注气开采煤层气增产机理的.doc

注气开采煤层气增产机理的 数值模拟及其应用 61 引 言 煤层气是近20年来崛起的优质洁净新能源，有着广阔的产业前景。自20世纪70年代末，美国地面煤层气开发技术获得重大突破并进入商业化开采后，对我国煤层气勘探开发产生极大地影响。从20世纪80年代末到90年代，煤炭、地矿、石油系统及地方政府有关单位，先后独立或与联合国及国外石油公司合作在全国大约35个地区矿区开展了煤层气的开发试点工作 先后完成了200多口煤层气钻井，在煤层气勘探开发理论与技术等方面取得了重要进展。但从全国总的试验情况看，90％以上的气井日产量较低，还很难达到商业化开采的经济价值与要求。这与我国大部分煤层构造变形复杂、煤层透气性低有直接关系。因此，提高低渗透煤层气产量是目前国内外煤层气开采中急需解决的关键问题之一。提高煤层气产量可从两方面入手一是促使煤层气产生解吸，使吸附在煤基质孔隙内表面的气尽可能由吸附状态转变为游离状态，扩大煤层气由基质和微孔向裂隙的扩散能力；二是扩大气体的运移通道，使煤层气通过较多的裂隙流向钻孔井筒。 传统煤层气的增产技术多采用压裂、割逢和水驱气等，但并不十分理想，其原因是煤层气总量的70％一90％吸附在煤层基质内，煤层气的运移包含从煤颗粒表面的解吸、从基质到裂隙的扩散和在裂隙到生产井的渗流过程，这些过程是互为条件相互制约的；同时水分子充分进入储存大量煤层气的煤层基质系统，对提高煤层气的解吸和扩散效率影响不大。煤层气的开采主要是开采占煤层气总量70％～90％的吸附气，室内实验表明，对于给定的煤样，在等温吸附过程中，煤对CH4、CO2及N2的吸附量有明显差别，其中煤对CO的吸附量比CH4高，而CH4的吸附量又比N2高。煤对不同气体的吸附性给人们一种启示，即通过对煤体 第123页 注入高压C02的办法来促使煤体对CO的吸附，降低煤体对甲烷的吸附，从而达到实现吸附甲烷转化为游离甲烷，促使其解吸的目的。因此，通过注入高压惰性气体解决煤层甲烷强吸附问题和加速其解吸、扩散过程的研究越来越受到国外重视。我国注气增产技术尚属空白。目前国外正在加紧研究通过注气来提高煤层气的产量方法，尤其对于高硫分、高灰分、低发热量不具开采价值的含气煤层的注气开采意义更大，美国能源部通过向不可采煤层注入工业生产中所产生的CO来提高煤层气产量的现场测试，已达到了使煤层气增产的目的，不可采煤层注入CO提高煤层气的产量不同于油层注入CO2来增加石油产量，在增加石油产量中注入的CO，后来生成伴生产品，而注入不可采煤层的CO2因吸附作用而使不可采煤层成为CO2的“永久地质储场”，实现了CO2的永久处理，减少了环境污染，增加了煤层气产量。 62 二氧化碳和煤层甲烷的置换驱替实验 煤的詈换实验是昂贵和耗时的，美国Delft大学的应用地球科学部在高温高压实验室完成了应力／渗透率，孔隙度／渗透率和二氧化碳和煤层甲烷的置换驱替实验，开创了注气开采煤层气的先河，得到的实验数据和规律奠定了注气开采煤层气研究基础。 621 样品制备 取直径为70mm的柱状煤样，由于煤易碎，取心很困难，为了减少煤破裂，用水处理，岩心的两边被切成一系列相互平行的平面，使得两个或两个以上的岩心结合成块，样品在真空器皿中干燥24h，除去取心用的水。煤样的两边放置了多孔的陶瓷废碴作为注入管与生产管的过渡带，在煤中钻一个小孔插入一个热电偶，所有这些都被放到一个橡胶套里，以避免煤与氮之间的接触，用来建立起环空压力，这种橡胶材料能将整个环空压力传到煤柱中，为了避免气体在煤与橡胶套间流动，用碎煤屑和水构成的水煤浆磨平煤表面，以控制滤失并减到最小。 622 测量仪器 对于煤这种可压缩物质的实验结果应当在原地条件下进行才有价