内部为气团的运动，中心区域液体的流动驱使凹槽内部气团开始运动，并形成涡旋，漩涡的上部运动方向与液体流速相同。

图8 粗糙表面流动流线局部放大图（Gt=0.02）

图9 不同Gt粗糙表面流动接触线局部放大图

图9给出了不同壁面特性粗糙表面流动接触线的局部放大图，流体最前端在x方向的移动距离均为195格子。与光滑表面相比，粗糙表面对亲水表面和疏水表面上部的流动都有很大的影响，但是粗糙元的存在对理想的超疏水表面（Gt=0.02）上部的流动影响并不大，与光滑表面相比，流体接触线几乎没有什么变化。这是因为，流体在绝对理想的超水表面上流动时，流体完全脱离固体表面。

3 LBM 方法应用于多孔介质中单相流动数值模拟分析

3.1 水合物在单孔隙通道内的格子Boltzmann模拟

应用上述模型对多孔介质中的水合物生成、分解过程饱和度的变化影响多孔介质渗透率的特性进行了模拟。在300×300格子的计算域内， 4个角点分别为半径R=100的1/4圆形多孔介质骨架（红色），骨架中心形成多孔介质的孔隙空间。水合物在孔隙中心生成（绿色），为理想的圆形，水合物认为是固体。半径从0到100变化，从而模拟水合物的生长。骨架颗粒表面和水合物颗粒表面都是非亲水表面，与水之间的相间力系数Gw=0.1。如图10所示。

图10 水合物在单孔隙通道内的格子Boltzmann模拟

根据水合物的生长半径可以计算出孔隙度变化及单孔隙内水合物的饱和度SH。左右边界定义为压力边界，模拟黏度为1的流体从左向右流动。得到该计算域内流体的流量后，根据西定律可以计算出该计算单元内的渗透率变化：

南海天然气水合物富集规律与开采基础研究专集

假设水合物半径R=0时的渗透率为K0=1，有水合物存在情况下的渗透率为KSH，相对渗透率定义为k=KsH/K0。计算结果如图11所示，从图中看出含有水合物的多孔介质渗透率随着水合物的饱和度增大而急剧降低呈指数递减关系。

不同水合物半径下的流线图如图12所示。当有水合物生成时，流体的流道迂曲度增大，流体在孔隙中流动形成绕流，降低了多孔介质的流通性能，从而使渗透率下降。当水合物的半径与孔隙尺寸相当时，水合物与多孔介质骨架间仅仅留下狭窄的流动通道，渗透率几乎降低为0。

图11 相对渗透率与水合物饱和度的关系

图12 不同水合物半径下的流线图

3.2 水合物在多孔隙通道内的格子Boltzmann模拟

图13表示在250×250格子的计算域内，红色为半径等于25的多孔介质骨架颗粒，绿色为在孔隙空间中均匀生成的水合物，半径分别为R=0,5,10,15,20和25。白色线为流体在孔隙通道中的流线。

水合物饱和度与相对渗透率之间的关系如图14所示。曲线为Kozeny颗粒模型水合物占据孔隙中心时相对渗透率与饱和度之间的关系。Kozeny颗粒模型表示为

图13 多孔隙空间水合物生成过程的流线图

图14 格子Boltzmann模拟结果与经验模型的关系

南海天然气水合物富集规律与开采基础研究专集

在忽略毛细力作用假设下，水合物饱和度在[0.1,1]范围内n值取[0.4,1]。

从图14中可以看出，格子Boltzmann数值模拟得到的结果与Kozeny颗粒模型吻合较好。充分证明格子Boltzmann数值模拟是可行的，为下一步以此为基础开展复杂多孔介质中水合物饱和度与相对渗透率相关关系奠定基础。

4 结论和建议

沉积物中天然气水合物分解过程中多相渗流实际上是一种动态的流固耦合过程，是一种多学科交叉的科学问题，涉及流体力学、固体力学、传热学和热力学以及统计学等学科。目前，还没有商业软件专门用于沉积物中水合物生成和分解过程中多相渗流、传热和传质模拟软件，这方面的研究相对不成熟，还处在探索和试验阶段，因此本文试图对沉积物中水合物分解过程中多相渗流模拟方法进行深入研究，力图在理论研究方法上有所突破。

