火烧煤层提高煤层气采收率机理研究

摘要

我国的煤层变质程度高，固定碳含量高，纳米级孔隙发育，吸附能力强，含气量高，但大孔隙和微裂隙不发育，宏观孔隙度低，渗透率低，扩散速率低，导致产量低，低效井比例高，严重影响煤层气整体开发效益，目前迫切需要针对中国煤储层的特点探索新技术和新方法，提高煤层气井产量和采收率。
　　论文通过对我国煤层气开发现状调研及煤层气产出机理等研究的基础上，提出了一种新的提高煤层气采收率技术——火烧煤层技术，即利用注气井向煤层中注入空气，通过人工点火装置使煤层局部燃烧，利用井下温度和压力传感器等设备进行实时监测，最后达到提高煤层气采收率的目的。依据相关实验和理论，分析了火烧煤层技术提高煤层气采收率的机理、关键技术和可行性，建立了单层圆筒壁的稳态温度导热模型和以IAS多组分吸附理论为基础的CO2驱气理论模型，进行了驱气效果模拟预测。
　　通过研究温度和CO2对火烧煤层提高煤层气采收率的作用机理，发现煤储层的吸附能力随着温度升高而降低；煤储层的解吸速率随着温度升高而增加；煤的扩散系数随着温度的升高呈线性增大趋势。CO2则通过竞争吸附作用、筛滤置换作用和降压、增渗、促解吸作用等方面来提高煤层气采收率。
　　以韩城矿区为例，采用控制变量法从温度和CO2两个因素分别进行火烧煤层驱气效果的模拟研究发现：采收率增加幅度随温度的升高而增加明显；加热半径越大，采收率增加幅度越大。随着CO2驱替半径的增加，采收率随之增加；随着CO2浓度的增加，采收率增加幅度增大，但当CO2浓度到达一定值后，随着其浓度的增加，其值呈现出降低趋势。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 煤层气开发现状

1.3 提高煤层气采收率技术研究现状

1.4 问题的提出及研究意义

1.5 课题来源及本文的研究内容

第2章 煤层气产出机理及影响因素

2.1 煤层气的解吸机理及影响因素

2.2 煤层气的扩散规律及影响因素

2.3 煤层气的渗流规律及影响因素

2.4 本章小结

第3章 提高煤层气采收率的机理分析

3.1煤燃烧过程中的变化分析

3.2 以温度和CO2参数为主的机理分析

3.3 本章小结

第4章 火烧煤层技术的相关实验研究

4.1 吸附和扩散与温度关系的实验

4.2 高温烘烤后煤岩物性变化规律实验

4.3 本章小结

第5章 火烧煤层技术驱气效果模拟研究

5.1 煤燃烧生气计算

5.2 温度梯度的建立及驱气效果模拟

5.3 CO2的驱气效果模拟

5.4 本章小结

第6章 火烧煤层的关键技术及可行性研究

6.1 火烧煤层中的关键控制技术

6.2 火烧煤层技术的可行性研究

6.3 火烧煤层技术的施工条件

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