RU2533562C1 - Способ выбора поверхностно-активных веществ при увлажнении каменных углей по коэффициенту проницаемости - Google Patents
Способ выбора поверхностно-активных веществ при увлажнении каменных углей по коэффициенту проницаемости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2533562C1 RU2533562C1 RU2013133118/03A RU2013133118A RU2533562C1 RU 2533562 C1 RU2533562 C1 RU 2533562C1 RU 2013133118/03 A RU2013133118/03 A RU 2013133118/03A RU 2013133118 A RU2013133118 A RU 2013133118A RU 2533562 C1 RU2533562 C1 RU 2533562C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- permeability coefficient
- surfactant
- concentration
- wetting
- determined
- Prior art date
Links
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 230000035699 permeability Effects 0.000 title claims abstract description 34
- 238000009736 wetting Methods 0.000 title abstract description 7
- 238000010187 selection method Methods 0.000 title abstract 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 8
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000003034 coal gas Substances 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 230000000069 prophylactic effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- RVEZZJVBDQCTEF-UHFFFAOYSA-N sulfenic acid Chemical compound SO RVEZZJVBDQCTEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отработке ударо- и выбросоопасных угольных пластов. Техническим результатом является повышение безопасности горных работ за счет повышения эффективности увлажнения краевых зон угольных пластов. Предложен способ выбора поверхностно-активных веществ (ПАВ) при увлажнении каменных углей по коэффициенту проницаемости, включающий подготовку образцов угля правильной геометрической формы, установку измерительного цилиндра непосредственно на образец, определение объема профильтрованного водного раствора ПАВ, времени фильтрации, и коэффициента проницаемости, который определяют по приведенному математическому выражению. Затем повторяя измерения для последовательно увеличивающейся концентрации ПАВ, строят график зависимости коэффициента проницаемости относительно концентрации ПАВ, и проводят подобные измерения с другими типами ПАВ на подобных образцах. При этом наиболее эффективное ПАВ и его концентрацию определяют по максимальному значению коэффициента проницаемости для всех кривых. 3 ил.
Description
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для повышения эффективности увлажнения краевых зон угольных пластов, применяемого с целью предотвращения горных ударов и внезапных выбросов угля и газа и других опасностей.
Известен способ определения коэффициента проницаемости угля или твердого пористого тела. Для этого выбуривают образцы горной породы со сравнительно одинаково заданными формой и размерами.
Образцы устанавливают в обойму и помещают в кювету (кернодержатель), через которую прокачивают исследуемый раствор ПАВ под высоким давлением. По измеренным объемам профильтрованной жидкости и времени фильтрации определяют коэффициент проницаемости [ГОСТ 26450_2-85 Породы горные. Метод определения коэффициента абсолютной газопроницаемости при стационарной и нестационарной фильтрации]. Относительная погрешность определения коэффициента проницаемости составляет 11-20%, а оптимальной концентрации - 11-18%. Причем количество измерений для одного угольного пласта при определении коэффициента проницаемости от 20 до 40, а концентрации - от 110 до 200.
Недостатком данного метода является зависимость результатов определения коэффициента проницаемости от направления фильтрации, метод имеет сложное материалоемкое оборудование, процесс выбуривания образцов угля сложен для соблюдения точно заданных параметров.
Известен способ определения эффективного поверхностно-активного вещества (ПАВ) по минимальному значению краевого угла смачивания.
Для этого отбирают образцы горной породы со сравнительно ровной поверхностью площадью около 10 см2. С помощью шифровального круга, наждачной бумаги изготовляют аншлиф. На приготовленную поверхность наносят каплю исследуемой жидкости и с помощью пучка света проецируют боковое изображение капли на экран, где очерчивают контур капли, сидящей на поверхности твердого тела, и через точку соприкосновения трех фаз проводят касательную к контуру капли, по углу наклона которой измеряют краевой угол смачивания Θ.
Повторяя измерения краевого угла смачивания минимум 20 раз для последовательно увеличивающейся концентрации ПАВ, строят график зависимости краевого угла смачивания от концентрации ПАВ в растворе Θ=f(C). Аналогично проводят исследования для других ПАВ. Наиболее эффективное ПАВ и его концентрацию С определяют из графических зависимостей по минимальному значению краевого угла смачивания Θ [1. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. - М: Химия, 1975. - 512 с, 2. Трубицына Д.А. Экспресс-метод оценки эффективности применения смачивателей для борьбы с пылью // Вестник ВостНИИ. - Кемерово: ВостНИИ, №2, 2010, С.202-206].
