Zu Beginn des 21. Jahrhunderts trat die Weltwirtschaft in einen neuen Entwicklungszyklus ein, und die Nachfrage nach Öl- und Erdgasressourcen auf der ganzen Welt ist sprunghaft angestiegen. Angesichts dieses enormen Energiebedarfs beginnen die Menschen, unkonventionellen Öl- und Erdgasressourcen mehr Aufmerksamkeit zu schenken. Kohleflözgas (CBM) ist eine mit Kohle assoziierte und symbiotische Gasressource. CBM ist hauptsächlich Kohlenwasserstoffgas, das an der Porenoberfläche der Kohlematrix adsorbiert und teilweise in Poren freigesetzt oder in Wasser gelöst wird. Sie ist als Begleitrohstoff der Kohle ein sauberer, hochwertiger Energie- und Chemierohstoff. Es ist bekannt, dass die Verschüttungstiefe von CBM-Reservoiren von Hunderten von Metern bis zu mehreren Tausend Metern reicht und dass der Gas-Flüssigkeit-Feststoff-Wechselwirkungsmechanismus komplex ist. Daher ist es oft notwendig, die Fluid-Kohle-Informationen beispielsweise mittels akustischer Protokollierung zu erhalten. Gegenwärtig haben viele Gelehrte die akustische Forschung am Fluid-Kohle-System durchgeführt. Es gibt jedoch relativ wenige Studien zu den akustischen Eigenschaften des Gas-Flüssigkeit-Feststoff-Kopplungseffekts, insbesondere des Flüssigkeitssättigungseffekts unter verschiedenen Kohlerangbedingungen.
Eine neue Studie, die sich auf die akustischen Eigenschaften des Gas-Flüssigkeit-Feststoff-Kopplungseffekts in CBM-Reservoiren konzentriert, hat die P-Wellen- und S-Wellen-Antwort der Flüssigkeitssättigung unter verschiedenen Kohle-Randbedingungen aufgezeigt. Diese Arbeit wurde vom Forschungsteam von Prof. Dr. Dameng Liu von der China University of Geosciences (Peking) durchgeführt und online in veröffentlicht Grenzen der Geowissenschaften.
In dieser Studie wurden typische Kohleproben mit geringer bis hoher Metamorphose aus den Kohleminen am südlichen Rand des Junggar-Beckens und im Qinshui-Becken ausgewählt. Vor der akustischen Forschung wurden grundlegende Experimente einschließlich industrieller Kohleanalyse, Vitrinit-Reflexionsmessung und Mazeralanalyse durchgeführt. Auf dieser Grundlage wurden Kohle-Ultraschall-P-Wellen- und -S-Wellen-Testexperimente an trockenen Kohleproben und an Kohleproben durchgeführt, die Gas-Wasser mit unterschiedlicher Sättigung enthielten. Schließlich wurden die Einflüsse von Kohletyp und Gas-Wasser-Sättigung auf die akustische Reaktion von CBM-Formationen analysiert.
Die Autoren stellten fest, dass bei trockenen Kohleproben die Schallgeschwindigkeit linear mit der Vitrinit-Reflexion und -Dichte war. Unterdessen tendierten das (P-Wellen-Geschwindigkeit Vp)/(S-Wellen-Geschwindigkeit Vs)-Verhältnis, die relative Anisotropie sowohl von Vp als auch von Vs trockener Kohleproben dazu, mit zunehmender Vitrinit-Reflexion und Dichte der Kohleproben zuzunehmen, aber die Korrelation zwischen ihnen war nicht sehr stark.
Die Studie zeigte auch, dass Vp und Vs von gas-wassergesättigten Kohleproben allmählich mit zunehmender Wassersättigung (Sw) und Vitrinitreflexion anstiegen. Mit zunehmender Vitrinit-Reflexion und -Dichte stieg jedoch Sw von 0 auf 100 %, und der Bereich der Zunahme von Vp und Vs wurde allmählich eingeengt. Bei Kohleproben mit ähnlichem Vitrinit-Reflexionsvermögen war das Vp/Vs-Verhältnis von tektonischen Kohlen größer als das von Primärkohlen, und der Anstiegsrang von Vp und Vs von tektonischer Kohle war ebenfalls signifikant höher, wenn Sw von 0 auf 100 % zunahm.
Darüber hinaus fanden die Forscher heraus, dass die relative Anisotropie sowohl von Vp als auch von Vs linear mit Sw zunahm. Bei Kohleproben mit ähnlichem Vitrinit-Reflexionsvermögen war die relative Anisotropie von Vp und Vs und ihre Wachstumsrate der tektonischen Kohle größer als die der Primärkohle im Allgemeinen bei demselben Sw. Dies deutet darauf hin, dass die akustische Anisotropie in der tektonischen Kohle mit gut entwickelten Poren und Brüchen stärker war. Die Anisotropie wird stärker von der Wassersättigung Sw beeinflusst.
Die Analysen dieser Studie zu den akustischen Eigenschaften von Gas-Flüssigkeit-Feststoff-Wechselwirkungen bildeten die Grundlage für die geophysikalische Erkundung von CBM-Reservoiren. Ein klareres Verständnis der Gas-Wasser-Verteilungseigenschaften in CBM-Reservoiren kann erhalten werden, wenn diese Modelle mit denen der früheren akustischen Arbeiten kombiniert werden. Die Studie bietet auch eine Forschungsgrundlage für eine eingehende Analyse von akustisch-geophysikalischen Erkundungsmethoden unter komplexen Fluidbedingungen in tatsächlichen Lagerstätten.
Dameng Liu et al, P-Wellen- und S-Wellen-Antwort von Kohlegestein, das Gas-Wasser mit unterschiedlicher Sättigung enthält: eine experimentelle Perspektive, Grenzen der Geowissenschaften (2022). DOI: 10.1007/s11707-021-0958-x
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