Извлечение углеводородных газов из угольных пластов. Необходимость превентивной скважинной дегазации загазованных пластов на действующих и ликвидированных шахтных полях для обеспечения геоэкологической безопасности. Полная газоемкость пласта, определение.
Аннотация к работе
Термодинамическая модель локально-равновесного состояния газонасыщенного угля в пластеПервый этап по моделированию динамики процессов дегазации угольных пластов сводится к более узкой статической задаче - созданию теоретической модели, позволяющей по экспериментальным геофизическим данным и результатам лабораторных испытаний рассчитывать удельное содержание газа в пласте (в различных формах) и его изменение в зависимости от горного и газового давлений. Неравновесный термодинамический потенциал, определяющий поведение рассматриваемой системы при изменении внешних условий, складывается из потенциала свободного газа (первая строка в (1)), потенциала твердой фазы (вторая строка в (1)) и потенциала сорбированного газа (третья строка в (1)): F =-N2 KT ln(EV2 /N2) N2 f(T) PV2 (K)y2 /2 ?y --?YN1 ?N12 - QN1 N0 KT(C LNC (1-C) ln(1-C)); (1) где T - температура системы; P - давление газа в порах; f(T) - некая термодинамическая функция, зависящая только от температуры; V2 - объем пор, содержащихся в единице объема системы (объемная концентрация пор); N2 - число молекул свободного газа в них, ? - напряжение в системе; y - относительная объемная деформация (y = ?V1/V, где ?V1 - абсолютное изменение объема системы, V - объем системы); K - эффективный модуль всестороннего сжатия угля, N1 - число молекул газа, сорбированного в единице объема системы. Первое слагаемое в третьей строке (1) описывает в линейном приближении экспериментально наблюдаемое набухание угля при растворении в нем газа, второе слагаемое описывает взаимное отталкивание сорбированных в приповерхностном слое молекул газа, третье слагаемое характеризует взаимное притяжение молекул растворенного газа и угольной матрицы (Q имеет смысл удельной теплоты растворения), последнее слагаемое является конфигурационной энтропией, где k - постоянная Больцмана, N0 - число вакансий в единице объема угольной матрицы, которые могут быть заняты молекулами газа (C - молекулярная концентрация связанного газа, C=N1 /N0). В разрабатываемой модели относительная объемная деформация системы y, удельный объем пор и трещин V2 и число молекул газа в связанном (N1) и свободном (N2) состояниях являются внутренними параметрами и в (1) входит их неравновесное значение. Минимизирую термодинамический потенциал по этим переменным (при условии N=N1 N2=const), получим уравнения состояния системы уголь-газ: Отметим, что уравнение (2) представляет собой обобщенный закон Гука (с учетом набухания угля при газификации), уравнение (3) - уравнение состояния идеального газа, а (4) - равенство химических потенциалов свободного и связанного газов в равновесии.В работе представлена термодинамическая модель газонасыщенных углей средней степени метаморфизма, описывающая зависимость локальных деформационных и сорбционных параметров от горного давления и давления газа в порах.