1）根据沉积物中水合物分解过程中流体运移和孔隙介质的特点，在充分调研的基础上提出了格子Boltzmann方法（LBM）应用于天然气水合物沉积物中多相渗流规律的新方法，该方法是介于宏观和微观之间的介观模型方法。

2）采用由简单到复杂的方法开展沉积物中水合物分解过程中多相流动规律研究。首先开展了LBM 方法应用于复杂微通道内单相、多相流动的数值模拟分析研究，然后在此基础上开展了LBM方法应用于多孔介质中单相流动的数值模拟分析研究；通过模拟得到复杂微通道内流场分布取决于微通道粗糙程度、弯曲程度、表面润湿性、流体介质特性等，多孔介质中单相流动的流场分布与孔隙直径（饱和度）和渗透率有关，沉积物中水合物的生成使得多孔介质渗透率大大降低。

3）通过使用LBM 方法应用于单孔隙和多孔隙通道内单相流动数值模拟分析，同时与现有关系式计算结果一致，充分证明格子Boltzmann数值模拟是可行的，为下一步以此为基础开展复杂多孔介质中水合物饱和度与相对渗透率相关关系奠定基础。

4）本文只是将LBM 方法应用于多孔介质中多相流动规律的初步研究，今后还需要结合沉积物中天然气水合物分布的具体特点，考虑孔隙介质的微观特性、多相介质的流体物性以及流体介质与孔隙介质之间相互作用力等因素，同时还考虑水合物生成和分解的动态特性，结合传热和传质的特点，深入开展沉积物中水合物分解过程中多相流动规律，并与实验相结合，全面了解沉积物中水合物分解过程中多相流动规律。

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真空是绝对空吗？形成真空的因素都有哪些？

公司加班多，压力大，长期超负荷工作，会给身体和心理带来双重压力。工作压力大的情况下，身体不好、心情不好、精神不好、烦躁疲惫，该如何缓解呢？

高压力导致的职业倦怠和身体问题

当你总是在一个又一个项目间奔波，每天都累得恨不得立马晕过去，情绪焦虑到肠胃功能紊乱。更可怕的是，这样的生活你还一眼望不到头，只知道这个月忙完后下个月还会更忙，那你对手头的这份工作还会充满干劲和期待不？

神经学认为，人的大脑天然在追求“快感”刺激，以及回避“不快刺激”。

当受到快感刺激时，我们脑内会分泌多巴胺和内啡呔，让我们继续强化获得快感刺激的行为。

当受到不快刺激时，脑内则会分泌肾上腺素、去甲肾上腺素。这两种物质可以提高人的专注力、爆发力，使人如背水一战，发挥出超出自身能力的水平。但如果长期分泌这两种脑内物质的话，则会提高体内皮质醇的浓度。

高皮质醇的影响有哪些：食欲增强、腰围变大、免疫系统受损、记忆力和学习能力下降、焦虑加重、更年期症状加重等，会使人身心失去平衡，容易患上各种身体和心理疾病。

对于高压力带来的影响，如果没有办法换一份自己更中意的工作的话，就要尝试降低压力带来的感觉了。

1、转变对困难的认知

认清工作不是为了别人，工作的一个重要价值是帮自己持续突破自我。转变成这个认知后，你对高挑战的工作所带来的压力就会得到很大的释放。缓解压力要有一个良好的心态，乐观豁达一点。不要总想着还有多少工作没有做完，今天又要忙到很晚没时间休息这样负能量的想法。

提前制定工作计划，事情再多再急也要学会分轻重，重要的事情先处理，把任务按优先级拆分成一个个小目标，先易后难，提高工作效率。划分时间，做好每一天的工作，别把工作带回家，事情不可能一瞬间就解决完的，该睡觉就睡觉，该吃饭就吃饭。

2、寻求他人帮助，调整状态

不要独自承受压力，陷入其中。学会找到愿意倾听你的烦恼的人，身边的朋友、家人或者同事，把自己内心的困惑和压力说出来，也可以听听他人的建议。实在无法缓解时，可以寻求领导帮助，看看是否能通过调换岗位、减少任务、增加培训指导等，解决工作本身的压力和问题。

