超临界CO2注入无烟煤储层引起的渗透率变化模拟研究

摘要

温室效应日趋严重，如何减排CO2引众瞩目，CO2-ECBM技术既可以利用煤储层封存CO2气体，又可以提高煤层气采收率，因此其可行性受到广泛关注并深赋期望。本文以沁水盆地为研究区，以山西组3＃无烟煤储层为目的层。基于研究区地质背景，设计实验，利用自主开发的“模拟CO2注入煤储层渗透性变化实验装置”，模拟研究了不同埋深煤层ScCO2-ECBM煤岩渗透性变化，并对研究区ScCO2-ECBM进行了数值模拟，最后对研究区该工艺可行性进行了分析。
　　通过物理模拟实验发现：随着温度、围压和轴压压力的提升渗透率都呈现下降趋势，且渗透率对围压表现比其他两者更敏感；ScCO2直接注入煤岩与常压气态注入逐渐加压达到超临界态都会引起煤岩渗透率衰减，后者煤岩渗透率衰减更缓慢，更有利于CO2在煤岩中的扩散渗流和存储；基于实验总结并建立了煤岩渗透率与体积应变的两种渗透率模型，验证后认为指数模型更符合实际，都随着膨胀应变的增加而减小，且下降趋势相同，但CO2气体状态发生突变时，该模型适应性较差。
　　通过互驱实验发现：煤岩可近似看为弹性体，使用N2注入煤岩驱替时，会改善煤岩渗透率，对游离态气体驱替效果更好，对吸附态气体置换效果不如超临界CO2；而使用ScCO2-ECBM时，对煤岩中各状态气体驱替效果都较好，但会导致渗透率大幅度衰减，不利于煤岩中流体运移。
　　通过数值模拟获得了CH4和CO2浓度变化，井组井底压力变化，井组20年产甲烷累积量和对CO2地质封存量。并通过对比各注入方案结果，选出最优注入方案：注气时间2年，注气速率4000m3/d。该方案对煤储层无损害，注入ScCO2几乎可以全部被封存，且对煤层气有不俗的增产率，也可以适当降低工程成本。
　　根据实验模拟和数值模拟结果，结合研究区地质特征，分析认为沁水盆地具有丰富的煤层气资源量和封存CO2的理想储层及盖层，使研究区进行ScCO2-ECBM有重要的实际意义，且具有理论可行性。但盆地无烟煤储层渗透性整体较差，是制约工艺可行性的关键因素，并且针对该情况提出了建议。

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1 绪论

1 .1研究背景及意义

1. 2研究现状

1. 3存在问题

1. 4研究内容与方法

1 .5 论文工作量

2 沁水盆地无烟煤储层地质特征

2 .1 区域地质与构造

2 .2煤层与含煤地层

2. 3煤储层物性特征

2.4 煤储层压力

2. 5水文地质特征

2. 6 本章小结

3 实验模拟方案

3.1 实验原理

3 .2 实验设备

3.3 实验方案

3.4本章小结

4 CO2注入煤岩的渗透率变化及模型分析

4 .1 煤层煤岩原始渗透率

4 .2 煤岩渗透率单因素影响

4.3 CO2注入煤岩的渗透率变化

4 .4 渗透率模型建立及验证

4 .5 本章小结

5 ScCO2-EOBM模拟分析及可行性分析

5.1超临界CO2与N2互驱实验

5.2 ScCO2-EOBM参数敏感性数值模拟

5.3研究区ScCO2-EOBM数值模拟

5 .4 可行性分析

5 .5 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6 .1 展望

参考文献

作者简历

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