一种高氮气压力氛围下煤水接触角的计算方法

技术领域

本发明涉及煤水接触角计算技术领域，特别是涉及一种高氮气压力氛围下煤水接触角的计算方法。

背景技术

煤层气是一种优质低碳能源，由于煤储层孔隙度低、渗透率低，必须经过压裂改造提高煤层气的运移产出能力、增加单井产气量。煤水接触角是评价煤层气运移产出能力的重要指标，接触角越大煤层气运移产出能力越强，当接触角小于90°时，煤体亲水，煤层气运移产出能力差，当接触角大于90°时，煤体疏水，煤层气运移产出能力强。水力压裂过程中高压水易侵入煤基质孔裂隙，降低接触角阻碍煤层气的运移产出，不利于煤层气井产能的释放。高压氮气具有强穿透性和高膨胀能的物理特性，注入煤层后对煤层孔裂隙系统产生强烈的破坏，大幅度提高煤储层渗透性；同时，高压氮气还具有强吸附性，氮气分子占据煤基质孔裂隙中的吸附点位，阻碍水分子的侵入，增大煤水接触角，提高煤层气的运移产出能力，是低渗煤储层煤层气高效开发的优势气体介质。

接触角与气体、液体和固体三相的特性相关，特别是在高氮气压力条件下，随着氮气压力的增加，煤基质孔裂隙吸附的氮气分子数量增加，接触角也随之增加。目前，虽然可实现低气压(小于10MPa)条件下接触角的直接测量，但是煤层气井氮气压裂时的压力远大于10MPa，特别是在深部煤层气开发过程中，氮气压力达到50MPa以上，目前的测量装置难以实现高氮气压力条件下的接触角测量，且压力过高增加了实验测量的危险性。因此，急需提出一种高氮气压力氛围下煤水接触角的计算方法，为煤层气井高压氮气压裂提供技术支撑。

所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种高氮气压力氛围下煤水接触角的计算方法，以解决现有技术存在的以上问题，其具体方案如下：

一种高氮气压力氛围下煤水接触角的计算方法，包括以下步骤：

1)测量煤样常压空气氛围下煤水接触角θ

2)测量煤样氮气吸附常数V

3)建立高氮气压力氛围下煤水接触角计算公式，求取接触角θ。

优选的，所述步骤3)中高氮气压力氛围下煤水接触角计算公式为：

其中，θ为氮气氛围下的煤水接触角，单位为°；

θ

P

p为氮气压力，单位为MPa；

θ

优选的，所述步骤2)中，氮气吸附常数V

优选的，所述步骤1)和步骤2)中，常压空气氛围下煤水接触角θ

优选的，所述高氮气压力氛围下煤水接触角计算公式中，θ

通过以上技术方案，本发明的有益效果为：本发明利用常压空气氛围下煤水接触角θ

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的方法流程示意图。

图2是本发明中沁水盆地北部无烟煤在常压空气氛围下煤水接触角测量示意图。

图3是本发明中沁水盆地中部瘦煤在常压空气氛围下煤水接触角测量示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明技术方案作进一步详细的说明，这是本发明的较佳实施例。应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了更好的理解上述的技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一、

以沁水盆地北部无烟煤为例，如图1所示，高氮气压力氛围下煤水接触角的计算方法，包括以下步骤：

1)采用接触角测量仪，测量无烟煤在常压空气氛围下煤水接触角θ

2)按照中国国家标准GB/T 19560-2008《煤的高压等温吸附实验方法》中的测量方法，测量无烟煤氮气等温吸附常数V

3)将步骤1)和步骤2)中测量的常压空气氛围下煤水接触角θ

根据公式(1)，计算不同氮气压力氛围下煤水接触角，结果见表1。

表1沁水盆地北部无烟煤高氮气压力氛围下煤水接触角计算结果

表1中，在0.1-8.0MPa氮气压力条件下，实测的接触角和公式(1)计算的接触角绝对差值在0.1-0.9°之间，平均差值0.6°，可以看出，本发明提供的一种高氮气压力氛围下煤水接触角的计算方法准确可靠。

进一步的，依据公式(1)，所测量的无烟煤在氮气压力4.54MPa时，接触角为90°，煤体由亲水转向疏水；在高氮气压力氛围下最大接触角可达到101.9°。

实施例二、

以沁水盆地中部瘦煤为例，高氮气压力氛围下煤水接触角的计算方法，包括以下步骤：

1)采用接触角测量仪，测量瘦煤在常压空气氛围下煤水接触角θ

2)按照中国国家标准GB/T 19560-2008《煤的高压等温吸附实验方法》中的测量方法，测量瘦煤氮气等温吸附常数V

3)将步骤1)和步骤2)中测量的常压空气氛围下煤水接触角θ

根据公式(2)，计算不同氮气压力氛围下煤水接触角，结果见表2。

表2沁水盆地中部瘦煤高氮气压力氛围下煤水接触角计算结果

表2中，在0.1-8.0MPa氮气压力条件下，实测的接触角和公式(2)计算的接触角绝对差值在0.1-0.7°之间，平均差值0.4°，可以看出，本发明提供的一种高氮气压力氛围下煤水接触角的计算方法准确可靠。

进一步的，依据公式(2)，所测量的瘦煤在氮气压力2.78MPa时，接触角为90°，煤体由亲水转向疏水；在高氮气压力氛围下最大接触角可达到97.4°。

进一步的，本发明所述的一种高氮气压力氛围下煤水接触角的计算方法，也可应用于二氧化碳和甲烷等吸附性气体氛围下煤水接触角计算。

综上所述，本发明利用常压空气氛围下煤水接触角θ

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。