3、接受不完美的自己

正视自己的能力，坦然面对自己的不足，学着不用完人的标准要求自己。哪怕没有完美，你也比过去的自己更好了，把自己从单一价值观跳脱出来，你会轻松很多。

4、找到合适的解压方式

有人喜欢运动，有人喜欢玩游戏，有人喜欢唱歌，没有哪个最好，选择你喜欢的方式释放压力就好。不在状态的时候不要强迫自己做任何事情，给自己一点时间，离开混乱不堪的工作地点，好好休息，振作精神。

5、出门散步多晒太阳

适当的运动量和光照能够使身体循环进入活跃的状态，增加体内的血流量，促进身体的代谢，还能改善心情保持良好的心态。

工作只是一部分，生活才是自己的。

煤层气勘探开发的几个基础问题浅析

真空和空间不是绝对的，没有绝对的真空和空间。当真空气体的压力明显低于大气压时称为。在经典物理学中，一定体积内物质密度极低的状态，即使没有物质也是如此，这种状态被称为真空。但这种状态实际上并不存在。即使没有固体物质，在量子力学中，量子真空中也有真空零点场和真空零点能。

太空是地球大气层外空间的名称。它本身就是一个相对的概念。增加真空度更加困难。一方面，任何容器都有连接部分，不可能做到绝对密封。非常细小的泄漏孔会使外部空气渗入。最后抽速和漏率达到一个动态平衡，真空度无法再提高。另一方面，容器壁会释放出氢分子，而这些轻气体又无法通过上述手段抽走。

所以容器内的氢气量逐渐增加，真空度无法提高。因此，真空的机理有了新的突破。在低真空的要求下，气体分子可以被驱出。在高真空的要求下，如果有些分子无论如何也赶不走，就要把它们捆起来，不准动，不准撞。工业上用的是里面有液氦的冷板。

因为液氦的温度可以达到4k，任何气体(包括氢气)都在这个温度下凝固，所以这样的低温冷板可以捕获容器内残留的气体分子。只要分子碰到冷板，就能粘死。就像冬天我们用手摸一块冰，它会粘在一起。不要看空气，空气是我们生活中看不见摸不着的东西。它占据了很大的体积，我们周围到处都是空气。

要不是我们周围都是空气，我们自己的身体里也有空气，我们早就被空气压扁了。移动的时候应该用过可以抽空气的真空压缩袋。抽完气，包里的衣服可以少一半，空气能可见一斑。

大家平时压力很大的时候都有哪些“解压神器”？

傅雪海

（中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州 221008）

作者简介：傅雪海，1965年9月生，男，湖南衡阳县人，博士，教授，博士生导师，从事能源地质的教学与科研工作。

项目：国家重点基础研究发展规划——“973”煤层气项目（编号：2002CB211704）。

摘要本文从煤层气的赋存方式、超临界吸附、低煤级煤的含气量的测试方法、采动影响区动态含气量、煤层气的多级压力降与多级渗流、煤储层渗透率的气体滑脱效应、有效应力效应、煤基质收缩效应、煤储层压力中水压与气压的关系、高煤级煤产气缺陷及煤层气平衡开发等方面对我国煤层气勘探开发的应用基础研究问题作了简要剖析。指出针对各煤级煤储层特征，实行平衡开发，是保障我国煤层气勘探开发持续、稳定发展的重要措施。

关键词煤层气动态含气量动态渗透率平衡开发

Brief Analysis on Several Basic Issues in CBM Exploration and Developme nt

Fu Xuehai

（China University of Mining and Technology，Xuzhou 221008）

Abstract：This article briefly analyzed several basic issues in CBM exploration and development，including CBM existence ways，supercritical absorption，test method of gas content for low rank coal，dynamic gas content in mining impact zone，CBM multi-level pressure dropping and multi-level percolation flow，gas slippage effects of coal reservoir permeability，effective stress effects，coal matrix shrinkage effects，the relationship between gas pressure and water pressure in the coal reservoir，gas problems in high rank coal and CBM balance development and so on.The author pointed out that the balance development of CBMfor various rank coals is important measure to ensure the continuing and stable development of China's CBM.