В частности, этим способом определялся угол смачивания для системы жидкость-уголь-газ и оптимальная концентрация смачивателя ДБ при увлажнении угольных пластов. Относительная погрешность определения угла смачивания при этом составляет 15-21%, а оптимальной концентрации - 14-23%. Причем количество измерений для одного угольного пласта при определении угла смачивания составляет от 20 до 40, а концентрации - от 150 до 240.
Недостатком данного метода является зависимость результатов определения угла смачивания от чистоты и степени окисленности поверхности, времени растекания (гистерезис смачивания), геометрических погрешностей и других факторов.
Одним из основных параметров при выборе типа поверхностно-активного вещества (ПАВ) и его концентрации в растворе является коэффициент проницаемости.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение безопасности горных работ при отработке ударо- и выбросоопасных угольных пластов после увлажнения краевых зон угольного массива.
Указанный технический результат достигается тем, что способ выбора ПАВ при увлажнении каменных углей по коэффициенту проницаемости включает отбор образцов угля на участке, где предполагается проведение профилактического увлажнения, изготовление кернов и проведение лабораторных исследований на кернах, согласно изобретению установку измерительного цилиндра осуществляют непосредственно на образец, определяют объем профильтрованного водного раствора ПАВ, время фильтрации, коэффициент проницаемости Kпр. определяют по формуле
где V - объем жидкости, прошедшей через образец за время t, м3;
η - динамическая вязкость воды, Па·с;
ΔР=ρgH - гидростатическое давление жидкости, Па;
ρ - плотность жидкости, кг/м3;
g=9,81 м/с2 - ускорение свободного падения;
Н - высота столба жидкости относительно образца, м;
h - глубина отверстия, м;
x1=d/2, х2 - радиус отверстия и внешней поверхности зоны фильтрации, соответственно, м.
Затем, повторяя измерения, минимум четыре раза для последовательно увеличивающейся концентрации ПАВ, строят график зависимости коэффициента проницаемости относительно концентрации ПАВ и проводят подобные измерения с другими ПАВ на подобных образцах, а наиболее эффективное ПАВ и его концентрацию определяют из графических зависимостей по максимальному значению коэффициента проницаемости.
На фиг.1 представлена схема лабораторной установки для определения коэффициента проницаемости, где 1 - крышка, предохраняющая жидкость от испарения из цилиндра; 2 - измерительный цилиндр; 3 - герметизирующий слой; 4 - образец угля.
На фиг.2 представлен графический метод выбора оптимального ПАВ и его концентрации, где Kпр. - коэффициент проницаемости угля; С - концентрация ПАВ в растворе, %.
На фиг.3 представлена схема фильтрации жидкости в образце угля.
Способ выбора поверхностно-активных веществ при увлажнении каменных углей по коэффициенту проницаемости осуществляют следующим образом.
С помощью буровой коронки и пневмосверла производят выбуривание образцов угля в виде кернов в подготовленной выработке из угольного пласта, где планируют произвести увлажнение.
Производят отбор образцов для лабораторных исследований массой 100-300 г. Затем в лабораторных условиях просверливают отверстие диаметром 4 мм по центру по оси керна в крест напластования или по напластованию на глубину 2/3 высоты образца h, в отверстие вставляют измерительный цилиндр емкостью 5-10 мл, место соединения цилиндра с образцом герметизируется, например, парафином или клеем «Момент». В цилиндр наливают исследуемую жидкость. Определяют объем профильтрованной жидкости, время фильтрации, форму и размеры зоны фильтрации, анизотропию процесса фильтрации оценивают по выступившим на поверхности образца кристаллам соли. Коэффициент фазовой проницаемости Kпр. пористой среды определяют по формуле
где V - объем жидкости, прошедшей через образец за время t, м3;
η - динамическая вязкость воды, Па·с;
ΔР=ρgH - гидростатическое давление жидкости, Па;
ρ - плотность жидкости, кг/м3;
g=9,81 м/с2 - ускорение свободного падения;
Н - высота столба жидкости относительно образца, м;
h - глубина отверстия, м;
х1=d/2, х2 - радиус отверстия и внешней поверхности зоны фильтрации, соответственно, м, (фиг.3).
После этого повторяют измерения минимум четыре раза для последовательно увеличивающейся концентрации ПАВ, строят график зависимости коэффициента проницаемости Kпр. относительно концентрации ПАВ С и проводят подобные измерения с другими ПАВ на подобных образцах, а наиболее эффективное ПАВ и его концентрацию определяют из графических зависимостей по максимальному значению коэффициента проницаемости (фиг.2).
Таким образом, достигается технический результат, который состоит в повышении безопасности горных работ путем увеличения оперативности получаемых результатов, увеличения надежности получаемых результатов и простотой используемого оборудования. Предлагаемый способ позволяет оценить микроскопическую проницаемость в локальной зоне массива, удобен для исследования влияния растворов ПАВ на фильтрационные свойства и др.
