一种高氮气压力氛围下煤水接触角的计算方法

本发明涉及煤水接触角计算，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：

1、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。

2、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。

3、所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。

技术实现思路

1、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：

2、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：

3、1)测量煤样常压空气氛围下煤水接触角θ0；

4、2)测量煤样氮气吸附常数vl和pl；

5、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。

6、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：

7、

8、其中，θ为氮气氛围下的煤水接触角，单位为°；

9、θl为氮气氛围下煤水接触角的最大增加量，单位为°；

10、pθ为氮气氛围下煤水接触角为90°时的氮气压力，单位为mpa；

11、p为氮气压力，单位为mpa；

12、θ0为常压空气氛围下煤水接触角测量值，单位为°。

13、优选的，所述步骤2)中，氮气吸附常数vl和pl按照中国国家标准gb/t19560-2008《煤的高压等温吸附实验方法》中的测量方法执行。

14、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θ0、氮气吸附常数vl和pl测量时的环境温度相同，且煤样为空气干燥基状态。

15、优选的，所述高氮气压力氛围下煤水接触角计算公式中，θl在数值上等于vl，pθ在数值上等于pl。

16、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θ0、煤样氮气吸附常数vl和pl三个煤层测量参数来建立高氮气压力氛围下煤水接触角的计算方法，测量过程相对简单，设备成本较低，因此更加经济方便，且整个过程具有较高的安全性；通过实验获取所需参数并进行计算，所得结果具可靠性高，通过本申请的计算方法可以用于预测不同氮气压力条件下煤水接触角的大小，对于煤层气开发具有重要的指导意义。

技术特征：

1.一种高氮气压力氛围下煤水接触角的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种高氮气压力氛围下煤水接触角的计算方法，其特征在于，所述步骤3)中高氮气压力氛围下煤水接触角计算公式为：

3.根据权利要求2所述一种高氮气压力氛围下煤水接触角的计算方法，其特征在于，所述步骤2)中，氮气吸附常数vl和pl按照中国国家标准gb/t19560-2008《煤的高压等温吸附实验方法》中的测量方法执行。

4.根据权利要求3所述一种高氮气压力氛围下煤水接触角的计算方法，其特征在于，所述步骤1)和步骤2)中，常压空气氛围下煤水接触角θ0、氮气吸附常数vl和pl测量时的环境温度相同，且煤样为空气干燥基状态。

5.根据权利要求4所述一种高氮气压力氛围下煤水接触角的计算方法，其特征在于，所述高氮气压力氛围下煤水接触角计算公式中，θl在数值上等于vl，pθ在数值上等于pl。

技术总结
本发明公开了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<subgt;0</subgt;；2)测量煤样氮气吸附常数V<subgt;L</subgt;和P<subgt;L</subgt;；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；本发明利用常压空气氛围下煤水接触角θ<subgt;0</subgt;、煤样氮气吸附常数V<subgt;L</subgt;和P<subgt;L</subgt;三个煤层测量参数来建立高氮气压力氛围下煤水接触角的计算方法，测量过程相对简单，设备成本较低，因此更加经济方便，且整个过程具有较高的安全性；通过实验获取所需参数并进行计算，所得结果可靠性高，通过本申请的计算方法可以用于预测不同氮气压力条件下煤水接触角的大小，对于煤层气开发具有重要的指导意义。

技术研发人员：石玢,曹运兴,龙飘,齐羽飞,陈欣怡,周丹,曹永恒
受保护的技术使用者：河南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8