Keywords：CBM；dynamics gas content；dynamic penetration；balance development

引言

煤层气藏为介于固体矿藏与流体矿藏之间的一种特殊类型压力-吸附矿藏。美国通过30多年的研究，建立了中、低煤级煤生储优势、次生生物气成藏、煤储层双孔隙导流等基础理论体系，形成了煤储层孔、渗、吸附性等物性室内实验测试技术、排水降压开发煤层气技术、与储层物性相适应的完井技术、增产技术、多井干扰技术、储层压力与渗透率现场试验技术、煤层气、水产能数值模拟技术等为核心的煤层气勘探开发技术[1～8]。此理论除在加拿大有一定的适应性外，其他近30个国家或地区应用效果不佳，揭示该理论存在着较大的局限性。我国在各煤级煤矿区施工了600 多口煤层气井、10余个井组，大多进行了试气排采，煤层气、水产能稳定性差，井与井之间、同一口井不同排采阶段之间变化极大，煤层气产量与试井渗透率的关系并不十分一致，甚至高渗透率低产量，低渗透率却具有较高的稳定气产量[9]。这一现实使我国煤层气工作者感到迷惑，严重扰乱了我国煤层气的勘探开发部署。储层参数与排采工作制度怎样配置才能获得稳定、连续的产能呢？不同学者或工程技术人员从自己的专业范围就上述问题的某一方面曾作过一些有益探索，未从整体上去把握。本文就我国煤层气勘探开发工作中面临的应用基础研究问题提出一些想法，与大家一起讨论。

1 煤层气的赋存方式与低煤级煤含气性问题

1.1 固溶气问题

煤层气由吸附气、游离气、水溶气三部分组成已得到煤层气工作者的公认。但煤与瓦斯突出时的相对瓦斯涌出量是煤层含气量的数倍至近百倍也是不争的事实，就是煤层采动影响区的煤层气和围岩中的煤成气也不可能达到如此高的程度。显然艾鲁尼提出的固溶体是客观存在的，甚至在煤层气总量中的比例远高于艾鲁尼认为的替代式固溶体2%～5%、填隙式固溶体5%～12%这一比例[10]。固溶气（体）可能与天然气水合物——可燃冰类似，在煤与瓦斯突出时被释放出来，由此可见固溶气（体）亦是煤层气的一种重要赋存方式。

1.2 超临界吸附问题

平衡水条件下，煤对甲烷的吸附性呈“两段式”演化模式，即朗氏体积先随煤级的增大而增加，后随煤级的增大而降低，其拐点（即极大值点）大约在镜质组最大反射率3.5%～4.5%这一区间内，在褐煤和低煤化烟煤阶段受煤岩组分的影响波动性较大[11]。

地层条件下，煤层甲烷超临界吸附的现象是存在的。但只有当煤层甲烷压力（气压）超过5.18MPa（表1）才真正出现超临界流体，实际上在我国煤矿瓦斯实测压力中超过此压力的矿井是比较少的。但对于原位且处于封闭系统的煤储层，储层中水压等于气压，只要煤层埋深超过600m，煤层甲烷就可能成为超临界流体。

图1 二氧化碳和乙烷在正常温压梯度条件下的液化区间

对于甲烷和氮气，任一埋深储层温度均高于临界温度，无论压力多大，均不会液化；对于二氧化碳，当储层温度低于31.1℃（表1），对于乙烷，当储层温度低于32.4℃（表1），而储层压力（气压）高于液化压力，二者可以呈液态形式存在。按正常地温梯度3℃/100m、正常储层压力梯度0.98MPa/100m，设恒温带深度为20m、温度为10℃，则埋深400m左右，储层温度约为22℃、储层压力为3.9MPa，此时二者均低于临界温度和压力，二氧化碳和乙烷以气态形式存在；当埋深达到800m，储层温度约为34℃，高于临界温度，二氧化碳和乙烷仍为气态。但当二氧化碳压力大于7.38MPa、乙烷压力大于4.98MPa，二氧化碳和乙烷有可能成为超临界流体；只有在400～800m范围内的局部层段（封闭体系），储层温度低于临界温度，储层压力高于液化压力，二氧化碳和乙烷才可能以液态形式存在（图1）。