Увеличение точности и надежности при выборе эффективного ПАВ позволяет повысить безопасность горных работ при увлажнении угольных пластов в целях борьбы с горными ударами и внезапными выбросами угля и газа.
Пример осуществления способа выбора поверхностно-активных веществ при увлажнении каменных углей по коэффициенту проницаемости.
1. Изготовляют образцы каменного угля правильной геометрической формы, например образцы выбуривают одинаковым способом по отношению к напластованию из кусков каменного угля (шахта "Северная", пласт "Верхний", выход летучих - 28%, марка КЖ), обрабатывают торцы на токарном или точильном станке и после обработки образцы принимают следующие геометрические размеры:
высота Нобр=56·10-3 м;
диаметр do6p=45·10-3 м.
2. Изготовляют по пять образцов на каждое ПАВ. Исследуют, например, три ПАВ: «Эльфор», Сульфанол, смачиватель ДБ.
3. Сверлят отверстия диаметром 4,0 мм по оси керна на глубину 2/3 высоты образца h=0,035 м, (фиг.1) и устанавливают измерительный цилиндр емкостью 10 мл на высоту H=0,35 м относительно образца, а место соединения герметизируют клеем «Момент».
4. Производят измерение основных характеристик процесса фильтрации исследуемой жидкости через опытный образец угля и расчет коэффициента проницаемости по формуле:
где V=2,5·10-6 м3 - объем жидкости, прошедшей через образец за время t=1800 с;
η=0,001 Па·с - динамическая вязкость воды;
ΔР=ρgH=1000·9,81·0,35=3433,5 Па - гидростатическое давление жидкости;
ρ=1000 кг/м3 - плотность жидкости;
g=9,81 м/с2 - ускорение свободного падения;
Н=0,35 м - высота столба жидкости относительно образца;
h=0,035 м - глубина отверстия, м;
х1=0,004 м, x2=0,0225 м - радиус отверстия и внешней части керна, соответственно.
Повторяя пп.1-4 минимум четыре раза для последовательно увеличивающейся концентрации ПАВ, по результатам расчета. Затем повторяют измерения четыре раза для последовательно увеличивающейся концентрации ПАВ, строят график зависимости коэффициента проницаемости относительно концентрации. Аналогично проводят исследования для других ПАВ. Наиболее эффективное ПАВ и его концентрацию С определяют из графических зависимостей Kпр.=f(C) по максимальному значению коэффициента проницаемости определяют наиболее эффективный ПАВ и его концентрацию (фиг.2).
Оптимальным ПАВ является смачиватель марки «Эльфор» в концентрации 0,002% при максимальном коэффициенте проницаемости Kпр.max=12·10-14 м2.
Формула (1) для расчета коэффициента проницаемости была получена следующим образом.
Уравнение Дарси можно записать в виде
V - объем жидкости, прошедшей через образец за время t, м3;
η=0,001 Па·с - динамическая вязкость воды, Па·с;
х - расстояние от оси отверстия до поверхности фильтрации, м;
Р=ρgH - гидростатическое давление жидкости, Па;
Н - высота столба жидкости относительно образца, м;
S - площадь поверхности, через которую происходит фильтрация жидкости, м2 (фиг.3);
Kпр. - коэффициент фазовой проницаемости пористой среды, м2.
Из последнего выражения
где S=2πxh; h - глубина отверстия, м.
Интегрируем, получим
где x1, x2 - радиус отверстия и внешней поверхности зоны фильтрации, соответственно, м.
