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沁水盆地南部高阶煤储层CO2-ECBM流体连续性过程模拟研究

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1 绪论

1.1 研究背景及意义(Research Background and Significance)

1.2 国内外研究现状(Research Status at Home and Abroad)

1.3 研究问题的提出(Advance for the Research Problem)

1.4 研究内容与方法(Research Contents and Methods)

2 沁水盆地南部地质背景

2.1 研究区地质概况(Geological Survey in the Study Area)

2.2 研究区煤储层特征(Characteristics of Coal Reservoir)

3 高阶煤储层孔裂隙结构特征及其对流体连续性过程的制约

3.1 煤储层孔隙结构发育特征(Characteristics of Pore Structure Developed in Coal Reservoir)

3.2 煤储层裂隙结构发育特征(Characteristics of Fissure Structure Developmented in Coal Reservoir)

3.3 煤层复杂孔裂隙结构网络(Complex Pore-Fissure Network Structure of Coal Seam)

3.4 煤层孔裂隙结构网络对流体连续性过程的制约( The Constraints of Pore-Fissure Network Structure on Fluid Continuity Process)

3.5 本章小结(Chapter Summary)

4 高阶煤储层CO2-ECBM流体连续性过程实验模拟

4.1 实验模拟方法(Method of Experimental Simulation)

4.2 煤体渗透性测试(Permeability Test of Coal)

4.3 吸附/解吸—体积应变测试( The Test of Adsorption and Desorption-Volume Strain)

4.4 CO2注入驱替N2过程实验模拟(The Experiment Simulation of CO2 Injection Displacement N2)

4.5 煤储层CO2注入与CH4产出流体动态特征(The Fluid Dynamic Characteristics of CO2 Injection and CH4 production in Coal Reservoir)

4.6 本章小结(Chapter Summary)

5 高阶煤储层 CO2-ECBM 流体连续性过程的控制机理探讨

5.1 流体连续性过程的控制因素( Controlliing Factors in Fluid Continuity Process)

5.2 煤储层 CO2注入与 CH4产出连续性作用机理(The Function Mechanism of CO2 Injection and CH4 production Process in Coal Reservoir)

5.3本章小结(Chapter Summary)

6 结论

6.1主要结论(Major Results)

6.2展望(Prospective)

参考文献

附录

作者简历

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摘要

煤储层微观孔、裂隙结构控制下的煤层气吸附/解吸、扩散、渗流特征,是煤层气高效开发和CO2-ECBM有效实施的基础。本文以沁水盆地南部3#无烟煤为研究对象,基于高阶煤微观孔裂隙结构发育特征及其连通性,利用自主研发的“CO2注入与煤层气强化开发实验模拟系统”,开展地层条件下,高阶煤储层CO2注入与CH4产出连续性过程的实验模拟研究。基于实验模拟结果,系统分析超临界CO2注入后气体吸附/解吸—体积应变共同影响的煤储层渗透率变化特征及影响因素,揭示超临界CO2驱替N2过程的流体运移产出特征。综合煤储层孔裂隙连通性和实验模拟结果,探讨煤储层CO2注入与CH4产出流体连续性过程的控制因素及其作用机理。研究取得如下主要认识:
  (1)研究区煤储层孔裂隙连通性中等,孔隙以中孔为主,大孔发育较少,但发育有相当数量的半封闭孔。煤储层裂隙总体较发育,显微裂隙多发育于镜煤和亮煤中,发育有多种成因类型的显微裂隙。通过煤储层孔裂隙结构的三维可视化重构,在煤储层的纳米孔隙结构尺度进行了孔裂隙连通性分析。提取了测试样品中的孔裂隙结构网络参数,发现孔径小于30nm的中孔对连通性起主要作用、配位数较低、孔喉弯曲程度较大、吼道较短,限制了煤岩总体连通性发育。
  (2)煤体对不同气体有不同的吸附/解吸、扩散、渗流特性。实验发现:煤样对CO2的吸附量约是对N2的3.15~3.42倍,对CO2的吸附膨胀量约是N2的3.09~4.22倍,煤体膨胀/收缩存在各向异性,径向应变约是轴向应变的2倍;渗透率测试值He>N2>CO2;超临界CO2驱替N2时,CO2的突破时间与驱替效率受到煤储层孔裂隙网络结构连通性制约。实验中注气压力、围压以及温度条件对煤体渗透率、吸附/解吸—体积应变、超临界CO2驱替N2过程均有一定的影响。
  (3)煤储层结构是控制流体连续性过程的内在因素,多相流体特征以及地层条件等也会对连续性过程产生影响。吸附位理论、吸附势理论、多元气体吸附理论以及分子运动论是分析注入气体吸附/解吸作用的基础;气体的浓度差和压力差是扩散、渗流的基本动力,可以使用Fick扩散、Knudsen扩散、Darcy定律来进行定量分析。

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