表1 煤层气组分的简明物理性质[12］

*在30℃时进行二氧化碳等温吸附实验时得出。

对于以甲烷为主，含有二氧化碳、氮气、乙烷的煤层气而言，其超临界状态和液化的温度和压力条件是下一步值得关注的问题之一。

1.3 低煤级煤含气量的测试问题

我国煤层含气量现场测试大多是基于MT-77-84解吸法标准得出的，对中、高煤级煤适应性较好，但对于分布在我国东北、西北地区的低煤级煤而言，实测含气量明显偏低，由于低煤级煤孔裂隙发育，取心过程在地层温度条件下快速解吸，到地面由于温度降低，解吸速度变慢，有的甚至没有解吸气，由解吸气推算的损失气也就明显偏低。中国煤田地质总局1995～1998年进行的煤层气资源评价时就没有涉及到褐煤，其他单位和个人大多基于褐煤平衡水等温吸附实验来推算褐煤的含气量，从而计算出资源量。因此低煤级煤储层中的煤层气资源量大小不同是造成我国各单位和个人计算煤层气资源量差异的根本原因。

基于低煤级煤层的含水性、孔裂隙特点、温度、压力条件，分别进行吸附气、水溶气和游离气的数值模拟，厘定低煤级煤含气量是我国下一步的研究方向之一。

1.4 采动影响区动态含气性的问题

煤矿采动影响区是地面煤层气开发或井下瓦斯抽放的有利部位。煤矿井巷开拓和煤炭生产改变了煤层的地应力场、流体压力场，打破了煤层内游离气、吸附气和水溶气之间的动态平衡关系。煤矿采动影响区因为煤层卸压，裂隙张开或形成新的裂隙，又因为矿井通风，采动影响区与暴露煤壁间连续出现甲烷浓度差，使煤层渗透性、扩散性能大大增强，煤层气发生解吸，并在浓度梯度、压力梯度作用下向巷道或工作面扩散、渗流或紊流。随着巷道和采煤工作面的连续推进，采动影响区内煤层的含气量呈现出动态变化特征。

煤矿采动影响区可划分为本煤层采动影响区（水平采动影响区）、邻近层采动影响区（垂向采动影响区）和煤炭资源残留区[13]。本煤层采动影响区又可进一步分为掘进巷道和采煤工作面采动影响区。采动影响区内煤层动态含气量与煤壁暴露时间（采煤或掘进工作面推进速度）和距暴露煤壁的距离有关，任何一点的煤层气流速、流向和瓦斯压力均随时间的变化而变化，即为非稳定流场，求其解析解很困难。只有采用数值模拟的方法，如有限元法、瓦斯压力连续测定法、瓦斯涌出量法、瓦斯排放效率法等来近似地估算[13]。

2 煤层气多级压力降与多级渗流问题

煤储层是由气、水、煤基质块等多种物质组成的三相介质系统。其中气组分具有多种相态，即游离气（气态）、吸附气（准液态）、吸收气（固溶体）、水溶气（溶解态）；水组分也有多种形态，即裂隙、大孔隙中的自由水、显微裂隙、微孔隙和芳香层缺陷内的束缚水、与煤中矿物质结合的化学水；煤基质块则由煤岩和矿物质组成。在一定的压力、温度、电、磁场中各相组分处于动平衡状态。在排水降压或外加场干扰作用下开发煤层气的过程中，三相介质间存在一系列物理化学作用，其储层物性亦相应发生一系列变化，单一相态的实验研究很难模拟煤储层的真实物性状态。

煤储层系由宏观裂隙、显微裂隙和孔隙组成的三元结构系统[11]。在排水降压开发煤层气的过程中各结构系统压降程度不同，客观上存在着三级压力降，煤层气-水的运移也相应地存在着三级渗流场，即宏观裂隙系统（包括压裂裂缝）——煤层气的层流-紊流场、显微裂隙系统——煤层气的渗流场、煤基质块（孔隙）系统——煤层气的扩散场[14]。扩散作用又包括整体扩散、克努森型扩散和表面扩散，渗流亦存在达西线性渗流和非线性渗流。煤层气开发，上述三个环节缺一不可，且气、水产能受制于渗流最慢的流场。前期研究大多忽略气体的扩散作用，渗流方程只考虑前两个环节，数值模拟气、水产能与实际情况相差甚远，且过于强调宏观裂隙，即试井渗透率的研究，忽略煤岩体实验渗透率及扩散系数的测试分析。因此，与煤储层孔裂隙结构系统相匹配的解吸—扩散—渗流—紊流多级耦合问题、与煤储层孔裂隙结构系统相匹配的煤层气产能模拟软件是下一步煤层气勘探开发应用基础研究方向之一。