Из последнего выражения формула для расчета коэффициента проницаемости имеет вид:
Claims (1)
- Способ выбора поверхностно-активных веществ при увлажнении каменных углей по коэффициенту проницаемости, включающий подготовку образцов угля правильной геометрической формы, отличающийся тем, что устанавливают измерительный цилиндр непосредственно на образец, определяют объем профильтрованного водного раствора ПАВ и время фильтрации, а коэффициент проницаемости определяют по формуле
где V - объем жидкости, прошедшей через образец за время t, м3;
η - динамическая вязкость воды, Па·с;
ΔР=ρgH - гидростатическое давление жидкости, Па;
ρ - плотность жидкости, кг/м3;
g=9,81 м/с2 - ускорение свободного падения;
Н - высота столба жидкости относительно образца, м;
h - глубина отверстия, м;
x1, x2 - радиус отверстия и внешней поверхности зоны фильтрации, соответственно, м,
а наиболее эффективное ПАВ и его концентрацию определяют из графических зависимостей по максимальному значению коэффициента проницаемости для всех кривых.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013133118/03A RU2533562C1 (ru) | 2013-07-16 | 2013-07-16 | Способ выбора поверхностно-активных веществ при увлажнении каменных углей по коэффициенту проницаемости |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013133118/03A RU2533562C1 (ru) | 2013-07-16 | 2013-07-16 | Способ выбора поверхностно-активных веществ при увлажнении каменных углей по коэффициенту проницаемости |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2533562C1 true RU2533562C1 (ru) | 2014-11-20 |
Family
ID=53382758
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013133118/03A RU2533562C1 (ru) | 2013-07-16 | 2013-07-16 | Способ выбора поверхностно-активных веществ при увлажнении каменных углей по коэффициенту проницаемости |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2533562C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU917083A1 (ru) * | 1980-08-11 | 1982-03-30 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Строительный Институт Им.В.В.Куйбышева | Способ оценки эффективности поверхностно-активных веществ в цементных системах |
RU2162154C2 (ru) * | 1998-10-30 | 2001-01-20 | Кузбасский государственный технический университет | Способ выбора поверхностно-активных веществ при увлажнении каменных углей |
CN201740717U (zh) * | 2010-08-18 | 2011-02-09 | 河南理工大学 | 覆压条件下注水煤样解吸特性实验罐 |
US20120151998A1 (en) * | 2010-12-21 | 2012-06-21 | Schlumberger Technology Corporation | Wettability and matrix imbibition analysis |
-
2013
- 2013-07-16 RU RU2013133118/03A patent/RU2533562C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU917083A1 (ru) * | 1980-08-11 | 1982-03-30 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Строительный Институт Им.В.В.Куйбышева | Способ оценки эффективности поверхностно-активных веществ в цементных системах |
RU2162154C2 (ru) * | 1998-10-30 | 2001-01-20 | Кузбасский государственный технический университет | Способ выбора поверхностно-активных веществ при увлажнении каменных углей |
CN201740717U (zh) * | 2010-08-18 | 2011-02-09 | 河南理工大学 | 覆压条件下注水煤样解吸特性实验罐 |
US20120151998A1 (en) * | 2010-12-21 | 2012-06-21 | Schlumberger Technology Corporation | Wettability and matrix imbibition analysis |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ТРУБИЦЫНА Д.А., Экспересс-метод оценки эффективности применения смачивателей для борьбы с пылью, Вестник ВостНИИ, Кемерово, изд-во ВостНИИ, N2, 2010 г., с.202-206 * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Liu et al. | Investigation of countercurrent imbibition in oil-wet tight cores using NMR technology | |
Ni et al. | The mechanism and relief method of the coal seam water blocking effect (WBE) based on the surfactants | |
Ding et al. | CO2 storage capacity estimation in oil reservoirs by solubility and mineral trapping | |
Jia et al. | Application of gas wettability alteration to improve methane drainage performance: A case study | |
US20160341652A1 (en) | Method for determining unconventional liquid imbibition in low-permeability materials | |
Zhao et al. | Visualization of CO 2 and oil immiscible and miscible flow processes in porous media using NMR micro-imaging | |
CN110261274B (zh) | 自发渗吸作用对水驱驱油效率静态贡献率的评价方法 | |
Wang et al. | Study on the performances of fluorescent tracers for the wetting area detection of coal seam water injection | |
US11767465B2 (en) | Acid stimulation methods | |
Niu et al. | A study of residual carbon dioxide trapping in sandstone | |
Heller et al. | Laboratory measurements of matrix permeability and slippage enhanced permeability in gas shales | |
CN111095032A (zh) | 用氧同位素鉴定油气储层 | |
Thornton et al. | Estimating interstitial water by the capillary pressure method | |
CN104237097B (zh) | 岩屑全浸入封堵效果评价方法 | |
CN103061320A (zh) | 基于孔压静力触探确定土体渗透系数的方法 | |
CN104374827A (zh) | 横观各向同性岩体原位动弹性模量的各向异性系数的测量方法 | |
CN105134185A (zh) | 储层流体性质识别方法 | |
CN110456412A (zh) | 一种基于叠后地震数据识别碳酸盐岩储层流体饱和度的方法 | |
Kim et al. | Effect of CO2 injection on the multiphase flow properties of reservoir rock | |
Xizhe et al. | Main flow channel index in porous sand reservoirs and its application | |
CN106483057A (zh) | 一种定量评价超深储层可动流体的方法及其应用 | |
RU2533562C1 (ru) | Способ выбора поверхностно-активных веществ при увлажнении каменных углей по коэффициенту проницаемости | |
US20140096628A1 (en) | Method for determining wettability | |
Dick et al. | The internal architecture and permeability structures of faults in shale formations | |
US9399911B2 (en) | Method for determining weight concentration of clay in a sample of a porous medium |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150717 |