电泳降低煤层气排采中煤粉沉降机理研究
郭俊庆1
刘鹏辉2
王昱清2
袁一博2
康天合2
李伟3
1.太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室,山西太原 030024;山西国源煤层气综合利用工程技术股份有限公司,山西太原 0300322.太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室,山西太原 0300243.东北石油大学环渤海能源研究院,河北秦皇岛 066099
摘要：煤粉堵塞严重影响煤层气高效开发,现有的解堵方法存在效率低、成本高等问题,为此,结合煤在水溶液中的带电特性,提出通过外加电场产生电泳作用驱动煤粉运移解堵.采用自制的电泳改变煤粉沉降特性试验装置,开展电位梯度对不同煤阶煤粉沉降特性影响的物理模拟试验,探究煤粉沉降规律,结合电动电位、接触角测量、红外光谱、粒子图像追踪PIV测试等表征手段,揭示电泳作用机理.结果表明:随着时间的增加,无烟煤、焦煤和长焰煤等3种煤阶煤粉的沉降质量均呈先快速升高、后基本稳定的变化规律;随着电位梯度的增大,3种煤阶煤粉的最终沉降质量均呈反比例函数的变化规律,即先快速降低后缓慢降低至稳定,其中焦煤的降幅最大;试验过程中观察到3种煤阶煤粉均出现聚团现象,且焦煤的聚团现象较明显,这是由于焦煤的羟基含量较高,导致其接触角小,亲水性好,从而使煤粉颗粒之间更易形成液桥;施加电场后,3种煤阶煤粉的运移轨迹类型由快速下降变为减速下降、先降后升的类抛物线或上升等3种,且焦煤的类抛物线和上升轨迹较多,并且加电后3种煤阶的平均运移速率均增大,其中焦煤增幅最大;电泳改变煤粉运移机理是外加电场和液桥2个因素改变煤粉所受合力,一方面外加电场提供电场力使得合力向上,另一方面液桥的存在增大了重力、浮力和电场力,其中浮力增幅比重力大,使得向上的合力增大,并且焦煤的液桥较多,向上合力最大.因此,外加电场可以有效地降低煤粉沉降质量,减少煤粉堵塞.
关键词：煤粉堵塞电泳电场强度液桥沉降特性
分类号：TE37(油气田开发与开采)
资助基金：国家自然科学基金(42472238)国家自然科学基金(52274091)山西省应用基础研究计划面上资助项目(20210302123148)
论文发表日期：2025-08-31
在线出版日期：2025-09-29（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 4022-4032 )
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