3 储层压力中的水压与气压的关系问题

煤储层流体压力由水压与气压共同构成。美国煤储层压力以水压为主，气、水产能稳定、持续；我国煤储层压力构成复杂，气压占有较大比例，不同压降阶段，煤层气、水产能不同，在总体衰减的趋势下呈跳跃性、阶段性变化[15]。

水动力势是煤层气富集和开发的最活跃因素，是储层压力或地层能量的直接反映和主要贡献者；水的不可压缩性对裂隙起支撑作用，水动力又是煤储层渗透率的维持者。我国中、高煤级煤层为相对隔水层，煤层本身的水体弹性能较低，气体弹性能较高[16]。

美国以单相水流作为介质测试煤储层压力和渗透率的试井方法应用到我国以气饱和为主的煤储层肯定会存在较大缺陷，也就是说用美国的试井方法得出的我国煤储层压力和渗透率是不确切的，由储层压力、含气量和等温吸附曲线计算的含气饱和度、临界解吸压力、理论采收率同样是不确切的。

笔者认为处于封闭系统的煤储层，其水压等于气压，处于开放系统的煤储层，其储层压力等于水压与气压之和。煤储层压力构成及其传导、煤储层中气、水介质之间的相互关系，控制了煤层甲烷的解吸、扩散和渗流特征，是目前煤层气开发亟待解决的关键科学问题。

4 煤储层动态渗透率问题

煤储层在排水降压过程中，随着水和甲烷的解吸、扩散和排出，其渗透率存在有效应力效应、煤基质收缩效应和气体滑脱效应，三种效应综合作用使煤储层渗透率呈现出动态变化[11]。

4.1 有效应力效应

有效应力是裂隙宽度变化的主控因素。有效应力增加会使裂隙闭合，使煤的绝对渗透率下降。渗透率越低，相对变化越大，有的减少两到三个数量级。在排水降压开发煤层气的过程中，随着水和气的排出，煤储层的流体压力逐渐降低，有效应力逐渐增大，煤储层渗透率呈现出快速减少、缓慢减少的动态变化过程[11]。

4.2 煤基质收缩效应

气体吸附或解吸导致煤基质膨胀或收缩，可用朗格缨尔形式来描述，笔者用CO2作为介质对不同煤级圆柱体煤样（每点只平衡12h）进行过吸附膨胀实验，结果表明煤基质收缩系数随煤级的增大而减少[11]。煤层气开发过程中，储层压力降至临界解吸压力以下时，煤层气开始解吸，煤基质出现收缩，由于煤储层侧向上受到围限，煤基质的收缩不可能引起煤储层的整体水平应变，只能沿裂隙发生局部侧向应变，使煤储层原有裂隙张开，裂隙宽度增大，渗透率逐渐增高，且中煤级煤增加的幅度大于高煤级煤[11]。

4.3 气体滑脱效应

在煤这种多孔介质中，由于气体分子平均自由程与流体通道在一个数量级上，气体分子就与流动路径上的壁面相互作用（碰撞），从而造成气体分子沿通道壁表面滑移。这种由气体分子和固体间相互作用产生的滑移现象，增加了气体的流速，使煤的渗透率增大，且随着储层压力的降低，先缓慢增加，到低压时快速增大。

5 高煤级煤储层产气缺陷问题

高煤级煤储层渗透率对应力敏感性强，应力渗透率衰减快；高吸附性、微孔性，自封闭性效应明显；高煤级煤束缚水饱和度大，相渗能力低；经历的构造运动期次多，其反复加压和卸压，渗透性损害极大；煤基质收缩能力弱，煤层气开发过程中其渗透率较难得到改善[17]。

第一，高煤级煤储层显微裂隙不发育。高煤级煤储层大多经过强烈的构造运动，煤层呈碎裂煤、碎斑煤和糜棱煤。

第二，高煤级煤储层应力渗透率衰减很快。流体压力不变、围压不断增大的渗透率实验表明：高煤级煤岩体的渗透率随围压增大呈指数形式降低，且衰减系数远大于中煤级。由于地应力梯度（我国通常为1.6MPa/100m左右）大于储层压力梯度（正常压力梯度为0.98MPa/100m），因此，随煤层埋深的增加，煤储层有效应力增大，煤储层渗透率降低。

第三，高煤级煤相渗能力低。相对渗透率表明：高煤级煤束缚水饱和度大，介于71.3%～84.82%之间，单相水流和气、水双相渗流区域狭窄。气-水双相渗流时，高煤级煤最大气相相对渗透率与最大水相相对渗透率之和介于25.4%～40.78%之间，平均为33.2%，即气相与水相有效渗透率之和约为其克氏渗透率的1/3；束缚水下高煤级煤气相渗透率只有其克氏渗透率的15.7%～22.1%，平均为18.2%，即多相介质条件下，高煤级煤有效气相渗透率不及其克氏渗透率的1/5[11]。

在排水降压开发煤层气的过程中，流体沿渗透性较好的区域指进，使指进流体绕过较大面积的被驱替相，形成被驱替相的一座座“孤岛”。高煤级煤束缚水饱和度大，即这样的“孤岛”较多，排水降压困难，煤层气难于解吸，大部分煤层气被残留，然而由于其吸附时间只有1～9d，所以能较快（数月后）达到产气高峰，造成高资源量、低产能之“瓶颈”现象[17]。

第四，高煤级煤储层渗透率改善能力弱。多相介质煤岩体吸附/膨胀实验表明，高煤级煤吸附最大，膨胀量低于中煤级煤。反过来，煤的吸附/膨胀与解吸/压缩互为可逆过程，即在煤层气的开发过程中，高煤级煤的收缩能力较弱。数值模拟结果表明煤基质收缩引起的渗透率正效应低于有效应力引起的渗透率负效应，高煤级煤储层渗透率在煤层气排采过程中逐渐衰减。

开展不同煤级煤柱样甲烷吸附（吸附平衡时间长达数月）膨胀实验、测试不同压力降、不同孔裂隙结构的气、水流量和扩散能力是下一阶段煤层气勘探开发的重要研究方向。

6 煤层气平衡开发问题

煤储层由多元孔裂隙结构组成，煤层气排采时存在多级压力降和多级扩散/渗流场，由于前期受急功近利的思想支配，煤层气井排采常打破煤储层气-水相渗平衡，没有处理好套压、液面降深和井底压力三者之间的关系，因气、水产能的过度增加，势必加速原始储层内能的消耗，使生产的持续时间缩短。因此，在试气排采阶段，针对不同的储层物性条件，多开展关井测压工作，绘制压力恢复霍纳曲线图，求出压力恢复曲线的斜率，再进一步据关井测压前的平均日产量折算成储层内的体积流量，并结合储集系数和压缩系数来估算气井现实条件下储层内的气体流动系数和气相有效渗透率，从而确定该储层的平衡产能[18]。据沁南 TL007 井和铁法 DT3 井产能历史分析，沁南 TL007 井的平衡产能为2000m3/t左右，铁法DT3井的平衡产能为3000m3/t左右[9]。因此，在排采工作制定时，不断调整套压、液面降深和井底压力，维持气、水产能平衡开发，增长井孔服务年限，是下一步煤层气勘探开发所要关注的问题之一。

7 结论

中国煤层气开发目前处于商业化生产的启动阶段。煤层气超临界状态和液化的温压条件、低煤级煤的含气量测试方法、采动影响区动态含气量、排水降压开发的动态渗透率、煤储层压力构成及其传导、煤储层中气、水介质之间的相互关系、与煤储层孔裂隙结构系统相匹配的解吸—扩散—渗流—紊流多级耦合理论、与煤储层特征相适应的钻井、完井、增产技术、与煤储层孔裂隙结构系统相匹配的排采工作制度和产能模拟软件等均是下一步煤层气勘探开发的应用基础研究课题。

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